AUXOTROPH: OPPRINNELSE, EKSEMPEL OG APPLIKASJONER - BIOLOGI - 2026

En auxotroph er en mikroorganisme som ikke er i stand til å syntetisere en viss type næringsstoff eller organisk komponent som er essensiell for veksten av nevnte individ. Derfor kan denne stammen bare spre seg hvis næringsstoffet tilsettes kulturmediet. Dette ernæringsmessige kravet er et resultat av en mutasjon i arvematerialet.

Denne definisjonen gjelder generelt spesifikke forhold. For eksempel sier vi at organismen er auxotrophic for valin, noe som indikerer at den aktuelle personen trenger denne aminosyren for å bli påført i kulturmediet, siden den ikke er i stand til å produsere den av seg selv.

Kilde: pixabay.com

På denne måten kan vi differensiere to fenotyper: "mutanten", som tilsvarer valine auxotroph - under hensyntagen til vårt forrige hypotetiske eksempel, selv om det kan være en auxotroph for ethvert næringsstoff - og "original" eller vill, som kan syntetisere riktig aminosyre. Det siste kalles en prototrof.

Auxotrophy er forårsaket av en viss spesifikk mutasjon som fører til tap av evnen til å syntetisere et element, for eksempel en aminosyre eller annen organisk komponent.

I genetikk er en mutasjon en endring eller modifisering av DNA-sekvensen. Generelt inaktiverer mutasjonen et nøkkelenzym i en syntetisk vei.

Hvordan kommer auxotrophic organismer?

Generelt krever mikroorganismer en serie viktige næringsstoffer for deres vekst. Minste behov er alltid en karbonkilde, en energikilde og forskjellige ioner.

Organismer som trenger ekstra næringsstoffer til de grunnleggende, er auxotrophs for dette stoffet og er forårsaket av mutasjoner i DNA.

Ikke alle mutasjoner som oppstår i det genetiske materialet til en mikroorganisme vil påvirke dens evne til å vokse mot et bestemt næringsstoff.

En mutasjon kan forekomme, og den har ingen innvirkning på fenotypen til mikroorganismen - disse er kjent som stille mutasjoner, siden de ikke endrer sekvensen til proteinet.

Dermed påvirker mutasjonen et veldig bestemt gen som koder for et essensielt protein i en metabolsk bane som syntetiserer et essensielt stoff for kroppen. Den genererte mutasjonen må inaktivere genet eller påvirke proteinet.

Det påvirker vanligvis viktige enzymer. Mutasjonen må produsere en endring i sekvensen til en aminosyre som betydelig endrer strukturen til proteinet og dermed eliminerer funksjonaliteten. Det kan også påvirke det aktive stedet for enzymet.

Eksempler i

S. cerevisiae er en encellet sopp populært kjent som ølgjær. Det brukes til fremstilling av spiselige produkter for mennesker som brød og øl.

Takket være dens brukbarhet og enkle vekst i laboratoriet er det en av de mest brukte biologiske modellene, og det er derfor det er kjent at spesifikke mutasjoner er årsaken til auxotrofi.

Auxotrophs for histidine

Histidin (forkortet i enbokstavs nomenklatur som H og tre bokstaver som Hans) er en av de 20 aminosyrene som utgjør proteiner. R-gruppen til dette molekylet består av en positivt ladet imidazolgruppe.

Selv om det hos dyr, inkludert mennesker, er en essensiell aminosyre - det vil si at de ikke kan syntetisere den og må innlemme den gjennom kosthold, har mikroorganismer evnen til å syntetisere den.

HIS3-genet i denne gjæren koder for enzymet imidazol glycerol fosfatdehydrogenase, som deltar i banen for syntese av aminosyren histidin.

Mutasjoner i dette genet (his3 ^- ) resulterer i histidin auxotrophy. Dermed klarer ikke disse mutantene å spre seg i et medium som mangler næringsstoffet.

Auxotrophs for tryptophan

Tilsvarende er tryptofan en hydrofob aminosyre som har en indolgruppe som R-gruppe. Som den forrige aminosyren, må den inkorporeres i kostholdet til dyr, men mikroorganismer kan syntetisere den.

TRP1-genet koder for enzymet fosforibosylantranilat-isomerase, som er involvert i den anabolske tryptofanveien. Når det skjer en endring i dette genet, oppnås en trpl-mutasjon ^- som gjør at kroppen ikke kan syntetisere aminosyren.

Auxotrophs for pyrimidines

Pyrimidiner er organiske forbindelser som er en del av det genetiske materialet til levende organismer. Spesielt finnes de i nitrogenholdige baser, og utgjør en del av timin, cytosin og uracil.

I denne soppen koder URA3-genet for enzymet orotidin-5'-fosfatdekarboksylase. Dette proteinet er ansvarlig for å katalysere et trinn i de novo-syntesen av pyrimidiner. Derfor forårsaker mutasjonene som påvirker dette genet uridin eller uracil auxotrophy.

Uridine er en forbindelse som er et resultat av forening av nitrogenbasis uracil med en riboserring. Begge strukturer er forbundet med en glykosidbinding.

applikasjoner

Auxotrophy er en veldig nyttig egenskap i studier relatert til mikrobiologi, for valg av organismer i laboratoriet.

Det samme prinsippet kan brukes på planter, der ved genteknologi opprettes et auxotrofisk individ, enten for metionin, biotin, auxin, etc.

Anvendelse i genteknologi

Auxotrophic mutants er mye brukt i laboratorier der genteknologiske protokoller utføres. Et av målene med denne molekylære praksis er instruksjon av et plasmid konstruert av forskeren i et prokaryotisk system. Denne prosedyren er kjent som "auxotrophy complementation".

Et plasmid er et sirkulært DNA-molekyl, typisk for bakterier, som repliseres uavhengig. Plasmider kan inneholde nyttig informasjon som brukes av bakteriene, for eksempel resistens mot noe antibiotika eller et gen som lar den syntetisere et næringsstoff av interesse.

Forskere som ønsker å introdusere et plasmid i en bakterie, kan bruke en auxotrophic stamme for et spesifikt næringsstoff. Den genetiske informasjonen som er nødvendig for syntesen av næringsstoffet, er kodet i plasmidet.

På denne måten tilberedes et minimalt medium (som ikke inneholder næringsstoffet som den mutante stammen ikke kan syntetisere) og bakteriene frøes med plasmidet.

Bare bakterier som innlemmer denne delen av plasmid-DNA vil kunne vokse i mediet, mens bakterier som ikke klarte å fange opp plasmidet, vil dø av mangel på næringsstoffet.

referanser

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Genetikk, essensielle begreper. Redaksjonell Médica Panamericana.
2. Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Mikrobiologi. Prentice-Hall Hispanoamericana ,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genteknologi og genoverføring. Pyramide.
5. Molina, JLM (2018). 90 løste problemer med genteknologi. Miguel Hernández universitet.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Redaksjonell Médica Panamericana.