CE ESTE UN PROTOTROF ȘI CARE SUNT APLICAȚIILE SALE? - BIOLOGIE - 2025

Cele prototrophs sunt organisme sau celule care sunt capabile să producă aminoacizi care necesită pentru procesele lor de viață. Acest termen este utilizat în general în raport cu o anumită substanță. Este opus termenului auxotrop.

Acest ultim termen este utilizat pentru a defini un microorganism care este capabil să crească și să se înmulțească într-un mediu de cultură numai dacă i s-a adăugat un nutrient specific. În cazul prototrofului, acesta poate prospera fără o astfel de substanță, deoarece este capabil să o producă singură.

Comparație simplă între auxotrof și prototrof. Preluat și editat din: Akardoust, de la Wikimedia Commons.

Un organism sau o tulpină, de exemplu, incapabilă să crească în absența lizinei, ar fi numită lizină auxotrofă. Tulpina de lizină prototrofică, din partea sa, va crește și se va reproduce independent de prezența sau absența lizinei în mediul de cultură.

Practic, o tulpină auxotrofică a pierdut o cale metabolică funcțională care i-a permis să sintetizeze o substanță fundamentală, esențială pentru procesele sale vitale.

Această deficiență se datorează în general unei mutații. Mutația generează o alelă nulă care nu are capacitatea biologică de a produce o substanță prezentă în prototrofă.

Aplicații

Biochimie

Markerii genetici auxiliari sunt adesea folosiți în genetica moleculară. Fiecare genă conține informațiile care codifică o proteină. Acest lucru a fost demonstrat de cercetătorii George Beadle și Edward Tatum, în activitatea lor care le-a câștigat premiul Nobel.

Această specificitate a genelor permite cartografierea căilor biosintetice sau biochimice. O mutație a unei gene duce la o mutație a unei proteine. În acest fel, se poate determina în tulpinile auxotrofe ale bacteriilor în studiu care enzime sunt disfuncționale din cauza mutațiilor.

O altă metodă de determinare a căilor biosintetice este utilizarea tulpinilor auxotrofice ale aminoacizilor specifici. În aceste cazuri, nevoia tulpinilor de astfel de aminoacizi este exploatată pentru a adăuga analogi de aminoacizi nefirecți ai proteinelor din mediul de cultură.

De exemplu, substituția fenilalaninei cu para-azido fenilalanină în culturile de tulpini de Escherichia coli auxotrofice pentru fenilalanină.

Markeri auxiliari

Mutațiile din genele care codifică enzimele care participă la căile pentru biosinteza moleculelor de construcție metabolică sunt utilizate ca markeri în marea majoritate a experimentelor genetice cu drojdie.

Deficiența nutrițională cauzată de mutație (auxotrofie) poate fi compensată prin furnizarea nutrientului necesar în mediul de creștere.

Cu toate acestea, o astfel de compensare nu este neapărat cantitativă, deoarece mutațiile influențează diverși parametri fiziologici și pot acționa sinergic.

Din această cauză, s-au efectuat studii pentru obținerea tulpinilor prototrofice în vederea eliminării markerilor auxotrofici și reducerii prejudecății în studiile fiziologice și metabolice.

Testul Ames

Testul Ames, numit și testul Salagenei mutageneză, a fost dezvoltat de Bruce N. Ames în anii '70 pentru a determina dacă un produs chimic este un mutagen.

Se bazează pe principiul mutației inversă sau al mutației posterioare. Folosește mai multe tulpini de Salmonella typhimurium auxotrophic la histidină.

Puterea unei substanțe chimice de a provoca mutația se măsoară prin aplicarea acesteia pe bacterii de pe o placă care conține histidină. Bacteriile sunt apoi mutate pe o nouă placă săracă cu histidină.

Dacă substanța nu este mutagenă, bacteriile nu ar crește pe noua placă. În alt caz, bacteriile auxotrofice cu histidină se vor muta din nou la tulpinile prototrofice de histidină.

Cultura bacteriei prototrofice Salmonella typhimurium. Preluat și editat din: Sun14916, de la Wikimedia Commons

Comparația proporției de creștere bacteriană în plăci cu și fără tratament face posibilă cuantificarea puterii mutagene a compusului asupra bacteriilor.

Acest posibil efect mutagen asupra bacteriilor indică posibilitatea de a provoca aceleași efecte și în alte organisme, inclusiv la oameni.

