Какво е прототроф и какви са неговите приложения?

на prototrophs те са организми или клетки, които са способни да произвеждат аминокиселините, които изискват за своите жизнени процеси. Този термин обикновено се използва по отношение на конкретно вещество. Той е противоположен на термина ауксотрофен.

Последният термин се използва за определяне на микроорганизъм, който е способен да расте и да се размножава в хранителна среда, само ако към него е добавено специфично хранително вещество. В случай на прототроф, той може да процъфтява без споменатото вещество, защото е в състояние да го произведе сам.

Един организъм или щам, например, неспособен да расте в отсъствието на лизин, би се наричал ауксотрофен лизин. Прототрофният лизинов щам от своя страна ще расте и може да се размножава независимо от присъствието или отсъствието на лизин в културалната среда. 

По принцип, ауксотрофният щам е загубил функционален метаболитен път, който му позволява да синтезира фундаментално вещество, което е от съществено значение за неговите жизнени процеси..

Тази липса обикновено се дължи на мутация. Мутацията генерира нулев алел, който не притежава биологична способност да произвежда вещество, присъстващо в прототрофа.

индекс

• 1 Приложения
  • 1.1 Биохимия
  • 1.2 ауксотрофни маркери
  • 1.3 Тестът на Ames
  • 1.4 Други приложения към теста на Ames
• 2 Препратки

приложения

биохимия

Ауксотрофните генетични маркери често се използват в молекулярната генетика. Всеки ген съдържа информацията, която кодира протеин. Това демонстрираха изследователите Джордж Бидъл и Едуард Татум в работата, която ги направи кредитори на Нобеловата награда..

Тази специфичност на гените позволява картографирането на биосинтетични или биохимични пътища. Мутацията на гена води до мутация на протеин. По този начин може да се определи в ауксотрофните щамове на бактериите, които са изследвани кои ензими са дисфункционални поради мутациите..

Друг метод за определяне на биосинтетични пътища е използването на ауксотрофни щамове на специфични аминокиселини. В тези случаи ние се възползваме от необходимостта от такива аминокиселини от щамовете, за да добавят неестествени аналози на протеините в хранителната среда..

Например, заместването на фенилаланин с пара-азидо фенилаланин в култури от щамове на Escherichia coli ауксотрофни за фенилаланин.

Ауксотрофни маркери

Мутациите в гените, които кодират ензими, участващи в пътища за биосинтеза на метаболитни строителни молекули, се използват като маркери в по-голямата част от генетичните експерименти с дрожди.

Хранителният дефицит, причинен от мутацията (ауксотрофия), може да бъде компенсиран чрез осигуряване на необходимото хранително вещество в растежната среда.

Въпреки това, такава компенсация не е непременно количествена, тъй като мутациите влияят на различни физиологични параметри и могат да действат синергично.

Поради това са проведени проучвания за получаване на прототрофни щамове с цел елиминиране на ауксотрофни маркери и намаляване на отклоненията при физиологични и метаболитни изследвания..

Тестът на Ames

Тестът на Ames, наричан също тест за мутагенеза салмонела, е разработен от Bruce N. Ames през 70-те години, за да определи дали даден химикал е мутаген.

Тя се основава на принципа на обратната мутация или по-късна мутация. Използва множество щамове на Salmonella typhimurium ауксотрофни към хистидин.

Силата на даден химикал да предизвика мутация се измерва, като се прилага върху бактерии върху плака, съдържаща хистидин. Впоследствие бактериите се преместват в нова плоча с лоша хистидин.

Ако веществото не е мутагенно, бактериите няма да покажат растеж в новата плака. В друг случай, ауксотрофните хистидинови бактерии ще мутират обратно до прототрофни щамове до хистидин..

Сравнението на дела на бактериалния растеж в плаките с и без лечение позволява да се определи количествено мутагенната сила на съединението върху бактериите..

