Mi az a prototróf és milyen alkalmazásai vannak?

az prototrófokat ezek olyan szervezetek vagy sejtek, amelyek képesek a létfontosságú folyamatokhoz szükséges aminosavak előállítására. Ezt a kifejezést általában egy adott anyag vonatkozásában használják. Ez az auxotróf kifejezéssel ellentétes.

Az utóbbi kifejezést olyan mikroorganizmus meghatározására használják, amely csak olyan tápközegben képes növekedni és szaporodni, ha egy adott tápanyagot hozzáadtunk. A prototróf esetében ez az anyag anélkül fejlődhet, hogy képes maga előállítani.

Egy szervezet vagy törzs, például a lizin hiányában nem képes növekedni, auxotróf lizinnek nevezik. A prototróf lizin törzs viszont növekedni fog és reprodukálhat függetlenül a lizin jelenlététől vagy hiányától a tenyésztőközegben.. 

Alapvetően az auxotróf törzs elvesztett egy funkcionális metabolikus utat, amely lehetővé tette, hogy egy alapvető anyagot szintetizáljon, amely létfontosságú az alapvető folyamataihoz..

Ez a hiány általában a mutációnak köszönhető. A mutáció null-allélt generál, amely nem rendelkezik a prototrófban jelenlévő anyag termeléséhez szükséges biológiai kapacitással.

index

• 1 Alkalmazások
  • 1.1 Biokémia
  • 1.2 auxotróf markerek
  • 1.3 Az Ames teszt
  • 1.4 Egyéb alkalmazások az Ames teszthez
• 2 Referenciák

alkalmazások

biokémia

Az auxotróf genetikai markereket gyakran használják a molekuláris genetikában. Minden gén tartalmazza a fehérjét kódoló információt. Ezt demonstrálták George Beadle és Edward Tatum kutatók abban a munkában, amely a Nobel-díj hitelezői lettek..

A gének ezen sajátossága lehetővé teszi a bioszintetikus vagy biokémiai útvonalak feltérképezését. Egy gén mutációja egy fehérje mutációjához vezet. Ily módon meghatározható a vizsgált baktériumok auxotróf törzseiben, mely enzimek diszfunkcionálódnak a mutációk miatt.

Egy másik módszer a bioszintetikus útvonal meghatározására a specifikus aminosavak auxotróf törzsének alkalmazása. Ezekben az esetekben kihasználjuk az ilyen aminosavaknak a törzsek által történő szükségességét, hogy a tápközegben a fehérjék természetellenes analógjait adjuk hozzá..

Például a fenilalanin helyettesítése para-azido-fenilalaninnal Escherichia coli fenilalaninra vonatkozó auxotróf.

Auxotróf markerek

Az élesztő genetikai kísérleteinek túlnyomó többségében markerekként alkalmazzák az anyagcsere-építő molekulák bioszintézisében részt vevő enzimeket kódoló géneken belüli mutációkat..

A mutáció által okozott táplálkozási hiány (auxotrófia) kompenzálható a szükséges tápanyagnak a táptalajban való beadásával..

Az ilyen kompenzáció nem feltétlenül kvantitatív, mivel a mutációk befolyásolják a különböző fiziológiai paramétereket, és szinergikusan hathatnak.

Emiatt tanulmányokat végeztek prototróf törzsek előállítására az auxotróf markerek kiküszöbölése és a fiziológiai és metabolikus vizsgálatok során a torzítás csökkentése érdekében..

Az Ames teszt

Az Ames-teszt, melynek neve: mutagenezis-teszt Salmonella, Bruce N. Ames kifejlesztette az 1970-es években annak meghatározására, hogy egy vegyi anyag mutagén.

Az inverz mutáció vagy későbbi mutáció elvén alapul. Több törzset alkalmaz Salmonella typhimurium auxotróf a hisztidinhez.

A kémiai mutációt okozó erejét a hisztidin tartalmú lemezen lévő baktériumokhoz való alkalmazásával mérjük. A baktériumokat ezután új hisztidinben lévő lemezre helyezzük át.

Ha az anyag nem mutagén, a baktériumok nem mutatnak növekedést az új plakkban. Egy másik esetben az auxotróf hisztidin baktériumok visszamaradnak prototróf törzsekké hisztidinné.

A baktériumnövekedés arányának összehasonlítása a lemezekkel kezelt és nem kezelt lemezeken lehetővé teszi a vegyület mutagén hatásának a baktériumokra történő számszerűsítését..

Ez a baktériumokban mutatkozó lehetséges mutagén hatás azt jelzi, hogy ugyanez a hatás más szervezetekben, beleértve az embereket is.

