ŠTO JE PROTOTROF I KOJE SU NJEGOVE PRIMJENE? - BIOLOGIJA - 2026

Su prototrophs su organizmi ili stanice koje su sposobne proizvoditi aminokiseline koje je potrebno za svoje životne procese. Ovaj se pojam općenito koristi u odnosu na određenu tvar. Suprotno je pojmu auxotroph.

Ovaj posljednji izraz koristi se za definiranje mikroorganizma koji je sposoban da raste i razmnožava se u kulturi samo ako mu je dodano određeno hranjivo. U slučaju prototrofa, može napredovati bez takve tvari jer ga je sposoban proizvesti sam.

Jednostavna usporedba između auksotrofa i prototrofa. Preuzeto i uređeno iz: Akardoust, iz Wikimedia Commons.

Na primjer, organizam ili soj koji ne može rasti u nedostatku lizina nazivali bi se auksotrofnim lizinom. Prototrofni soj lizina će sa svoje strane rasti i razmnožavati se neovisno o prisutnosti ili odsutnosti lizina u mediju kulture.

U osnovi, auksotrofni soj izgubio je funkcionalan metabolički put koji mu je omogućio sintezu osnovne tvari, neophodne za njegove vitalne procese.

Taj nedostatak uglavnom nastaje zbog mutacije. Mutacija stvara nulti alel koji nema biološku sposobnost stvaranja tvari prisutne u prototrofu.

Prijave

Biokemija

Auxotrophic genetski markeri se često koriste u molekularnoj genetici. Svaki gen sadrži podatke koji kodiraju protein. To su pokazali istraživači George Beadle i Edward Tatum u svom radu koji im je donio Nobelovu nagradu.

Ova specifičnost gena omogućuje mapiranje biosintetskih ili biokemijskih putova. Mutacija gena dovodi do mutacije proteina. Na taj se način može utvrditi u auksotrofičnim sojevima ispitivane bakterije koji enzimi nisu funkcionalni zbog mutacija.

Druga metoda za određivanje biosintetskih putova je upotreba auksotrofnih sojeva specifičnih aminokiselina. U tim se slučajevima iskorištava potreba sojeva za takvim aminokiselinama da bi se dodali neprirodni analozi aminokiselina proteina u kulturni medij.

Na primjer, supstitucija fenilalanina za para-azido fenilalanin u kulturama sojeva Escherichia coli, koja je auksotrofična za fenilalanin.

Auksotrofni markeri

Mutacije unutar gena koji kodiraju enzime koji sudjeluju u putima za biosintezu metaboličkih građevnih molekula koriste se kao markeri u ogromnoj većini genetskih eksperimenata s kvascima.

Hranjivi nedostatak uzrokovan mutacijom (auksotrofija) može se nadoknaditi unosom potrebnog hranjivog sastojka u mediju za rast.

Međutim, takva kompenzacija nije nužno kvantitativna jer mutacije utječu na različite fiziološke parametre i mogu djelovati sinergistički.

Zbog toga su provedena ispitivanja kako bi se dobili prototrofni sojevi s ciljem uklanjanja auksotrofnih markera i smanjenja pristranosti u fiziološkim i metaboličkim ispitivanjima.

Amesov test

Amesov test, koji se također naziva test mutageneze na salmonelu, razvio je Bruce N. Ames u 1970-ima kako bi utvrdio je li kemikalija mutagen.

Temelji se na principu reverzne mutacije ili posteriorne mutacije. Koristi više sojeva Salmonella typhimurium auxotrophic na histidin.

Moć kemikalije koja uzrokuje mutaciju mjeri se primjenom bakterija na pločici koja sadrži histidin. Bakterije se nakon toga premještaju u novi plak siromašan histidinom.

Ako tvar nije mutagena, bakterije ne bi pokazale rast na novom plaku. U drugom slučaju, histidinske aksotrofne bakterije ponovno će mutirati u prototrofične histidinske sojeve.

Kultura prototrofne bakterije Salmonella typhimurium. Preuzeto i uređeno iz: Sun14916, iz Wikimedia Commons

Usporedba udjela rasta bakterija u pločama sa i bez tretmana omogućava kvantificiranje mutagene snage spoja na bakterije.

Taj mogući mutageni učinak u bakterija ukazuje na mogućnost izazivanja istih učinaka kod drugih organizama, uključujući i ljude.

