VAD ÄR EN PROTOTROF OCH VAD ÄR DESS TILLÄMPNINGAR? - BIOLOGI - 2025

De prototrofer är organismer eller celler som har förmåga att producera de aminosyror som behöver för sina livsprocesser. Denna term används vanligtvis i förhållande till ett visst ämne. Det är motsatt av termen auxotroph.

Denna sista term används för att definiera en mikroorganism som kan växa och föröka sig i ett odlingsmedium endast om ett specifikt näringsämne har tillsatts till det. När det gäller prototrof kan den frodas utan ett sådant ämne eftersom det kan producera det själv.

Enkel jämförelse mellan auxotroph och prototroph. Hämtad och redigerad från: Akardoust, från Wikimedia Commons.

En organisme eller en stam, till exempel, som inte kan växa i frånvaro av lysin, skulle kallas auxotrofisk lysin. Den prototrofa lysinstammen, för sin del, kommer att växa och reproducera oberoende av närvaron eller frånvaron av lysin i odlingsmediet.

I grunden har en auxotrof stam tappat en funktionell metabolisk väg som tillät den att syntetisera en grundläggande substans, nödvändig för dess vitala processer.

Denna brist beror generellt på en mutation. Mutationen genererar en null-allel som inte har den biologiska förmågan att producera ett ämne närvarande i prototrofen.

tillämpningar

Biokemi

Auxotrofiska genetiska markörer används ofta inom molekylär genetik. Varje gen innehåller informationen som kodar för ett protein. Detta demonstrerades av forskarna George Beadle och Edward Tatum i deras arbete som fick dem Nobelpriset.

Denna specificitet hos generna möjliggör kartläggning av biosyntetiska eller biokemiska vägar. En mutation av en gen leder till en mutation av ett protein. På detta sätt kan det bestämmas i de auxotrofiska stammarna av bakterierna som studeras vilka enzymer som är dysfunktionella på grund av mutationer.

En annan metod för att bestämma biosyntetiska vägar är användningen av auxotrofiska stammar av specifika aminosyror. I dessa fall utnyttjas stammarnas behov av sådana aminosyror för att lägga till onaturliga aminosyraanaloger av proteinerna i odlingsmediet.

Exempelvis ersätter fenylalanin med para-azidofenylalanin i kulturer av Escherichia coli-stammar auxotrofiskt för fenylalanin.

Auxotrofiska markörer

Mutationer inom gener som kodar för enzymer som deltar i vägar för biosyntes av metabola byggnadsmolekyler används som markörer i de allra flesta genetiska experiment med jäst.

Näringsbristen orsakad av mutationen (auxotrofi) kan kompenseras genom att tillföra det erforderliga näringsämnet i tillväxtmediet.

En sådan kompensation är emellertid inte nödvändigtvis kvantitativ eftersom mutationer påverkar olika fysiologiska parametrar och kan verka synergistiskt.

På grund av detta har studier genomförts för att erhålla prototrofiska stammar i syfte att eliminera auxotrofiska markörer och reducera förspänningar i fysiologiska och metaboliska studier.

Ames-testet

Ames-testet, även kallad Salmonella-mutagenes-testet, utvecklades av Bruce N. Ames på 1970-talet för att bestämma om en kemikalie är ett mutagen.

Det bygger på principen omvänd mutation eller posterior mutation. Den använder flera stammar av Salmonella typhimurium auxotrophic till histidin.

Kraften hos en kemikalie att orsaka mutation mäts genom att applicera den på bakterier på en platta som innehåller histidin. Därefter flyttas bakterierna till en ny histidinfattig plack.

Om ämnet inte är mutagent, skulle bakterierna inte visa tillväxt på den nya placken. I ett annat fall muterar de histidin auxotrofa bakterierna igen till prototrofa histidinstammar.

Odling av den prototrofa bakterien Salmonella typhimurium. Hämtad och redigerad från: Sun14916, från Wikimedia Commons

Jämförelse av andelen bakterietillväxt i plattor med och utan behandling gör det möjligt att kvantifiera den mutagena kraften hos föreningen på bakterier.