Този възможен мутагенен ефект при бактериите показва възможността той да предизвика същите ефекти и при други организми, включително и при хората.

Счита се, че съединение, което е способно да предизвика мутация в бактериална ДНК, може също да бъде способно да произвежда мутации, които могат да причинят рак..

Други приложения към теста на Ames

Развитие на нови щамове

Тестът Ames е приложен за получаване на нови бактериални щамове. Например, разработени са щамове с недостиг на нитроредуктаза.

Тези щамове се използват за изследване на метаболизма на ксенобиотици и системи за възстановяване на ДНК. Те са полезни и за оценка на метаболитните механизми на нитрогрупите за получаване на активни мутагени, както и на механизмите на нитриране на генотоксични съединения..

Antimutagénesis

Тестът на Ames също е бил използван като инструмент за проучване и класифициране на природни антимутагени. Антимутагените са съединения, които могат да намалят мутагенното увреждане на ДНК, главно чрез подобряване на техните системи за възстановяване.

По този начин тези съединения избягват началните етапи на развитие на рак. От началото на 80-те години (на двадесети век), Еймс и колегите са провели проучвания за оценка на намаляването на генотоксините и рисковете от рак чрез диета, богата на антимутагени..

Те отбелязват, че популациите, които са имали диети с високи нива на антимутагени, имат по-малък риск от развитие на стомашно-чревен рак.

Тестът Ames е широко използван за изследване на няколко растителни екстракта, за които е известно, че намаляват мутагенността. Тези проучвания показват също, че компонентите на растенията не винаги са безопасни. Много ядливи растения имат генотоксични ефекти.

Тестът на Ames е показал също, че е полезен при откриване на токсичните или антимутагенни ефекти на природните съединения, които често се използват в алтернативната медицина..

Проучвания за генотоксичен метаболизъм

Една от слабостите на теста на Ames е липсата на метаболична активация на генотоксичните съединения. Този проблем обаче е решен чрез добавяне на чернодробни хомогенати, индуцирани от CYP, приготвени от гризачи.

CYP е хемопротеин, свързан с метаболизма на различни вещества. Тази модификация добави нови възможности за теста на Ames. Например, няколко индуктори на CYP са оценени, което показва, че тези ензими се индуцират от различни типове съединения.

Оценка на мутагени в биологични течности

Тези тестове използват урина, плазма и серумни проби. Те могат да бъдат полезни за оценка на образуването на N-нитрозо съединения in vivo от аминокиселинни лекарства.

Те могат също да бъдат полезни при епидемиологични проучвания на човешки популации, изложени на професионални мутагени, навици за тютюнопушене и излагане на замърсители на околната среда.

Тези тестове показват, например, че работниците, изложени на отпадъчни продукти, имат по-високи нива на мутагенни вещества в урината, отколкото тези, които са работили във водопречиствателни съоръжения..

Той също така е показал, че използването на ръкавици намалява концентрациите на мутагени в леярски работници, изложени на ароматни полициклични съединения..

Изследванията на мутагените в урината също са ценен инструмент за антимутагенна оценка, тъй като например с този тест е показано, че приложението на витамин С потиска образуването на N-нитрозо съединения..

Той също така е показал, че консумацията на зелен чай за един месец намалява концентрацията на пикочните мутагени.

препратки

1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Методи за откриване на канцерогени и мутагени с тест за мутагенност при салмонела / млекопитаещо. Изследвания на мутации / Мутагенеза на околната среда и свързани с тях теми.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Тестът на Еймс в двадесет и първи век. Изследвания и рецензии: вестник по токсикология.
3. Аукстрофия. В Уикипедия. Изтеглено от https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Енциклопедия на генетиката. Академик Прес.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Native SILAC: Метаболитно маркиране на протеини в прототрофни микроорганизми на базата на регулация на синтеза на лизин. Молекулярна и клетъчна протеомика.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Прототрофно събиране на мутанти за дрождени метаболомични и биологични системи. Nature Biotechnology.