Hva er en prototroph og hva er dens applikasjoner?

den prototrofer de er organismer eller celler som er i stand til å produsere de aminosyrer de trenger for sine vitale prosesser. Dette begrepet er vanligvis brukt i forhold til et bestemt stoff. Det er motsatt begrepet auxotrofisk.

Sistnevnte term brukes til å definere en mikroorganisme som kun kan vokse og formere seg i et kulturmedium bare hvis et bestemt næringsstoff er blitt tilsatt det. I tilfelle av prototrofen kan den trives uten nevnte substans fordi det er i stand til å produsere det selv.

En organisme eller stamme, som for eksempel ikke kan vokse i fravær av lysin, vil bli betegnet auxotrofisk lysin. Den prototrofiske lysinstammen vil i sin tur vokse og kan reprodusere uavhengig av nærvær eller fravær av lysin i kulturmediet. 

I utgangspunktet har en auxotrofisk stamme mistet en funksjonell metabolsk bane som tillot det å syntetisere en grunnleggende substans, avgjørende for dens viktige prosesser.

Denne mangelen skyldes vanligvis en mutasjon. Mutasjonen genererer en null allel som ikke har den biologiske kapasiteten til å produsere et stoff som er tilstede i prototrofen.

index

• 1 applikasjoner
  • 1.1 Biokjemi
  • 1,2 auxotrofe markører
  • 1.3 Ames-testen
  • 1.4 Andre applikasjoner til Ames-testen
• 2 referanser

søknader

biokjemi

De auxotrofe genetiske markørene brukes ofte i molekylær genetikk. Hvert gen inneholder informasjonen som koder for et protein. Dette ble demonstrert av forskerne George Beadle og Edward Tatum, i arbeidet som gjorde dem til kreditorer av Nobelprisen..

Denne spesifisiteten av gener gjør det mulig å kartlegge biosyntetiske eller biokjemiske veier. En mutasjon av et gen fører til en mutasjon av et protein. På denne måten kan det bestemmes i de auxotrofe stammer av bakteriene som studeres hvilke enzymer som er dysfunksjonelle på grunn av mutasjonene.

En annen metode for å bestemme biosyntetiske ruter er bruken av auxotrofiske stammer av spesifikke aminosyrer. I disse tilfellene utnytter vi behovet for slike aminosyrer av stammene for å legge til unaturlige analoger av proteinene i kulturmediene.

For eksempel erstatter fenylalanin med para-azido fenylalanin i kulturer av stammer av Escherichia coli auxotrof for fenylalanin.

Auxotrofe markører

Mutasjoner i gener som koder for enzymer involvert i veier for biosyntese av metabolske byggemolekyler, brukes som markører i det store flertallet av genetiske eksperimenter med gjær.

Den ernæringsmessige mangelen forårsaket av mutasjonen (auxotrofi) kan kompenseres ved å tilveiebringe det nødvendige næringsstoffet i vekstmediet.

En slik kompensasjon er imidlertid ikke nødvendigvis kvantitativ fordi mutasjonene påvirker ulike fysiologiske parametere og kan fungere synergistisk.

På grunn av dette har det vært utført studier for å oppnå prototrofiske stammer med sikte på å eliminere auxotrofe markører og redusere bias i fysiologiske og metabolske studier..

Ames-testen

Ames-testen, også kalt mutagenese-testen av Salmonella, ble utviklet av Bruce N. Ames på 1970-tallet for å avgjøre om et kjemikalie er mutagent.

Det er basert på prinsippet om invers mutasjon eller senere mutasjon. Anvender flere stammer av Salmonella typhimurium auxotrofisk til histidin.

Kraften til et kjemikalie som forårsaker mutasjon, måles ved å påføre det på bakterier på en plate som inneholder histidin. Bakteriene blir deretter flyttet til en ny plate som er dårlig i histidin.

Hvis stoffet ikke er mutagent, ville bakteriene ikke vise vekst i den nye plakken. I et annet tilfelle vil auxotrofiske histidinbakterier mutere tilbake til prototrofiske stammer til histidin.

Sammenligningen av andelen bakteriell vekst i plater med og uten behandling, gjør det mulig å kvantifisere den mutagene effekten av forbindelsen på bakteriene.