Se crede că un compus care este capabil să provoace o mutație în ADN-ul bacterian poate fi, de asemenea, capabil să producă mutații care pot provoca cancer.

Alte aplicații pentru testul Ames

Dezvoltarea de tulpini noi

Testul Ames a fost aplicat pentru a obține noi tulpini bacteriene. De exemplu, s-au dezvoltat tulpini cu deficit de nitroreductază.

Aceste tulpini sunt utilizate pentru a studia metabolismul xenobiotic și sistemele de reparare a ADN-ului. De asemenea, au fost utile pentru a evalua mecanismele metabolice ale nitrogrupurilor pentru a produce mutagene active, precum și mecanismele de nitrare ale compușilor genotoxici.

Antimutagenesis

Testul Ames a fost, de asemenea, utilizat ca instrument pentru studierea și clasificarea antimutagenilor naturali. Antimutagenii sunt compuși care pot reduce leziunile mutagene în ADN, în principal prin îmbunătățirea sistemelor lor de reparație.

În acest fel, astfel de compuși evită primii pași ai dezvoltării cancerului. De la începutul anilor '80 (secolul XX), Ames și colab. Au realizat studii pentru evaluarea reducerilor de genotoxină și a riscurilor de cancer printr-o dietă bogată în antimutagene.

Ei au observat că populațiile care au avut diete cu un nivel ridicat de antimutageni aveau riscuri mai mici de a dezvolta cancer gastroenteric.

Testul Ames a fost utilizat pe scară largă pentru a studia diferite extracte de plante cunoscute pentru a reduce mutagenitatea. Aceste studii au arătat, de asemenea, că componentele plantelor nu sunt întotdeauna în siguranță. Multe plante comestibile au dovedit că au efecte genotoxice.

Testul Ames s-a dovedit a fi util și în detectarea efectelor toxice sau antimutagene ale compușilor naturali care sunt frecvent folosiți în medicina alternativă.

Studii de metabolizare genotoxică

Una dintre punctele slabe ale testului Ames a fost lipsa activării metabolice a compușilor genotoxici. Cu toate acestea, această problemă a fost rezolvată prin adăugarea de omogenate hepatice induse de CYP, preparate din rozătoare.

CYP este o hemoproteină asociată cu metabolismul diferitelor substanțe. Această modificare a adăugat noi capacități la testul Ames. De exemplu, diferiți inductori ai CYPs au fost evaluați, care au arătat că aceste enzime sunt induse de diferite tipuri de compuși.

Evaluarea mutagenilor din fluidele biologice

Aceste teste utilizează probe de urină, plasmă și ser. Ele pot fi utile pentru a evalua formarea compușilor N-nitroso in vivo din medicamente amino.

Ele pot fi utile și în studiile epidemiologice asupra populațiilor umane expuse la mutagene profesionale, la obiceiurile de fumat și la expunerea la poluanții de mediu.

Aceste teste au arătat, de exemplu, că lucrătorii expuși la produse reziduale au un nivel mai ridicat de mutagene urinare decât cei care au lucrat în instalațiile de tratare a apei.

De asemenea, a servit pentru a demonstra că utilizarea mănușilor reduce concentrațiile de mutageni la lucrătorii de turnătorie expuși la compuși aromatici policiclici.

Studiile mutagene urinare sunt, de asemenea, un instrument valoros pentru evaluarea antimutagenă, deoarece, de exemplu, acest test a demonstrat că administrarea de vitamina C inhibă formarea compușilor N-nitroso.

De asemenea, a servit pentru a demonstra că consumul de ceai verde timp de o lună reduce concentrația de mutagene urinare.

Referințe

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metode de detectare a substanțelor cancerigene și mutagene cu testul de mutagenicitate cu salmonella / mamifer-microsom. Cercetări mutaționale / Mutageneză de mediu și subiecte conexe.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Testul Ames în secolul XXI. Cercetări și recenzii: un jurnal de toxicologie.
3. Auxotrofie. Pe Wikipedia. Recuperat de la https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrofie.
4. S. Benner (2001). Enciclopedia de genetică. Presă academică.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). SILAC Nativ: Etichetare metabolică a proteinelor în microorganismele prototrofice bazate pe reglarea sintezei lizinei. Proteomica moleculară și celulară.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). O colecție mutantă de ștergere prototrofică pentru metabolomica drojdiei și biologia sistemelor. Biotehnologia naturii.