KAJ JE PROTOTROF IN KAKŠNE SO NJEGOVE UPORABE? - BIOLOGIJA - 2026

V prototrofov so mikroorganizmi ali celice, ki so sposobne proizvajati aminokisline, ki zahtevajo za svoje življenjske procese. Ta izraz se na splošno uporablja v zvezi z določeno snovjo. Je nasprotno od izraza avdotrof.

Zadnji izraz se uporablja za opredelitev mikroorganizma, ki je sposoben rasti in razmnoževanja v gojišču le, če je bilo dodano posebno hranilo. V primeru prototrofa lahko uspeva brez omenjene snovi, ker ga je sposoben sam proizvajati.

Enostavna primerjava med auxotroph in prototroph. Vzeto in urejeno iz: Akardoust, iz Wikimedia Commons.

Organizem ali sev, ki na primer ne more rasti v odsotnosti lizina, bi se imenoval avsotrofni lizin. Prototrofni sev lizina bo naraščal in se razmnoževal neodvisno od prisotnosti ali odsotnosti lizina v gojišču.

V bistvu je avsotrofni sev izgubil funkcionalno presnovno pot, ki mu je omogočila sintezo temeljne snovi, ki je bistvena za njegove vitalne procese.

To pomanjkanje je na splošno posledica mutacije. Mutacija ustvari ničelni alel, ki nima biološke sposobnosti za proizvodnjo snovi, prisotne v prototrofu.

Prijave

Biokemija

Auxotrophic genetski markerji se pogosto uporabljajo v molekularni genetiki. Vsak gen vsebuje informacije, ki kodirajo protein. To sta dokazala raziskovalca George Beadle in Edward Tatum v svojem delu, ki jima je prineslo Nobelovo nagrado.

Ta specifičnost genov omogoča preslikavo biosintetskih ali biokemičnih poti. Mutacija gena vodi do mutacije proteina. Na ta način je mogoče določiti v avsotrofnih sevih preiskovanih bakterij, kateri encimi so zaradi mutacij nefunkcionalni.

Druga metoda za določanje biosintetskih poti je uporaba avsotrofnih sevov specifičnih aminokislin. V teh primerih se izkoristi potreba sevov po takšnih aminokislinah, da se v kulturnem mediju dodajo nenaravni analogi aminokislin.

Na primer, substitucija fenilalanina za para-azido fenilalanin v kulturah sevov Escherichia coli, ki so avksotrofični za fenilalanin.

Auksotrofni markerji

Mutacije znotraj genov, ki kodirajo encime, ki sodelujejo v poteh za biosintezo metaboličnih gradbenih molekul, se v veliki večini genetskih poskusov s kvasom uporabljajo kot markerji.

Prehransko pomanjkanje, ki ga povzroči mutacija (avsotrofija), je mogoče nadomestiti s preskrbo potrebnega hranila v rastnem mediju.

Vendar takšna kompenzacija ni nujno kvantitativna, ker mutacije vplivajo na različne fiziološke parametre in lahko delujejo sinergistično.

Zaradi tega so bile izvedene študije za pridobivanje prototrofnih sevov, da bi odpravili avksotrofne markerje in zmanjšali pristranskost v fizioloških in presnovnih študijah.

Amesov test

Amesov test, imenovan tudi test mutageneze salmonele, je v 70. letih prejšnjega stoletja razvil Bruce N. Ames, da bi ugotovil, ali je kemikalija mutagen.

Temelji na načelu reverzne mutacije ali posteriorne mutacije. Uporablja več sevov Salmonella typhimurium, avksotrofičnih na histidin.

Moč kemikalije, da povzroči mutacijo, merimo tako, da jo nanesemo na bakterije na plošči, ki vsebuje histidin. Bakterije se nato premaknejo v novo ploščo, ki je slaba s histidinom.

Če snov ni mutagena, bakterije ne bi pokazale rasti na novi plošči. V drugem primeru bodo histidinske avksotrofne bakterije znova mutirale na prototrofne seve histidina.

Kultura prototrofne bakterije Salmonella typhimurium. Vzeto in urejeno iz: Sun14916, iz Wikimedia Commons

Primerjava deleža rasti bakterij v ploščah z in brez zdravljenja omogoča količinsko določitev mutagene moči spojine na bakterije.

Ta možni mutageni učinek pri bakterijah kaže na možnost povzročitve enakih učinkov pri drugih organizmih, vključno s človekom.

