Hvad er en prototroph, og hvad er dens applikationer?

den prototrofer de er organismer eller celler, der er i stand til at producere de aminosyrer, de har brug for til deres vitale processer. Dette udtryk anvendes generelt i forhold til et bestemt stof. Det er modsat af udtrykket auxotrophic.

Sidstnævnte term bruges til at definere en mikroorganisme, der kun kan dyrke og formere sig i et kulturmedium, hvis et specifikt næringsstof er blevet tilsat det. I tilfælde af prototrofen kan den trives uden det nævnte stof, fordi det er i stand til at producere det selv.

En organisme eller stamme, som for eksempel ikke kan vokse i fravær af lysin, ville blive betegnet auxotrofisk lysin. Den prototrofe lysin-stamme vil igen vokse og kan reproducere uafhængigt af tilstedeværelsen eller fraværet af lysin i dyrkningsmediet. 

I grund og grund har en auxotrof stamme mistet en funktionel metabolisk vej, der gjorde det muligt at syntetisere et grundlæggende stof, der er afgørende for dets vitale processer.

Denne mangel skyldes normalt en mutation. Mutationen genererer en null allel, der ikke har den biologiske kapacitet til at fremstille et stof, som er til stede i prototrofen.

indeks

• 1 applikationer
  • 1.1 Biokemi
  • 1,2 auxotrofe markører
  • 1.3 Ames testen
  • 1.4 Andre applikationer til Ames testen
• 2 referencer

applikationer

biokemi

De auxotrofe genetiske markører anvendes ofte i molekylær genetik. Hvert gen indeholder de oplysninger, der koder for et protein. Dette blev demonstreret af forskerne George Beadle og Edward Tatum, i arbejdet, der gjorde dem til kreditorer af Nobelprisen..

Denne specificitet af generne muliggør kortlægning af biosyntetiske eller biokemiske veje. En mutation af et gen fører til en mutation af et protein. På denne måde kan det bestemmes i de auxotrofe stammer af de bakterier, der studeres, hvilke enzymer er dysfunktionelle på grund af mutationerne.

En anden metode til bestemmelse af biosyntetiske veje er brugen af ​​auxotrofe stammer af specifikke aminosyrer. I disse tilfælde udnytter vi behovet for sådanne aminosyrer af stammerne til at tilføje unaturlige analoger af proteinerne i kulturmedierne.

For eksempel erstatter phenylalanin med para-azido phenylalanin i kulturer af stammer af Escherichia coli auxotrof for phenylalanin.

Auxotrofe markører

Mutationer inden for generne, der koder for enzymer involveret i veje til biosyntese af metaboliske byggemolekyler, anvendes som markører i langt de fleste genetiske forsøg med gær.

Den ernæringsmæssige mangel forårsaget af mutationen (auxotrofi) kan kompenseres ved at forsyne det krævede næringsstof i vækstmediet.

En sådan kompensation er dog ikke nødvendigvis kvantitativ, fordi mutationerne påvirker forskellige fysiologiske parametre og kan fungere synergistisk.

På grund af dette er undersøgelser blevet udført for at opnå prototrofe stammer med det formål at eliminere auxotrofe markører og reducere bias i fysiologiske og metaboliske studier..

Ames testen

Ames testen, også kaldet mutagenese test af Salmonella, blev udviklet af Bruce N. Ames i 1970'erne for at afgøre, om et kemikalie er en mutagen.

Det er baseret på princippet om invers mutation eller senere mutation. Anvender flere stammer af Salmonella typhimurium auxotrof for histidin.

Kraften af ​​et kemikalie til at forårsage mutation måles ved at påføre det på bakterier på en plade indeholdende histidin. Bakterierne flyttes efterfølgende til en ny plade, der er dårlig i histidin.

Hvis stoffet ikke er mutagent, ville bakterierne ikke vise vækst i den nye plaque. I et andet tilfælde vil auxotrofiske histidinbakterier mutere tilbage til prototrofiske stammer til histidin.

Sammenligningen af ​​andelen af ​​bakteriel vækst i plader med og uden behandling gør det muligt at kvantificere den mutagene effekt af forbindelsen på bakterierne.

Denne mulige mutagene effekt i bakterier indikerer muligheden for, at det giver de samme virkninger i andre organismer, herunder mennesker.

