AUXOTROPH: IZVOR, PRIMERI IN APLIKACIJE - BIOLOGIJA - 2026

Auxotroph je mikroorganizem, ki ni sposoben sintetizirati določene vrste hranil ali ekološko komponento bistvena za rast omenjenega posameznika. Zato se lahko ta sev razmnoži le, če se hranilnemu hrani doda hranljivo sredstvo. Ta prehranska zahteva je posledica mutacije v genskem materialu.

Ta opredelitev na splošno velja za posebne pogoje. Na primer, rečemo, da je organizem avksotrofen za valin, kar kaže, da zadevni posameznik potrebuje to aminokislino, da se uporabi v gojenju, saj je ni sposoben sam proizvajati.

Vir: pixabay.com

Na ta način lahko ločimo dva fenotipa: "mutant, ki ustreza valinski avdotrof - ob upoštevanju našega prejšnjega hipotetičnega primera, čeprav je lahko avksotrof za katero koli hranilo - in" izvirnik "ali divji, ki lahko pravilno sintetizira aminokislina. Slednji se imenuje prototrof.

Auksotrofijo povzročajo nekatere specifične mutacije, ki vodijo do izgube sposobnosti sinteze elementa, na primer aminokisline ali druge organske komponente.

V genetiki je mutacija sprememba ali sprememba zaporedja DNK. Na splošno mutacija inaktivira ključni encim na sintetični poti.

Kako nastajajo avksotrofni organizmi?

Na splošno mikroorganizmi za svojo rast potrebujejo vrsto osnovnih hranil. Vaše minimalne potrebe so vedno vir ogljika, energent in različni ioni.

Organizmi, ki potrebujejo dodatna hranila do osnovnih, so za to snov avsotrofi in jih povzročajo mutacije v DNK.

Ne bodo vse mutacije, ki se pojavljajo v genskem materialu mikroorganizma, vplivale na njegovo sposobnost rasti glede na določeno hranilo.

Lahko pride do mutacije in nima vpliva na fenotip mikroorganizma - ti so znani kot tihe mutacije, saj ne spreminjajo zaporedja beljakovin.

Tako mutacija vpliva na zelo poseben gen, ki kodira za esencialni protein presnovne poti, ki sintetizira bistveno snov za telo. Nastala mutacija mora inaktivirati gen ali vplivati ​​na beljakovine.

Na splošno vpliva na ključne encime. Mutacija mora povzročiti spremembo zaporedja aminokislin, ki bistveno spremeni strukturo proteina in s tem odpravi njegovo funkcionalnost. Lahko vpliva tudi na aktivno mesto encima.

Primeri v

S. cerevisiae je enocelična gliva, popularno znana kot pivski kvas. Uporablja se za izdelavo užitnih izdelkov za ljudi, kot sta kruh in pivo.

Zaradi svoje uporabnosti in enostavne rasti v laboratoriju je eden najpogosteje uporabljenih bioloških modelov, zato je znano, da so specifične mutacije vzrok za avtotrofijo.

Auksotrofi za histidin

Histidin (v enočrkovni nomenklaturi kratica H in tričrkovni kot His) je ena od 20 aminokislin, ki sestavljajo beljakovine. R skupino te molekule sestavlja pozitivno nabita imidazolna skupina.

Čeprav je pri živalih, vključno s človekom, esencialna aminokislina - torej je ne morejo sintetizirati in jo morajo vključiti s prehrano - mikroorganizmi jo lahko sintetizirajo.

Gen HIS3 v tem kvasu kodira encim imidazol glicerol fosfat dehidrogenazo, ki sodeluje v poti za sintezo aminokisline histidin.

Mutacije v tem genu (his3 ^- ) povzročajo avksotrofijo histidina. Tako se ti mutanti ne morejo razmnoževati v mediju, ki mu primanjkuje hranila.

Aukzotrofi za triptofan

Podobno je triptofan hidrofobna aminokislina, ki ima indolo kot R skupina. Tako kot prejšnja aminokislina jo je treba vključiti v prehrano živali, vendar jo lahko mikroorganizmi sintetizirajo.

Gen TRP1 kodira encim fosforibozil-antranilat izomerazo, ki je vključen v anabolični triptofan. Ko pride do spremembe tega gena, nastane mutacija trp1 ^- ki telesu onemogoči sintezo aminokisline.

Auksotrofi za pirimidine

Pirimidini so organske spojine, ki so del genskega materiala živih organizmov. Natančneje jih najdemo v dušikovih bazah, ki so del timina, citozina in uracila.

V tej glivi gen URA3 kodira encim orotidin-5'-fosfat dekarboksilaza. Ta protein je odgovoren za katalizacijo stopnje sinteze pirimidinov de novo. Zato mutacije, ki vplivajo na ta gen, povzročajo auridrofijo uridina ali uracila.

Uridin je spojina, ki izhaja iz zveze dušikove baze uracila z riboznim obročkom. Obe strukturi sta povezani z glikozidno vezjo.

Prijave

Auksotrofija je zelo koristna lastnost v študijah, povezanih z mikrobiologijo, za izbiro organizmov v laboratoriju.

To isto načelo je mogoče uporabiti tudi za rastline, kjer z genskim inženiringom nastanejo avksotrofni posamezniki, bodisi za metionin, biotin, avksin itd.

Uporaba v genskem inženiringu

Auksotrofni mutanti se pogosto uporabljajo v laboratorijih, kjer se izvajajo protokoli genskega inženiringa. Eden izmed ciljev teh molekulskih praks je navodilo plazmida, ki ga je raziskovalec zgradil v prokariotskem sistemu. Ta postopek je znan kot "dopolnitev auksotrofije".

Plazmid je krožna molekula DNA, značilna za bakterije, ki se neodvisno razmnožuje. Plazmidi lahko vsebujejo koristne informacije, ki jih bakterija uporablja, na primer odpornost na neki antibiotik ali gen, ki mu omogoča, da sintetizira hranilo, ki vas zanima.

Raziskovalci, ki želijo vnesti plazmid v bakterijo, lahko uporabijo avsotrofni sev za določeno hranilo. Genetske informacije, potrebne za sintezo hranila, so kodirane v plazmidu.

Na ta način se pripravi minimalno gojišče (ki ne vsebuje hranila, ki ga mutirani sev ne more sintetizirati) in bakterije posejejo s plazmidom.

Le bakterije, ki so vključile ta del plazmidne DNK, bodo lahko rasle v gojišču, medtem ko bakterije, ki niso uspele zajeti plazmida, bodo umrle zaradi pomanjkanja hranila.

Reference

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Genetika, bistveni pojmi. Uredništvo Médica Panamericana.
2. Brock, TD, in Madigan, MT (1993). Mikrobiologija. Dvorana Prentice Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genetski inženiring in prenos genov. Piramida.
5. Molina, JLM (2018). 90 rešilo težave genetskega inženiringa. Univerza Miguel Hernández.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Uvod v mikrobiologijo. Uredništvo Médica Panamericana.