Verjame se, da lahko tudi spojina, ki lahko povzroči mutacijo v bakterijski DNK, povzroči mutacije, ki lahko povzročijo raka.

Druge aplikacije za Amesov test

Razvoj novih sevov

Za pridobitev novih bakterijskih sevov smo uporabili Amesov test. Na primer so bili razviti sevi z pomanjkanjem nitroreduktaze.

Ti sevi se uporabljajo za proučevanje ksenobiotičnega metabolizma in sistemov za popravljanje DNK. Koristni so bili tudi za oceno metaboličnih mehanizmov nitroskupin za proizvodnjo aktivnih mutagenov in mehanizmov nitracije genotoksičnih spojin.

Antimutageneza

Amesov test je bil uporabljen tudi kot orodje za preučevanje in razvrščanje naravnih antimutagenov. Antimutageni so spojine, ki lahko zmanjšajo mutagene lezije v DNK, predvsem z izboljšanjem njihovih popravilnih sistemov.

Na ta način se takšne spojine izognejo začetnim korakom razvoja raka. Ames et al. So od zgodnjih osemdesetih let 20. stoletja izvajali študije za oceno zmanjšanja genotoksinov in tveganj za raka s prehrano, bogato z antimutageni.

Opazili so, da imajo populacije, ki so se prehranjevale z visoko koncentracijo antimutagenov, manjša tveganja za nastanek raka na prebavilih.

Amesov test se veliko uporablja za preučevanje različnih rastlinskih ekstraktov, za katere je znano, da zmanjšujejo mutagenost. Te raziskave so tudi pokazale, da rastlinske komponente niso vedno varne. Izkazalo se je, da imajo številne užitne rastline genotoksične učinke.

Amesov test se je izkazal tudi kot uporaben pri odkrivanju strupenih ali antimutagenih učinkov naravnih spojin, ki se pogosto uporabljajo v alternativni medicini.

Študije genotoksičnega metabolizma

Ena od slabosti Amesovega testa je bilo pomanjkanje presnovne aktivacije genotoksičnih spojin. Vendar so to težavo rešili z dodatkom jetrnih homogenatov, ki jih povzročajo CYP, pripravljenih iz glodavcev.

CYP je hemoprotein, povezan s presnovo različnih snovi. Ta sprememba je Amesovemu testu dodala nove zmogljivosti. Ocenili so na primer različne induktorje CYP, ki so pokazali, da te encime inducirajo različne vrste spojin.

Vrednotenje mutagenov v bioloških tekočinah

Ti testi uporabljajo vzorce urina, plazme in seruma. Lahko so koristni za oceno tvorbe N-nitrozo spojin in vivo iz amino zdravil.

Uporabni so lahko tudi v epidemioloških študijah človeške populacije, ki je izpostavljena poklicnim mutagenom, navadi kajenja in izpostavljenosti onesnaževal iz okolja.

Ti testi so na primer pokazali, da imajo delavci, ki so izpostavljeni odpadnim izdelkom, večje urinske mutagene kot tisti, ki so delali v čistilnih napravah.

Prav tako je dokazal, da uporaba rokavic zmanjšuje koncentracijo mutagenov pri livarnah, ki so izpostavljeni policikličnim aromatskim spojinam.

Študije mutagenov v urinu so tudi dragoceno orodje za antimutageno vrednotenje, saj je na primer ta test pokazal, da dajanje vitamina C zavira nastajanje N-nitrozo spojin.

Prav tako je dokazal, da uživanje zelenega čaja en mesec zmanjšuje koncentracijo mutagenov v urinu.

Reference

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metode za odkrivanje rakotvornih in mutagenih snovi s testom mutagenosti na salmonelo / sesalca-mikrosom. Raziskave mutacij / okoljska mutageneza in z njimi povezani predmeti.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Amesov test v enaindvajsetem stoletju. Research and Reviews: Journal of Toxicology.
3. Auksotrofija. Na Wikipediji. Pridobljeno iz https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Enciklopedija genetike. Akademski tisk.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Native SILAC: Metabolično označevanje beljakovin v prototrofnih mikroorganizmih na podlagi regulacije sinteze lizina. Molekularna in celična proteomika.
6. M. Mübleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Zbirka mutantov prototrofnih delecij za metabolomijo kvasovk in biologijo sistemov. Naravna biotehnologija.