Co je to prototrof a jaké jsou jeho aplikace?



prototrofy jsou to organismy nebo buňky, které jsou schopny produkovat aminokyseliny, které vyžadují pro své životně důležité procesy. Tento termín se obecně používá ve vztahu ke konkrétní látce. Je to opačný k pojmu auxotrofní.

Posledně uvedený termín se používá k definování mikroorganismu, který je schopný růst a množení v kultivačním médiu pouze v případě, že k němu byla přidána specifická živina. V případě prototrofie může bez této substance prospívat, protože je schopna ji sama produkovat.

Organismus nebo kmen, například neschopný růst v nepřítomnosti lysinu, by byl označen jako auxotrofní lysin. Prototrofní kmen lysinu zase roste a může se reprodukovat nezávisle na přítomnosti nebo nepřítomnosti lysinu v kultivačním médiu.. 

V podstatě auxotrofní kmen ztratil funkční metabolickou cestu, která mu umožnila syntetizovat základní látku, nezbytnou pro její životně důležité procesy..

Tento nedostatek je obvykle způsoben mutací. Mutace generuje nulovou alelu, která nemá biologickou schopnost produkovat látku přítomnou v prototrofu.

Index

  • 1 Aplikace
    • 1.1 Biochemie
    • 1.2 auxotrofní markery
    • 1.3 Amesův test
    • 1.4 Další aplikace testu Ames
  • 2 Odkazy

Aplikace

Biochemie

Auxotrofní genetické markery jsou často používány v molekulární genetice. Každý gen obsahuje informaci, která kóduje protein. Toto bylo demonstrováno výzkumníky George Beadle a Edward Tatum, v práci, která dělala jim věřitele Nobelovy ceny..

Tato specificita genů umožňuje mapování biosyntetických nebo biochemických drah. Mutace genu vede k mutaci proteinu. Tímto způsobem lze v auxotrofních kmenech bakterií, které jsou studovány, určit, které enzymy jsou nefunkční v důsledku mutací..

Další metodou stanovení biosyntetických cest je použití auxotrofních kmenů specifických aminokyselin. V těchto případech využíváme potřebu takových aminokyselin kmeny k přidávání nepřirozených analogů proteinů v kultivačním médiu..

Například nahrazení fenylalaninu para-azido fenylalaninem v kulturách kmenů Escherichia coli auxotrofní pro fenylalanin.

Auxotrofní markery

Mutace v genech, které kódují enzymy podílející se na cestách biosyntézy metabolických stavebních molekul, jsou používány jako markery v drtivé většině genetických experimentů s kvasinkami.

Nedostatek výživy způsobený mutací (auxotrofie) může být kompenzován dodáním požadované živiny do růstového média..

Taková kompenzace však není nutně kvantitativní, protože mutace ovlivňují různé fyziologické parametry a mohou působit synergicky.

Z tohoto důvodu byly provedeny studie s cílem získat prototrofní kmeny s cílem eliminovat auxotrofní markery a snížit zkreslení ve fyziologických a metabolických studiích..

Amesův test

Amesův test, také nazývaný test mutageneze Salmonella, byl vyvinut Bruce N. Ames v 70-tých letech určovat jestliže chemikálie je mutagen.

Je založen na principu inverzní mutace nebo pozdější mutace. Využívá více kmenů Salmonella typhimurium auxotrofní k histidinu.

Síla chemické látky způsobující mutaci se měří jejím použitím na bakterie na destičce obsahující histidin. Bakterie se následně přemístí na novou destičku s nízkým obsahem histidinu.

Pokud látka není mutagenní, bakterie by v novém plaku nevykazovaly růst. V dalším případě auxotrofní histidinové bakterie mutují zpět na prototrofní kmeny na histidin.

Porovnání podílu růstu bakterií v destičkách s léčbou a bez ní umožňuje kvantifikovat mutagenní sílu sloučeniny na bakteriích..

Tento možný mutagenní účinek u bakterií naznačuje možnost, že způsobí stejné účinky u jiných organismů, včetně lidí.

