AUXOTROPH: URSPRUNG, EXEMPEL OCH APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

En auxotrof är en mikroorganism som inte kan syntetisera en viss typ av näringsämne eller organisk komponent som är väsentlig för tillväxten av nämnda individ. Därför kan denna stam bara föröka sig om näringsämnet tillsätts till odlingsmediet. Detta näringsbehov är resultatet av en mutation i det genetiska materialet.

Denna definition gäller generellt för specifika villkor. Till exempel säger vi att organismen är auxotrofisk för valin, vilket indikerar att individen i fråga behöver denna aminosyra för att appliceras i odlingsmediet, eftersom den inte kan producera den av sig själv.

Källa: pixabay.com

På detta sätt kan vi differentiera två fenotyper: "mutanten", som motsvarar valin-auxotrofen - med beaktande av vårt tidigare hypotetiska exempel, även om det kan vara en auxotrof för alla näringsämnen - och "det ursprungliga" eller vilda, som kan korrekt syntetisera aminosyra. Det senare kallas en prototrof.

Auxotrofi orsakas av någon specifik mutation som leder till förlust av förmågan att syntetisera ett element, såsom en aminosyra eller annan organisk komponent.

Inom genetik är en mutation en förändring eller modifiering av DNA-sekvensen. Generellt inaktiverar mutationen ett viktigt enzym i en syntetisk väg.

Hur har auxotrofiska organismer sitt ursprung?

I allmänhet kräver mikroorganismer en serie viktiga näringsämnen för deras tillväxt. Dina minsta behov är alltid en kolkälla, en energikälla och olika joner.

Organismer som behöver extra näringsämnen till de grundläggande är auxotrofer för denna substans och orsakas av mutationer i DNA.

Inte alla mutationer som förekommer i det genetiska materialet i en mikroorganism påverkar dess förmåga att växa mot ett visst näringsämne.

En mutation kan inträffa och det har ingen effekt på mikroorganismernas fenotyp - dessa är kända som tysta mutationer, eftersom de inte ändrar proteinets sekvens.

Således påverkar mutationen en mycket speciell gen som kodar för ett väsentligt protein i en metabolisk väg som syntetiserar en viktig substans för kroppen. Den genererade mutationen måste inaktivera genen eller påverka proteinet.

Det påverkar generellt viktiga enzymer. Mutationen måste producera en förändring i sekvensen för en aminosyra som väsentligt ändrar proteinets struktur och därmed eliminerar dess funktionalitet. Det kan också påverka den aktiva platsen för enzymet.

Exempel i

S. cerevisiae är en ensam svamp populärt känd som öljäst. Det används för tillverkning av ätliga produkter för människor som bröd och öl.

Tack vare dess användbarhet och lätta tillväxt i laboratoriet är det en av de mest använda biologiska modellerna, varför det är känt att specifika mutationer är orsaken till auxotrofi.

Auxotrofer för histidin

Histidin (förkortat i enbokstavsnomenklaturen som H och tre bokstäver som Hans) är en av de 20 aminosyrorna som utgör proteiner. R-gruppen för denna molekyl består av en positivt laddad imidazolgrupp.

Även i djur, inklusive människor, är det en essentiell aminosyra - det vill säga att de inte kan syntetisera den och måste införliva den genom kosten - mikroorganismer har förmågan att syntetisera den.

HIS3-genen i denna jäst kodar för enzymet imidazolglycerolfosfatdehydrogenas, som deltar i vägen för syntesen av aminosyran histidin.

Mutationer i denna gen (his3 ^- ) resulterar i histidin auxotrofi. Således kan dessa mutanter inte sprida sig i ett medium som saknar näringsämnet.

Auxotrofer för tryptofan

På liknande sätt är tryptofan en hydrofob aminosyra som har en indolgrupp som R-grupp. Liksom den tidigare aminosyran måste den införlivas i djurens kost, men mikroorganismer kan syntetisera den.

TRP1-genen kodar för enzymet fosforibosylantranilatisomeras, som är involverat i den anabola tryptofanvägen. När en förändring sker i denna gen erhålls en trpl-mutation ^- vilket gör att kroppen inte kan syntetisera aminosyran.

Auxotrofer för pyrimidiner

Pyrimidiner är organiska föreningar som är en del av det genetiska materialet i levande organismer. Specifikt finns de i kvävebaser som utgör en del av tymin, cytosin och uracil.

I denna svamp kodar URA3-genen för enzymet orotidin-5'-fosfatdekarboxylas. Detta protein ansvarar för katalysering av ett steg i de novo-syntesen av pyrimidiner. Därför orsakar mutationerna som påverkar denna gen uridin eller uracil auxotrofi.

Uridin är en förening som är resultatet av sammanslagningen av kvävebas uracil med en ribosring. Båda strukturerna är länkade med en glykosidbindning.

tillämpningar

Auxotrophy är en mycket användbar egenskap i studier relaterade till mikrobiologi för val av organismer i laboratoriet.

Samma princip kan tillämpas på växter, där genom genteknik skapas en auxotrofisk individ, antingen för metionin, biotin, auxin, etc.

Tillämpning inom genteknik

Auxotrofiska mutanter används ofta i laboratorier där gentekniska protokoll utförs. Ett av målen med dessa molekylära metoder är instruktionen av en plasmid konstruerad av forskaren i ett prokaryot system. Denna procedur är känd som "auxotrofikomplementering".

En plasmid är en cirkulär DNA-molekyl, typisk för bakterier, som replikeras oberoende. Plasmider kan innehålla användbar information som används av bakterien, till exempel resistens mot något antibiotikum eller en gen som tillåter den att syntetisera ett näringsämne av intresse.

Forskare som vill införa en plasmid i en bakterie kan använda en auxotrof stam för ett specifikt näringsämne. Den genetiska informationen som är nödvändig för syntesen av näringsämnet kodas i plasmiden.

På detta sätt framställs ett minimalt medium (som inte innehåller det näringsämne som den mutanta stammen inte kan syntetisera) och bakterierna ympas med plasmiden.

Endast bakterier som införlivade denna del av plasmid-DNA kommer att kunna växa i mediet, medan bakterier som inte fångade plasmiden kommer att dö av brist på näringsämnet.

referenser

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Genetik, väsentliga begrepp. Redaktör Médica Panamericana.
2. Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Mikrobiologi. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genetik och genöverföring. Pyramid.
5. Molina, JLM (2018). 90 löste problem med genteknik. Miguel Hernández universitet.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion till mikrobiologi. Redaktör Médica Panamericana.