Что такое прототроф и каковы его приложения?

прототрофы они представляют собой организмы или клетки, которые способны вырабатывать аминокислоты, необходимые для их жизненно важных процессов. Этот термин обычно используется по отношению к конкретному веществу. Это противоположно термину ауксотрофный.

Последний термин используется для определения микроорганизма, который способен расти и размножаться в культуральной среде, только если к нему добавлено определенное питательное вещество. В случае прототрофа, он может процветать без указанного вещества, потому что он способен производить его сам.

Например, организм или штамм, неспособный расти в отсутствие лизина, будет называться ауксотрофным лизином. Прототрофный штамм лизина, в свою очередь, будет расти и может размножаться независимо от присутствия или отсутствия лизина в культуральной среде.. 

По существу, ауксотрофный штамм утратил функциональный метаболический путь, который позволил ему синтезировать фундаментальное вещество, необходимое для его жизненных процессов..

Этот недостаток обычно обусловлен мутацией. Мутация генерирует нулевой аллель, который не обладает биологической способностью продуцировать вещество, присутствующее в прототрофе.

индекс

• 1 Приложения
  • 1.1 Биохимия
  • 1.2 ауксотрофные маркеры
  • 1.3 Тест Эймса
  • 1.4 Другие приложения для теста Эймса
• 2 Ссылки

приложений

биохимия

Ауксотрофные генетические маркеры часто используются в молекулярной генетике. Каждый ген содержит информацию, которая кодирует белок. Это продемонстрировали исследователи Джордж Бидл и Эдвард Татум в работе, которая сделала их кредиторами Нобелевской премии..

Эта специфичность генов позволяет картировать биосинтетические или биохимические пути. Мутация гена приводит к мутации белка. Таким образом, у ауксотрофных штаммов изучаемых бактерий можно определить, какие ферменты дисфункциональны из-за мутаций..

Другим методом определения путей биосинтеза является использование ауксотрофных штаммов определенных аминокислот. В этих случаях мы пользуемся тем, что штаммы используют такие аминокислоты для добавления неестественных аналогов белков в питательные среды..

Например, замена фенилаланина на пара-азидо фенилаланин в культурах штаммов Кишечная палочка ауксотрофный по фенилаланину.

Ауксотрофные маркеры

Мутации в генах, которые кодируют ферменты, участвующие в путях биосинтеза метаболических строительных молекул, используются в качестве маркеров в подавляющем большинстве генетических экспериментов с дрожжами..

Дефицит питательных веществ, вызванный мутацией (ауксотрофия), может быть компенсирован путем подачи необходимого питательного вещества в питательную среду.

Однако такая компенсация не обязательно является количественной, поскольку мутации влияют на различные физиологические параметры и могут действовать синергетически.

В связи с этим были проведены исследования для получения прототрофных штаммов с целью устранения ауксотрофных маркеров и снижения систематической ошибки в физиологических и метаболических исследованиях..

Тест Эймса

Тест Эймса, также называемый тестом на мутагенез сальмонелла, был разработан Брюсом Н. Эймсом в 1970-х годах, чтобы определить, является ли химическое вещество мутагенным.

Он основан на принципе обратной мутации или более поздней мутации. Работает несколько штаммов Salmonella typhimurium ауксотрофен по гистидину.

Способность химического вещества вызывать мутацию измеряется путем нанесения его на бактерии на чашке, содержащей гистидин. Бактерии впоследствии переносятся на новую тарелку с низким содержанием гистидина.

Если вещество не является мутагенным, бактерии не будут расти в новой бляшке. В другом случае ауксотрофные гистидиновые бактерии будут мутировать обратно в прототрофные штаммы в гистидин.

Сравнение доли роста бактерий в чашках с обработкой и без нее позволяет количественно определить мутагенную силу соединения на бактериях..

Этот возможный мутагенный эффект у бактерий указывает на возможность того, что он вызывает такие же эффекты у других организмов, включая людей..

Считается, что соединение, которое способно вызывать мутацию в бактериальной ДНК, также может вызывать мутации, которые могут вызывать рак..