Vjeruje se da spoj koji može izazvati mutaciju u bakterijskoj DNK također može proizvesti mutacije koje mogu izazvati rak.

Ostale prijave na Amesov test

Razvoj novih sojeva

Za dobivanje novih sojeva bakterija primijenjen je Amesov test. Na primjer, razvijeni su sojevi s nedostatkom nitroreduktaze.

Ti se sojevi koriste za proučavanje ksenobiotskog metabolizma i sustava popravljanja DNK. Također su bili korisni za procjenu metaboličkih mehanizama nitrogrupe za proizvodnju aktivnih mutagena, kao i za mehanizme nitracije genotoksičnih spojeva.

Antimutagenesis

Amesov test također se koristio kao alat za proučavanje i klasifikaciju prirodnih antimutagena. Antimutageni su spojevi koji mogu smanjiti mutagene lezije u DNK, uglavnom poboljšavajući njihov sustav popravljanja.

Na taj način, takvi spojevi izbjegavaju početne korake razvoja raka. Od ranih 1980-ih (20. stoljeće), Ames i dr. Provodili su studije za procjenu smanjenja genotoksina i rizika od raka putem prehrane bogate antimutagenima.

Uočili su da populacija koja je prehranila s visokom razinom antimutagena ima niži rizik od nastanka karcinoma želuca.

Amesov test se intenzivno koristio za proučavanje različitih biljnih ekstrakata za koje se zna da smanjuju mutagenost. Ova su istraživanja također pokazala da biljne komponente nisu uvijek sigurne. Pokazalo se da mnoge jestive biljke imaju genotoksične učinke.

Amesov test se također pokazao korisnim u otkrivanju toksičnih ili antimutagenih učinaka prirodnih spojeva koji se često koriste u alternativnoj medicini.

Studije genotoksičnog metabolizma

Jedna od slabosti Amesovog testa bio je nedostatak metaboličke aktivacije genotoksičnih spojeva. Međutim, ovaj je problem riješen dodavanjem jetrenih homogenata uzrokovanih CYP-om pripremljenih od glodavaca.

CYP je hemoprotein povezan s metabolizmom različitih tvari. Ova izmjena dodala je nove mogućnosti Ames testu. Na primjer, evaluirani su različiti induktori CYP-a, koji su pokazali da ti enzimi potiču različite vrste spojeva.

Procjena mutagena u biološkim tekućinama

Ovi testovi koriste uzorke urina, plazme i seruma. Oni mogu biti korisni za procjenu stvaranja N-nitrozo spojeva in vivo iz amino lijekova.

Oni također mogu biti korisni u epidemiološkim studijama ljudske populacije izložene profesionalnim mutagenima, navikama pušenja i izloženosti zagađivačima okoliša.

Ovi testovi su pokazali, na primjer, da radnici izloženi otpadnim proizvodima imaju višu razinu mutagena u mokraći od onih koji su radili u postrojenjima za pročišćavanje vode.

Također je pokazalo da uporaba rukavica smanjuje koncentraciju mutagena u livarskim radnicima koji su izloženi policikličkim aromatskim spojevima.

Studije mutagena u mokraći također su vrijedan alat za antimutagenu procjenu, jer je, na primjer, ovaj test pokazao da primjena vitamina C inhibira stvaranje N-nitrozo spojeva.

Također je pokazalo da konzumiranje zelenog čaja mjesec dana smanjuje koncentraciju mutagena u mokraći.

Reference

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metode za otkrivanje karcinogena i mutagena testom mutagenosti na salmonelu / sisavce-mikrosome. Istraživanje mutacija / mutageneza okoliša i srodni predmeti.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Amesov test u dvadeset prvom stoljeću. Istraživanje i recenzije: časopis za toksikologiju.
3. Auksotrofnost. Na Wikipediji. Oporavak s
4. S. Benner (2001). Enciklopedija genetike. Akademska štampa.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Izvorni SILAC: Metabolično obilježavanje proteina u prototrofnim mikroorganizmima na temelju regulacije sinteze lizina. Molekularna i stanična proteomika.
6. M. Mübleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Zbirka mutanata prototrofičnih brisanja za metabolomiju kvasca i biologiju sustava. Prirodna biotehnologija.