AUXOTROF: ORIGINE, EXEMPLU ȘI APLICAȚII - BIOLOGIE - 2025

Un auxotrof este un microorganism care nu este capabil să sintetizeze un anumit tip de nutrienți sau componente organice esențiale pentru creșterea respectivului individ. Prin urmare, această tulpină nu poate prolifera decât dacă se adaugă nutrient în mediul de cultură. Această cerință nutrițională este rezultatul unei mutații a materialului genetic.

Această definiție se aplică în general unor condiții specifice. De exemplu, spunem că organismul este auxotrofic pentru valină, ceea ce indică faptul că individul în cauză are nevoie de acest aminoacid pentru a fi aplicat în mediul de cultură, deoarece nu este capabil să-l producă singur.

Sursa: pixabay.com

În acest fel, putem diferenția două fenotipuri: „mutantul”, care corespunde cu ajutorul ayotrofului valinei - ținând cont de exemplul nostru ipotetic anterior, deși poate fi un auxotrof pentru orice nutrient - și „originalul” sau sălbatic, care poate sintetiza corect amino acid. Acesta din urmă este numit prototrof.

Auxotrofia este cauzată de o mutație specifică care duce la pierderea capacității de a sintetiza un element, cum ar fi un aminoacid sau o altă componentă organică.

În genetică, o mutație este o modificare sau modificare a secvenței ADN. În general, mutația inactivează o enzimă cheie într-o cale sintetică.

Cum provin organismele auxotrofe?

În general, microorganismele necesită o serie de nutrienți esențiali pentru creșterea lor. Nevoile dvs. minime sunt întotdeauna o sursă de carbon, o sursă de energie și diverși ioni.

Organismele care au nevoie de nutrienți în plus față de cele de bază sunt auxiliare pentru această substanță și sunt cauzate de mutații în ADN.

Nu toate mutațiile care apar în materialul genetic al unui microorganism vor afecta capacitatea acestuia de a crește împotriva unui anumit nutrient.

Poate să apară o mutație și nu are niciun efect asupra fenotipului microorganismului - acestea sunt cunoscute sub numele de mutații silențioase, deoarece nu schimbă secvența proteinei.

Astfel, mutația afectează o genă foarte particulară care codifică o proteină esențială a unei căi metabolice care sintetizează o substanță esențială pentru organism. Mutația generată trebuie să inactiveze gena sau să afecteze proteina.

În general afectează enzimele cheie. Mutația trebuie să producă o schimbare în secvența unui aminoacid care schimbă semnificativ structura proteinei și astfel elimină funcționalitatea acesteia. Poate afecta și locul activ al enzimei.

Exemple în

S. cerevisiae este o ciupercă unicelulară cunoscută popular sub numele de drojdie de bere. Este utilizat pentru fabricarea de produse comestibile pentru oameni, cum ar fi pâinea și berea.

Datorită utilității sale și a creșterii ușoare în laborator, este unul dintre cele mai utilizate modele biologice, motiv pentru care se știe că mutațiile specifice sunt cauza auxotrofiei.

Auxotrofe pentru histidină

Histidina (prescurtată în nomenclatura cu o literă ca H și cu trei litere ca ale Sale) este unul dintre cei 20 de aminoacizi care formează proteine. Grupa R a acestei molecule este formată dintr-un grup imidazol încărcat pozitiv.

Deși la animale, inclusiv la oameni, este un aminoacid esențial - adică nu îl pot sintetiza și trebuie să-l încorporeze prin dietă - microorganismele au capacitatea de a-l sintetiza.

Gena HIS3 din această drojdie codifică enzima imidazol glicerol fosfat dehidrogenază, care participă la calea de sinteză a aminoacidului histidină.

Mutațiile acestei gene (his3 ^- ) au drept consecință o histotină. Astfel, acești mutanți nu sunt capabili să prolifereze într-un mediu lipsit de nutrienți.

Auxotrofe pentru triptofan

În mod similar, triptofanul este un aminoacid hidrofob care are o grupare indol ca grupă R. Ca și aminoacizii precedenți, acesta trebuie încorporat în dieta animalelor, dar microorganismele îl pot sintetiza.

Codul genei TRP1 pentru enzima fosforibosil antranilat izomeraza, care este implicat în calea anabolică a triptofanului. Când apare o modificare în această genă, se obține o mutație trp1 ^- care dezactivează organismul să sintetizeze aminoacidul.

Auxotrofe pentru pirimidine

Pirimidinele sunt compuși organici care fac parte din materialul genetic al organismelor vii. Mai exact, se găsesc în baze azotate, care fac parte din timină, citozină și uracil.

În această ciupercă, gena URA3 codează pentru enzima orotidină-5'-fosfat decarboxilază. Această proteină este responsabilă de catalizarea unui pas în sinteza de novo a pirimidinelor. Prin urmare, mutațiile care afectează această genă provoacă auxotrofie uridină sau uracil.

Uridina este un compus care rezultă din unirea uracilului bazei azotate cu un inel ribozic. Ambele structuri sunt legate printr-o legătură glicozidică.

Aplicații

Auxotrofia este o caracteristică foarte utilă în studiile legate de microbiologie, pentru selecția organismelor în laborator.

Același principiu poate fi aplicat plantelor, unde prin inginerie genetică se creează un individ auxotrofic, fie pentru metionină, biotină, auxină etc.

Aplicație în inginerie genetică

Mutanții auxiliari sunt utilizați pe scară largă în laboratoarele unde se realizează protocoale de inginerie genetică. Unul dintre obiectivele acestor practici moleculare este instruirea unei plasmide construite de cercetător într-un sistem procariot. Această procedură este cunoscută sub denumirea de „completarea auxotrofiei”.

O plasmidă este o moleculă circulară de ADN, tipică bacteriilor, care se reproduce independent. Plasmidele pot conține informații utile care sunt utilizate de bacterii, de exemplu, rezistența la un antibiotic sau o genă care îi permite să sintetizeze un nutrient de interes.

Cercetătorii care doresc să introducă o plasmidă într-o bacterie pot folosi o tulpină auxotrofică pentru un anumit nutrient. Informațiile genetice necesare sintezei nutrienților sunt codificate în plasmidă.

În acest fel, este pregătit un mediu minim (care nu conține nutrientul pe care tulpina mutantă nu îl poate sintetiza) și bacteriile sunt însămânțate cu plasmida.

Doar bacteriile care au încorporat această porțiune de ADN plasmidic vor putea crește în mediu, în timp ce bacteriile care nu au reușit să capteze plasmida vor muri din lipsa de nutrient.

Referințe

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Genetică, concepte esențiale. Editorial Médica Panamericana.
2. Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Microbiologie. Prentice-Hall Hispanoamericana ,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). O introducere în analiza genetică. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Inginerie genetică și transfer de gene. Piramidă.
5. Molina, JLM (2018). 90 a rezolvat probleme de Inginerie Genetică. Universitatea Miguel Hernández
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introducere în microbiologie. Editorial Médica Panamericana.