Другие приложения к тесту Эймса

Разработка новых штаммов

Тест Эймса был применен для получения новых штаммов бактерий. Например, были разработаны штаммы с дефицитом нитроредуктазы.

Эти штаммы используются для изучения метаболизма ксенобиотиков и систем репарации ДНК. Они также были полезны для оценки метаболических механизмов нитрогрупп, продуцирующих активные мутагены, а также механизмов нитрования генотоксичных соединений..

антимутагенез

Тест Эймса также использовался в качестве инструмента для изучения и классификации природных антимутагенов. Антимутагены - это соединения, которые могут уменьшить мутагенное повреждение ДНК, главным образом, путем улучшения их репаративных систем..

Таким образом, такие соединения избегают начальных этапов развития рака. С начала 80-х годов (двадцатого века) Эймс и его коллеги проводили исследования для оценки снижения генотоксинов и риска развития рака с помощью диеты, богатой антимутагенами..

Они отметили, что в популяциях, в которых были диеты с высоким уровнем антимутагенов, риск развития рака желудочно-кишечного тракта был ниже..

Тест Эймса широко используется для изучения нескольких растительных экстрактов, которые, как известно, снижают мутагенность. Эти исследования также показали, что растительные компоненты не всегда безопасны. Было показано, что многие съедобные растения обладают генотоксическим действием..

Тест Эймса также показал, что он полезен для выявления токсических или антимутагенных эффектов природных соединений, которые часто используются в альтернативной медицине..

Исследования генотоксического обмена

Одной из слабостей теста Эймса было отсутствие метаболической активации генотоксичных соединений. Однако эта проблема была решена путем добавления гомогенатов печени, индуцированных CYP, полученных от грызунов..

CYP - это гемопротеин, связанный с метаболизмом различных веществ. Эта модификация добавила новые возможности в тест Эймса. Например, были оценены несколько индукторов CYP, которые показали, что эти ферменты индуцируются различными типами соединений..

Оценка мутагенов в биологических жидкостях

В этих тестах используются образцы мочи, плазмы и сыворотки. Они могут быть полезны для оценки образования N-нитрозосоединений in vivo из аминокислотных препаратов..

Они также могут быть полезны при эпидемиологических исследованиях групп населения, подвергающихся воздействию профессиональных мутагенов, привычек курения и воздействия загрязнителей окружающей среды..

Эти тесты показали, например, что работники, подвергшиеся воздействию отходов, имеют более высокий уровень мутагенов в моче, чем те, кто работал в водоочистных сооружениях..

Это также служит для демонстрации того, что использование перчаток снижает концентрацию мутагенов у литейщиков, подвергающихся воздействию ароматических полициклических соединений..

Исследования мутагенов в моче также являются ценным инструментом для антимутагенной оценки, поскольку, например, с помощью этого теста было продемонстрировано, что введение витамина С ингибирует образование N-нитрозосоединений..

Он также показал, что потребление зеленого чая в течение месяца снижает концентрацию мутагенов в моче..

ссылки

1. B.N. Эймс, Дж. Макканн, Э. Ямасаки (1975). Методы обнаружения канцерогенов и мутагенов с помощью теста на мутагенность сальмонелл / млекопитающих. Исследования мутаций / экологический мутагенез и смежные вопросы.
2. B. Арриага-Альба, Р. Монтеро-Монтойя, J.J. Эспиноза (2012). Тест Эймса в двадцать первом веке. Исследования и обзоры: журнал токсикологии.
3. Ауксотрофия. В википедии. Получено с https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. С. Беннер (2001). Энциклопедия генетики. Академическая пресса.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Нативный СИЛАК: Метаболическая маркировка белков в прототрофных микроорганизмах на основе регуляции синтеза лизина. Молекулярная и клеточная протеомика.
6. М. Мюлледер, Ф. Капуано, П. Пир, С. Кристен, У. Зауэр, С.Г. Оливер, М. Ральзер (2012). Коллекция прототрофных делеционных мутантов для систем метаболизма и биологии дрожжей. Биотехнология природы.