Denna möjliga mutagena effekt i bakterier indikerar möjligheten att orsaka samma effekter i andra organismer, inklusive människor.

Det antas att en förening som kan orsaka en mutation i bakteriell DNA också kan producera mutationer som kan orsaka cancer.

Andra applikationer för Ames-testet

Utveckling av nya stammar

Ames-testet har använts för att erhålla nya bakteriestammar. Till exempel har nitroreduktas-bristfälliga stammar utvecklats.

Dessa stammar används för att studera xenobiotisk metabolism och DNA-reparationssystem. De har också varit användbara för att bedöma de metaboliska mekanismerna för nitrogrupper för att producera aktiva mutagener, såväl som nitreringsmekanismerna för genotoxiska föreningar.

Antimutagenesis

Ames-testet har också använts som ett verktyg för att studera och klassificera naturliga antimutagener. Antimutagener är föreningar som kan minska mutagena lesioner i DNA, främst genom att förbättra deras reparationssystem.

På detta sätt undviker sådana föreningar de initiala stegen i cancerutvecklingen. Sedan början av 1980-talet (1900-talet) har Ames et al. Genomfört studier för att utvärdera genotoxinreduktioner och cancerrisker genom en diet rik på antimutagener.

De observerade att populationer som hade dieter med höga nivåer av antimutagener hade lägre risker för att utveckla gastroenterisk cancer.

Ames-testet har använts i stor utsträckning för att studera olika växtenextrakt kända för att minska mutageniciteten. Dessa studier har också visat att växtkomponenter inte alltid är säkra. Många ätliga växter har visat sig ha genotoxiska effekter.

Ames-testet har också visat sig vara användbart för att upptäcka de toxiska eller antimutagena effekterna av naturliga föreningar som ofta används i alternativ medicin.

Genotoxiska metabolismstudier

En av svagheterna i Ames-testet var bristen på metabolisk aktivering av genotoxiska föreningar. Emellertid har detta problem lösts genom tillsats av CYP-inducerade leverhomogenat framställda från gnagare.

CYP är ett hemoprotein associerat med metabolism av olika ämnen. Denna modifiering har lagt till nya funktioner i Ames-testet. Till exempel har ett antal CYP-inducerare utvärderats, vilket visar att dessa enzymer induceras av olika typer av föreningar.

Utvärdering av mutagener i biologiska vätskor

Dessa test använder urin, plasma och serumprover. De kan vara användbara för att utvärdera bildningen av N-nitroso-föreningar in vivo från aminoläkemedel.

De kan också vara användbara i epidemiologiska studier av mänskliga populationer utsatta för yrkesmutagener, rökvanor och exponering för miljöföroreningar.

Dessa test har till exempel visat att arbetare som utsätts för avfallsprodukter har högre nivåer av urinmutagener än de som arbetade i vattenreningsanläggningar.

Det har också tjänat till att visa att användningen av handskar minskar koncentrationerna av mutagener i gjuteriarbetare exponerade för polycykliska aromatiska föreningar.

Studier av urinmutagener är också ett värdefullt verktyg för antimutagen utvärdering, eftersom exempelvis detta test visade att administrering av C-vitamin hämmar bildningen av N-nitroso-föreningar.

Det tjänade också till att visa att konsumtion av grönt te under en månad minskar koncentrationen av urinmutagener.

referenser

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metoder för att detektera cancerframkallande ämnen och mutagener med salmonella / däggdjursmikrosom-mutagenitetstest. Mutationsforskning / miljömutagenes och relaterade ämnen.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Ames-testet i tjugoförsta århundradet. Research & Reviews: A Journal of Toxicology.
3. Auxotrofi. På Wikipedia. Återställs från https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Native SILAC: Metabolisk märkning av proteiner i prototrofa mikroorganismer baserat på lysinsyntesreglering. Molekylära och cellulära proteomik.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). En prototrofisk deletionsmutantkollektion för jästmetabolomik och systembiologi. Nature Biotechnology.