HVA ER EN PROTOTROF OG HVA ER DENS APPLIKASJONER? - BIOLOGI - 2026

De prototrofer er organismer eller celler som er i stand til å produsere de aminosyrer som krever for sin livsprosesser. Dette uttrykket brukes vanligvis i forhold til et bestemt stoff. Det er motsatt av begrepet auxotroph.

Dette siste begrepet brukes til å definere en mikroorganisme som er i stand til å vokse og formere seg i et kulturmedium bare hvis et spesifikt næringsstoff er tilsatt det. Når det gjelder prototrofen, kan den trives uten et slikt stoff fordi det er i stand til å produsere det selv.

Enkel sammenligning mellom auxotroph og prototroph. Tatt og redigert fra: Akardoust, fra Wikimedia Commons.

En organisme eller en stamme, for eksempel ute av stand til å vokse i fravær av lysin, vil bli kalt auxotrofisk lysin. Den prototrofiske lysinstammen vil på sin side vokse og reprodusere uavhengig av tilstedeværelsen eller fraværet av lysin i kulturmediet.

I utgangspunktet har en auxotrophic stamme mistet en funksjonell metabolske vei som gjorde det mulig å syntetisere et grunnleggende stoff, essensielt for dets 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 til stede i prototrofen.

applikasjoner

biokjemi

Auxotrophic genetiske markører 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 deres arbeid som ga dem Nobelprisen.

Denne spesifisiteten til genene tillater kartlegging av biosyntetiske eller biokjemiske veier. En mutasjon av et gen fører til en mutasjon av et protein. På denne måten kan det bestemmes i de auxotrofiske stammene av bakteriene som studeres hvilke enzymer som er dysfunksjonelle på grunn av mutasjoner.

En annen metode for å bestemme biosyntetiske veier er bruken av auxotrofiske stammer av spesifikke aminosyrer. I disse tilfellene blir stammenes behov for slike aminosyrer utnyttet for å tilsette unaturlige aminosyreanaloger av proteinene i kulturmediet.

For eksempel er substitusjon av fenylalanin med para-azido fenylalanin i kulturer av Escherichia coli stammer auxotrophic for fenylalanin.

Auxotrophic markører

Mutasjoner i gener som koder for enzymer som deltar i veier for biosyntese av metabolske bygningsmolekyler, brukes som markører i de aller fleste genetiske eksperimenter med gjær.

Ernæringsmangelen forårsaket av mutasjonen (auxotrophy) kan kompenseres ved å tilføre det nødvendige næringsstoffet i vekstmediet.

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

På grunn av dette er det utført studier for å oppnå prototrofiske stammer med sikte på å eliminere auxotrofiske markører og redusere skjevhet i fysiologiske og metabolske studier.

Ames-testen

Ames-testen, også kalt Salmonella-mutagenesetesten, ble utviklet av Bruce N. Ames på 1970-tallet for å bestemme om et kjemikalie er et mutagen.

Det er basert på prinsippet om omvendt mutasjon eller posterior mutasjon. Den bruker flere stammer av Salmonella typhimurium auxotrophic til histidin.

Kraften til et kjemisk stoff til å forårsake mutasjon måles ved å påføre det på bakterier på en plate som inneholder histidin. Bakteriene blir deretter flyttet til en ny histidinfattig plakett.

Hvis stoffet ikke er mutagent, ville bakteriene ikke vise vekst på den nye plakaten. I et annet tilfelle vil histidine auxotrophic bakterier igjen muteres til prototrofic histidine stammer.

Kultur av den prototrofiske bakterien Salmonella typhimurium. Tatt og redigert fra: Sun14916, fra Wikimedia Commons

Sammenligning av andelen av bakterievekst i plater med og uten behandling gjør det mulig å kvantifisere den mutagene kraften til forbindelsen på bakterier.

Denne mulige mutagene effekten i bakterier indikerer muligheten for å forårsake de samme effektene i andre organismer, inkludert mennesker.

Det antas at en forbindelse som er i stand til å forårsake en mutasjon i bakteriell 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 få nye bakteriestammer. For eksempel er nitroreduktase-mangelfulle stammer utviklet.

Disse stammene brukes til å studere xenobiotisk metabolisme og DNA-reparasjonssystemer. De har også vært nyttige for å vurdere de metabolske mekanismene til nitrogrupper for å produsere aktive mutagener, så vel som nitreringsmekanismene til genotoksiske forbindelser.

Antimutagenesis

Ames-testen har også blitt brukt som et verktøy for å studere og klassifisere naturlige antimutagener. Antimutagener er forbindelser som kan redusere mutagene lesjoner i DNA, hovedsakelig ved å forbedre reparasjonssystemene.

På denne måten unngår slike forbindelser de første trinnene med kreftutvikling. Siden begynnelsen av 1980-tallet (1900-tallet) har Ames et al. Gjennomført studier for å evaluere genotoksinreduksjon og kreftrisiko gjennom et kosthold rikt på antimutagener.

De observerte at populasjoner som hadde dietter med høye nivåer av antimutagener hadde lavere risiko for å utvikle gastroenterisk kreft.

Ames-testen har blitt brukt mye for å studere forskjellige planteekstrakter som er kjent for å redusere mutagenisitet. Disse studiene har også vist at plantekomponenter ikke alltid er trygge. Det er vist at mange spiselige planter har genotoksiske effekter.

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

Studier av genotoksisk metabolisme

En av svakhetene ved Ames-testen var mangelen på metabolsk aktivering av genotoksiske forbindelser. Imidlertid er dette problemet løst ved tilsetning av CYP-induserte leverhomogenater fremstilt fra gnagere.

CYP er et hemoprotein assosiert med metabolismen av forskjellige stoffer. Denne modifiseringen la nye funksjoner til Ames-testen. For eksempel er forskjellige indusere av CYP-er blitt evaluert, noe som viste at disse enzymene induseres 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-nitroso-forbindelser in vivo fra aminomedisiner.

De kan også være nyttige i epidemiologiske studier av menneskelige bestander utsatt for yrkesmutagener, røykevaner og eksponering for miljøgifter.

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

Det har også tjent til å demonstrere at bruk av hansker reduserer konsentrasjonen av mutagener i støperiarbeidere utsatt for polysykliske aromatiske forbindelser.

Studier av urinmutagener er også et verdifullt verktøy for antimutagen evaluering, da for eksempel denne testen demonstrerte at administrering av C-vitamin hemmer dannelsen av N-nitroso-forbindelser.

Det tjente også til å demonstrere at inntak av grønn te i en måned reduserer konsentrasjonen av urinmutagener.

referanser

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metoder for å påvise kreftfremkallende stoffer og mutagener med salmonella / pattedyr-mikrosom mutagenitetstest. Mutasjonsforskning / miljø mutagenese og relaterte emner.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Ames-testen i det tjueførste århundre. Research & Reviews: A Journal of Toxicology.
3. Auxotrofi. På Wikipedia. Gjenopprettet fra https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Native SILAC: Metabolsk merking av proteiner i prototrofe mikroorganismer basert på regulering av lysinsyntese. Molekylær og cellulær proteomikk.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). En prototrofisk sletting mutant samling for gjærmetabolomikk og systembiologi. Naturbioteknologi.