Úgy véljük, hogy egy olyan vegyület, amely képes a bakteriális DNS-ben mutációt okozni, szintén képes rákot okozó mutációkat előállítani..

Más alkalmazások az Ames teszthez

Új törzsek fejlesztése

Az Ames-tesztet új baktériumtörzsek előállítására alkalmazták. Például a nitroreduktázban hiányos törzseket fejlesztettek ki.

Ezeket a törzseket a xenobiotikumok és a DNS-javító rendszerek metabolizmusának vizsgálatára használják. Hasznosak voltak továbbá a nitrocsoportok metabolikus mechanizmusainak értékelésére az aktív mutagének előállításához, valamint a genotoxikus vegyületek nitrációs mechanizmusaihoz..

Antimutagénesis

Az Ames-tesztet a természetes antimutagének vizsgálatára és osztályozására is használták. Az antimutagének olyan vegyületek, amelyek csökkenthetik a mutagén DNS-károsodást, elsősorban javítási rendszereik javításával.

Ily módon az ilyen vegyületek elkerülik a rák kialakulásának kezdeti lépéseit. A 80-as évek elejétől (a huszadik század elejétől) Ames és munkatársai tanulmányokat végeztek a genotoxincsökkentések és a rák kockázatainak felmérésére antimutagénben gazdag étrendben..

Megfigyelték, hogy a magas antimutagén-tartalmú étrendűeknél a gyomor-bélrendszeri rák kialakulásának kockázata kisebb.

Az Ames-tesztet széles körben alkalmazták számos olyan növényi kivonat tanulmányozására, amelyekről ismert, hogy csökkenti a mutagenitást. Ezek a vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a növényi összetevők nem mindig biztonságosak. Számos ehető növénynek bizonyult genotoxikus hatása.

Az Ames-teszt szintén hasznosnak bizonyult az alternatív gyógyászatban gyakran használt természetes vegyületek toxikus vagy antimutagén hatásainak kimutatására..

A genotoxikus metabolizmus vizsgálata

Az Ames-teszt egyik gyengesége a genotoxikus vegyületek metabolikus aktivációjának hiánya volt. Ezt a problémát azonban a rágcsálókból előállított CYP által kiváltott májhomogenizátumok hozzáadásával oldották meg.

A CYP egy hemoprotein, amely a különböző anyagok metabolizmusához kapcsolódik. Ez a módosítás új lehetőségeket adott az Ames teszthez. Például számos CYP-induktort értékeltek, ami azt mutatta, hogy ezeket az enzimeket különböző típusú vegyületek indukálják.

Mutagének értékelése biológiai folyadékokban

Ezek a vizsgálatok vizelet-, plazma- és szérummintákat alkalmaznak. Ezek hasznosak lehetnek az N-nitrozo-vegyületek in vivo képződésének értékelésére aminosav-gyógyszerekből.

Ezek hasznosak lehetnek a foglalkozási mutagéneknek, dohányzási szokásoknak és környezeti szennyező anyagoknak kitett emberek populációinak járványügyi vizsgálatában is..

Ezek a vizsgálatok például azt mutatták, hogy a hulladéktermékekkel kitett munkavállalóknak magasabb a vizeletbeli mutagének száma, mint a vízkezelő létesítményekben dolgozók..

Az is bizonyította, hogy a kesztyű használata csökkenti a mutagének koncentrációját az öntödei dolgozókban, akiknek az aromás polyciklusos vegyületek vannak kitéve..

A vizelet-mutagének vizsgálata szintén értékes eszköz az antimutagén értékeléshez, mivel például ezzel a tesztvel bizonyították, hogy a C-vitamin beadása gátolja az N-nitrozo-vegyületek képződését..

Azt is megmutatta, hogy a zöld tea fogyasztása egy hónapra csökkenti a vizelet-mutagének koncentrációját.

referenciák

1. B. N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). A rákkeltő anyagok és mutagének detektálására szolgáló módszerek a szalmonella / emlős-mikroszóma mutagenitás vizsgálatával. Mutációkutatás / környezeti mutagenezis és kapcsolódó tantárgyak.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Az Ames-teszt a huszonegyedik században. Kutatás és vélemények: A Toxicology folyóirat.
3. Auxotrophia. Wikipédiában. A https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). A genetikai enciklopédia. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Natív SILAC: A fehérjék metabolikus jelölése a prototróf mikroorganizmusokban a lizin szintézis szabályozása alapján. Molecular & Cellular Proteomics.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Prototróf deléciós mutáns gyűjtemény élesztő metabolomikához és biológiai rendszerekhez. Természet biotechnológia.