Det antages, at en forbindelse, som er i stand til at forårsage en mutation i bakterielt DNA, også kan være i stand til at frembringe mutationer, der kan forårsage kræft.

Andre applikationer til Ames testen

Udvikling af nye stammer

Ames-testen er blevet anvendt for at opnå nye bakteriestammer. For eksempel er stammer mangelfuldt i nitroreduktase blevet udviklet.

Disse stammer bruges til at studere metabolismen af ​​xenobiotika og DNA reparationssystemer. De har også været nyttige til at evaluere nitrogruppers metaboliske mekanismer for at producere aktive mutagenser såvel som nitreringsmekanismerne af genotoksiske forbindelser.

Antimutagénesis

Ames-testen er også blevet brugt som et redskab til at studere og klassificere naturlige antimutagener. Antimutagener er forbindelser, der kan reducere mutagent DNA-skade, hovedsagelig ved at forbedre deres reparationssystemer.

På denne måde undgår sådanne forbindelser de første trin af kræftudvikling. Siden begyndelsen af ​​80'erne (i det tyvende århundrede) har Ames og kolleger gennemført undersøgelser for at evaluere genotoksinreduktioner og kræftrisici gennem en diæt rig på antimutagener.

De observerede, at befolkninger, der havde diæt med høje niveauer af antimutagener, havde mindre risiko for at udvikle gastroenterisk cancer.

Ames-testen har været meget anvendt til at studere adskillige planteekstrakter, der vides at reducere mutagenicitet. Disse undersøgelser har også vist, at plantekomponenter ikke altid er sikre. Mange spiselige planter har vist sig at have genotoksiske virkninger.

Ames-testen har også vist sig at være nyttig til at detektere de toksiske eller antimutagene virkninger af naturlige forbindelser, der ofte anvendes i alternativ medicin..

Undersøgelser af genotoksisk metabolisme

En af svaghederne i Ames-testen var manglen på metabolisk aktivering af de genotoksiske forbindelser. Dette problem er imidlertid blevet løst ved at tilføje leverhomogenater induceret af CYP fremstillet af gnavere.

CYP er et hæmoprotein forbundet med metabolisme af forskellige stoffer. Denne ændring tilføjede nye evner til Ames-testen. For eksempel er flere induktorer af CYP blevet vurderet, hvilket viste at disse enzymer induceres af forskellige typer forbindelser.

Evaluering af mutagener i biologiske væsker

Disse tests bruger urin, plasma og serumprøver. De kan være nyttige til evaluering af dannelsen af ​​N-nitrosoforbindelser in vivo fra aminosyre-lægemidler.

De kan også være nyttige i epidemiologiske undersøgelser af humane populationer udsat for erhvervsmæssig mutagens, rygevaner og udsættelse for miljøforurenende stoffer.

Disse test har for eksempel vist, at arbejdstagere udsat for affaldsprodukter har højere niveauer af urinmutagen end dem, der arbejdede i vandbehandlingsanlæg..

Det har også tjent til at vise, at brugen af ​​handsker reducerer koncentrationerne af mutagener i støberbejdere udsat for aromatiske polycykliske forbindelser.

Undersøgelser af urinmutagener er også et værdifuldt redskab til antimutagenisk evaluering, da for eksempel med denne test blev det påvist, at administrationen af ​​C-vitamin hæmmer dannelsen af ​​N-nitrosoforbindelser.

Det viste sig også at vise, at forbruget af grøn te i en måned reducerer koncentrationen af ​​urinmutagener.

referencer

1. B. N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metoder til påvisning af kræftfremkaldende stoffer og mutagener med testen for salmonella / pattedyr-mikrosom-mutagenicitet. Mutation Research / Miljø Mutagenese og beslægtede emner.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Ames-testen i det 21. århundrede. Forskning & Anmeldelser: En Journal of Toxicology.
3. Auxotrof. I Wikipedia. Hentet fra https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Native SILAC: Metabolisk mærkning af proteiner i prototrof mikroorganismer baseret på lysinsyntesegulering. Molecular & Cellular Proteomics.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). En prototrofisk deletionsmutantopsamling til gærmetabolomik og biologiske systemer. Naturbioteknologi.