MIKÄ ON PROTOTROFI JA MITKÄ OVAT SEN SOVELLUKSET? - BIOLOGIA - 2026

Prototrofit ovat organismeja tai soluja, jotka kykenevät tuottamaan aminohappoja, jotka edellyttävät, että niiden elintoimintoihin. Tätä termiä käytetään yleensä suhteessa tiettyyn aineeseen. Se on vastapäätä termiä auksotrofi.

Tätä viimeistä termiä käytetään määrittelemään mikro-organismi, joka kykenee kasvamaan ja lisääntymään elatusaineessa vain, jos siihen on lisätty tietty ravintoaine. Prototrofin tapauksessa se voi menestyä ilman tällaista ainetta, koska se pystyy tuottamaan sen itse.

Yksinkertainen vertailu auksotrofin ja prototrofin välillä. Kuvannut ja muokannut: Akardoust, Wikimedia Commonsista.

Organismia tai kantaa, joka esimerkiksi ei pysty kasvamaan lysiinin puuttuessa, kutsutaan auksotrofiseksi lysiiniksi. Prototroofinen lysiinikanta puolestaan ​​kasvaa ja lisääntyy riippumatta lysiinin läsnäolosta tai puuttumisesta elatusaineessa.

Pohjimmiltaan, auksotrofinen kanta on menettänyt toiminnallisen metabolisen reitin, jonka avulla se pystyi syntetisoimaan perustavanlaatuisen aineen, joka on välttämätöntä elintärkeille prosesseilleen.

Tämä puute johtuu yleensä mutaatiosta. Mutaatio tuottaa nolla-alleelin, jolla ei ole biologista kykyä tuottaa prototrofissa olevaa ainetta.

Sovellukset

Biokemia

Auxotrophic geenimarkkereita käytetään usein molekyyligenetiikassa. Jokainen geeni sisältää informaation, joka koodaa proteiinia. Tämän osoittivat tutkijat George Beadle ja Edward Tatum heidän Nobel-palkinnon saaneessa työssään.

Tämä geenien spesifisyys mahdollistaa biosynteettisten tai biokemiallisten reittien kartoittamisen. Geenin mutaatio johtaa proteiinin mutaatioon. Tällä tavalla tutkittavien bakteerien auksotrofisissa kannoissa voidaan määrittää, mitkä entsyymit ovat toimintahäiriöitä mutaatioiden vuoksi.

Toinen menetelmä biosynteettisten reittien määrittämiseksi on tiettyjen aminohappojen auksotrofisten kantojen käyttö. Näissä tapauksissa kantojen tarvetta sellaisille aminohapoille hyödynnetään proteiinien luontaisten aminohappoanalogien lisäämiseksi elatusaineeseen.

Esimerkiksi fenyylialaniinin korvaaminen para-atsidofenyylialaniinilla Escherichia coli -kantojen viljelmissä, jotka ovat auksotrofisia fenyylialaniinille.

Auxotrophic markkerit

Mutaatioita geeneissä, jotka koodaavat entsyymejä, jotka osallistuvat metabolisten rakennusmolekyylien biosynteesin reiteihin, käytetään merkkiaineina valtaosassa hiivan geenikokeita.

Mutaation (auksotrofia) aiheuttama ravintovaja voidaan kompensoida toimittamalla tarvittava ravintoaine kasvustusaineeseen.

Tällainen kompensointi ei kuitenkaan ole välttämättä kvantitatiivinen, koska mutaatiot vaikuttavat erilaisiin fysiologisiin parametreihin ja voivat toimia synergistisesti.

Tämän vuoksi on tehty tutkimuksia prototroofisten kantojen saamiseksi auksotrofisten markkereiden poistamiseksi ja ennakkoluulojen vähentämiseksi fysiologisissa ja metabolisissa tutkimuksissa.

Ames-testi

Bruce N. Ames kehitti 1970-luvulla Ames-testin, jota kutsutaan myös Salmonella-mutageneesitestiksi, määrittääkseen, onko kemikaali mutageeni.

Se perustuu käänteisen mutaation tai takaosan mutaation periaatteeseen. Se käyttää useita salmonella typhimurium -kantoja, jotka ovat auksotrofisia histidiiniin.

Kemikaalin teho mutaation aiheuttamiseksi mitataan levittämällä sitä bakteereille levyllä, joka sisältää histidiiniä. Bakteerit siirretään myöhemmin uuteen histidiini-köyhään plakkiin.

Jos aine ei ole mutageeninen, bakteerit eivät kasvaisi uudella plakkilla. Toisessa tapauksessa aukstiroottiset histidiinibakteerit mutatoituvat jälleen prototroofisiksi histidiinikannoiksi.

Prototroofisen bakteerin Salmonella typhimurium viljely. Otettu ja muokattu: Sun14916, Wikimedia Commons

Bakteerien kasvun osuuden vertailu maljoissa sekä hoidolla että ilman sitä mahdollistaa yhdisteen mutageenisen voiman määrittämisen bakteereihin.

Tämä mahdollinen perimää vaurioittava vaikutus bakteereihin osoittaa mahdollisuuden aiheuttaa samoja vaikutuksia muissa organismeissa, mukaan lukien ihmiset.