Předpokládá se, že sloučenina, která je schopná vyvolat mutaci v bakteriální DNA, může být také schopna produkovat mutace, které mohou způsobit rakovinu..

Další aplikace Amesova testu

Vývoj nových kmenů

Amesův test byl použit pro získání nových bakteriálních kmenů. Byly vyvinuty například kmeny s nedostatkem nitroreduktázy.

Tyto kmeny se používají ke studiu metabolismu xenobiotik a systémů pro opravu DNA. Byly také užitečné pro vyhodnocení metabolických mechanismů nitrogrupů na produkci aktivních mutagenů, jakož i nitračních mechanismů genotoxických sloučenin..

Antimutageneze

Amesův test byl také použit jako nástroj ke studiu a klasifikaci přírodních antimutagenů. Antimutageny jsou sloučeniny, které mohou snížit mutagenní poškození DNA, zejména zlepšením jejich opravných systémů.

Tímto způsobem se takové sloučeniny vyhnou počátečním krokům vývoje rakoviny. Od počátku 80. let (dvacátého století) Ames a jeho kolegové provedli studie hodnotící snížení genotoxinu a rizika rakoviny prostřednictvím stravy bohaté na antimutageny..

Pozorovali, že populace, které měly diety s vysokými hladinami antimutagenů, mají menší riziko vzniku gastroenterického karcinomu.

Amesův test byl široce používán ke studiu několika rostlinných extraktů, o nichž je známo, že snižují mutagenitu. Tyto studie také ukázaly, že složky rostlin nejsou vždy bezpečné. Bylo prokázáno, že mnoho jedlých rostlin má genotoxické účinky.

Amesův test se také ukázal jako užitečný při detekci toxických nebo antimutagenních účinků přírodních sloučenin, které se často používají v alternativní medicíně..

Studie genotoxického metabolismu

Jednou ze slabých stránek Amesova testu byla nedostatečná metabolická aktivace genotoxických sloučenin. Tento problém však byl vyřešen přidáním jaterních homogenátů indukovaných CYP připravených z hlodavců.

CYP je hemoprotein spojený s metabolismem různých látek. Tato modifikace přidala nové možnosti testu Ames. Například bylo vyhodnoceno několik induktorů CYP, které ukázaly, že tyto enzymy jsou indukovány různými typy sloučenin.

Vyhodnocení mutagenů v biologických tekutinách

Tyto testy používají vzorky moči, plazmy a séra. Mohou být užitečné pro hodnocení tvorby N-nitrososloučenin in vivo z aminokyselin.

Mohou být také užitečné v epidemiologických studiích lidských populací vystavených mutagenům z povolání, kuřáckým návykům a expozici látkám znečišťujícím životní prostředí..

Tyto testy například ukázaly, že pracovníci, kteří jsou vystaveni odpadním produktům, mají vyšší hladiny mutagenů v moči než ti, kteří pracovali v zařízeních na úpravu vody..

Rovněž poslouží k prokázání, že použití rukavic snižuje koncentraci mutagenů ve slévárnách vystavených aromatickým polycyklickým sloučeninám.

Studie mutagenů v moči jsou také cenným nástrojem pro antimutagenní hodnocení, protože například při tomto testu bylo prokázáno, že podávání vitamínu C inhibuje tvorbu N-nitrososloučenin..

To také sloužilo ukázat, že spotřeba zeleného čaje na měsíc sníží koncentraci mutagenů moči.

Odkazy

  1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metody detekce karcinogenů a mutagenů testem mutagenity salmonely / savců a mikrosomů. Mutační výzkum / environmentální mutageneze a související předměty.
  2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Amesův test ve dvacátém prvním století. Výzkum a recenze: Žurnál toxikologie.
  3. Auxotrofie Ve Wikipedii. Zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
  4. S. Benner (2001). Encyklopedie genetiky. Akademická tisková zpráva.
  5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Nativní SILAC: Metabolické značení proteinů v prototrofních mikroorganismech na základě regulace syntézy lysinu. Molekulární a buněčná proteomika.
  6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Prototrofní deleční mutantní kolekce pro kvasinkové metabolomiku a biologické systémy. Nature Biotechnology.