Denne mulige mutagene effekten i bakterier indikerer muligheten for at den gir samme effekter i andre organismer, inkludert mennesker.

Det antas at en forbindelse som er i stand til å forårsake en mutasjon i bakterielt DNA, også kan være i stand til å produsere mutasjoner som kan forårsake kreft.

Andre applikasjoner til Ames-testen

Utvikling av nye stammer

Ames-testen er brukt for å oppnå nye bakteriestammer. For eksempel er stammer mangelfull i nitroreduktase blitt utviklet.

Disse stammene brukes til å studere metabolismen av xenobiotika og DNA-reparasjonssystemer. De har også vært nyttige for å evaluere nitrogruppers metabolske mekanismer for å produsere aktive mutagene, samt nitreringsmekanismer av genotoksiske forbindelser.

Antimutagénesis

Ames-testen har også blitt brukt som et verktøy for å studere og klassifisere naturlige antimutagener. Antimutagener er forbindelser som kan redusere mutagent DNA-skade, hovedsakelig ved å forbedre sine reparasjonssystemer.

På denne måten unngår slike forbindelser de første trinnene med kreftutvikling. Siden tidlig på 80-tallet (i det tjuende århundre) har Ames og kollegaer utført studier for å evaluere genotoksinreduksjoner og kreftrisiko gjennom en diett rik på antimutagener.

De observert at populasjoner som hadde dietter med høye nivåer av antimutagener, hadde mindre risiko for å utvikle gastroenterisk kreft.

Ames-testen har vært mye brukt til å studere flere planteekstrakter som er kjent for å redusere mutagenicitet. Disse studiene har også vist at plantekomponenter ikke alltid er sikre. Mange spiselige planter har vist seg å ha genotoksiske effekter.

Ames-testen har også vist seg å være nyttig ved å oppdage de giftige eller antimutagene virkninger av naturlige forbindelser som ofte brukes i alternativ medisin..

Studier av genotoksisk metabolisme

En av svakhetene i Ames-testen var mangelen på metabolisk aktivering av de genotoksiske forbindelsene. Imidlertid er dette problemet løst ved å tilsette leverhomogenater indusert av CYP fremstilt fra gnagere.

CYP er et hemoprotein forbundet med metabolisme av ulike stoffer. Denne modifikasjonen ga nye evner til Ames-testen. For eksempel er flere induktorer av CYP blitt evaluert, noe som viste at disse enzymene er indusert av forskjellige typer forbindelser.

Evaluering av mutagener i biologiske væsker

Disse testene bruker urin, plasma og serumprøver. De kan være nyttige for å evaluere dannelsen av N-nitrosoforbindelser in vivo fra aminosyre-legemidler.

De kan også være nyttige i epidemiologiske studier av humane populasjoner utsatt for yrkesmutagene, røykevaner og eksponering for miljøgifter.

Disse testene har for eksempel vist at arbeidstakere utsatt for avfallsprodukter har høyere nivåer av urinmutagene enn de som jobbet i vannbehandlingsanlegg..

Det har også vist å demonstrere at bruk av hansker reduserer konsentrasjonene av mutagener i støperier som er utsatt for aromatiske polycykliske forbindelser.

Studier av urinmutagener er også et verdifullt verktøy for antimutagenisk evaluering, siden for eksempel med denne testen ble det påvist at administrasjonen av vitamin C hemmer dannelsen av N-nitrosoforbindelser.

Det viste også at forbruket av grønn te i en måned reduserer konsentrasjonen av urinmutagener.

referanser

1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metoder for å oppdage kreftfremkallende og mutagene med mutagenitetstesten for salmonella / pattedyr-mikrosom. Mutation Forskning / Miljø Mutagenese og tilhørende emner.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Ames-testen i det tjueførste århundre. Forskning og omtaler: En Journal of Toxicology.
3. Auxotrofi. På Wikipedia. Hentet fra https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Native SILAC: Metabolisk merking av proteiner i prototrof mikroorganismer basert på lysinsyntesegulering. Molekylær og Cellulær Proteomikk.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). En prototrofisk deletjonsmutant-samling for gjærmetabolomikk og biologiske systemer. Naturbioteknologi.