Uskotaan, että yhdiste, joka kykenee aiheuttamaan mutaation bakteeri-DNA: ssa, voi myös kyetä tuottamaan mutaatioita, jotka voivat aiheuttaa syöpää.

Muut sovellukset Ames-testiin

Uusien kantojen kehittäminen

Ames-testiä on käytetty uusien bakteerikantojen saamiseksi. Esimerkiksi nitroreduktaasipuutos kantoja on kehitetty.

Näitä kantoja käytetään ksenobiottisen aineenvaihdunnan ja DNA: n korjausjärjestelmien tutkimiseen. Ne ovat olleet hyödyllisiä myös arvioitaessa typpiryhmien metabolisia mekanismeja aktiivisten mutageenien tuottamiseksi, samoin kuin genotoksisten yhdisteiden nitraatiomekanismeja.

Antimutagenesis

Ames-testiä on käytetty myös välineenä tutkia ja luokitella luonnollisia antimutageeneja. Antimutageenit ovat yhdisteitä, jotka voivat vähentää mutageenisia DNA-leesioita lähinnä parantamalla niiden korjausjärjestelmiä.

Tällä tavoin tällaiset yhdisteet välttävät syövän alkuvaiheet. 1980-luvun alusta (1900-luku) lähtien Ames ym. Ovat suorittaneet tutkimuksia genotoksiinin vähentymisen ja syöpäriskien arvioimiseksi antimutageeneja sisältävän ruokavalion avulla.

He havaitsivat, että väestöryhmissä, joissa oli laihdutettu runsaasti antimutageeneja, oli alhaisempi riski saada maha-suolikanavan syöpä.

Ames-testiä on käytetty laajasti tutkimaan erilaisia ​​kasviuutteita, joiden tiedetään vähentävän mutageenisuutta. Nämä tutkimukset ovat myös osoittaneet, että kasvien komponentit eivät ole aina turvallisia. Monilla syötävillä kasveilla on osoitettu olevan genotoksisia vaikutuksia.

Ames-testin on osoitettu olevan hyödyllinen myös vaihtoehtoisessa lääketieteessä usein käytettyjen luonnollisten yhdisteiden myrkyllisten tai antimutageenisten vaikutusten havaitsemiseksi.

Genotoksiset aineenvaihduntatutkimukset

Yksi Ames-testin heikkouksista oli genotoksisten yhdisteiden metabolisen aktivoitumisen puute. Tämä ongelma on kuitenkin ratkaistu lisäämällä jyrsijöistä valmistettuja CYP: n indusoimia maksahomogenaatteja.

CYP on hemoproteiini, joka liittyy eri aineiden metaboliaan. Tämä muutos lisäsi uusia ominaisuuksia Ames-testiin. Esimerkiksi erilaisia ​​CYP-indusoijia on arvioitu, mikä osoitti, että erityyppiset yhdisteet indusoivat nämä entsyymit.

Mutageenien arviointi biologisissa nesteissä

Näissä testeissä käytetään virtsa-, plasma- ja seeruminäytteitä. Ne voivat olla hyödyllisiä arvioitaessa N-nitrosoyhdisteiden muodostumista in vivo aminolääkkeistä.

Ne voivat olla hyödyllisiä myös epidemiologisissa tutkimuksissa ihmispopulaatioille, jotka ovat alttiina ammatillisille perimää vaurioittaville aineille, tupakointitavoille ja altistumiselle ympäristösaasteille.

Nämä testit ovat osoittaneet esimerkiksi, että jätetuotteille altistuneilla työntekijöillä on korkeammat virtsan mutageenit kuin vedenkäsittelylaitoksissa työskentelevillä.

Sen avulla on myös voitu osoittaa, että käsineiden käyttö vähentää perimää vaurioittavien perimän työntekijöiden perimää vaurioittavien aineiden pitoisuuksia polysyklisille aromaattisille yhdisteille.

Virtsan mutageenitutkimukset ovat myös arvokas työkalu antimutageeniseen arviointiin, koska esimerkiksi tämä testi osoitti, että C-vitamiinin antaminen estää N-nitrosoyhdisteiden muodostumista.

Se osoitti myös, että vihreän teen kuluttaminen kuukaudessa vähentää virtsan mutageenien pitoisuutta.

Viitteet

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Menetelmät karsinogeenien ja perimän muutoksia aiheuttavien aineiden havaitsemiseksi salmonella / nisäkkäiden mikrosomien mutageenisuuskokeella. Mutaatiotutkimus / Ympäristömutageneesi ja siihen liittyvät aiheet.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Ames-testi 2000-luvulla. Tutkimus ja arvostelut: Lehti toksikologiasta.
3. Auksotrofian. Wikipediassa. Palautettu osoitteesta
4. S. Benner (2001). Genetiikan tietosanakirja. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Native SILAC: Prototrofisten mikro-organismien proteiinien metabolinen merkitseminen lysiinisynteesisäätelyn perusteella. Molekyyli- ja soluproteiikka.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Prototroofinen deleetiomutanttikokoelma hiivametaboliasta ja systeemibiologiasta. Luontobiotekniikka.