Εξωτροφική προέλευση, παράδειγμα και εφαρμογές

Α αυξοτροφικό είναι ένας μικροοργανισμός που δεν είναι σε θέση να συνθέσει έναν ορισμένο τύπο θρεπτικής ουσίας ή οργανικής ένωσης απαραίτητη για την ανάπτυξη του εν λόγω ατόμου. Επομένως, αυτό το στέλεχος μπορεί να πολλαπλασιαστεί μόνο εάν η θρεπτική ουσία προστεθεί στο μέσο καλλιέργειας. Αυτή η διατροφική απαίτηση είναι αποτέλεσμα μετάλλαξης στο γενετικό υλικό.

Ο ορισμός αυτός ισχύει γενικά για συγκεκριμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, μπορούμε να πούμε ότι το σώμα είναι βαλίνη αυξότροφο, υποδεικνύοντας ότι το εν λόγω άτομο χρειάζεται αυτό το αμινοξύ εφαρμόζεται στο μέσο καλλιέργειας, δεδομένου ότι δεν είναι σε θέση να παράγει από μόνη της.

Έτσι, μπορούμε να διακρίνουμε δύο φαινοτύπους: «μεταλλαγμένα», το οποίο αντιστοιχεί σε αυξότροφα για βαλίνη - λαμβάνοντας υπόψη το παράδειγμά μας παραπάνω υποθετικό, αν και μπορεί να είναι αυξοτροφικό για κάθε θρεπτικό συστατικό - και το «πρωτότυπο» ή άγρια, τα οποία μπορεί να συνθέσει σωστά αμινοξύ Ο τελευταίος ονομάζεται πρωτότροφος.

Η αυξοτροφία προκαλείται από κάποια συγκεκριμένη μετάλλαξη που οδηγεί στην απώλεια της ικανότητας σύνθεσης κάποιου στοιχείου, όπως ένα αμινοξύ ή άλλο οργανικό συστατικό.

Στη γενετική, μια μετάλλαξη είναι μια αλλαγή ή τροποποίηση της αλληλουχίας ϋΝΑ. Γενικά, η μετάλλαξη απενεργοποιεί ένα βασικό ένζυμο σε συνθετική οδό.

Ευρετήριο

• 1 Πώς προέρχονται οι αυξοτροφικοί οργανισμοί?
• 2 Παραδείγματα στο Saccharomyces cerevisiae
  • 2.1 Βοηθήματα για ιστιδίνη
  • 2.2 Βοηθήματα για την τρυπτοφάνη
  • 2.3 Auxotrophs για πυριμιδίνες
• 3 Εφαρμογές
  • 3.1 Εφαρμογή στη γενετική μηχανική
• 4 Αναφορές

Πώς προέρχονται οι αυξοτροφικοί οργανισμοί?

Γενικά, οι μικροοργανισμοί απαιτούν μια σειρά από απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για την ανάπτυξή τους. Οι ελάχιστες ανάγκες σας είναι πάντα πηγή άνθρακα, πηγή ενέργειας και διάφορα ιόντα.

Οι οργανισμοί που χρειάζονται επιπλέον θρεπτικά συστατικά για τα βασικά είναι auxotrophs για αυτή την ουσία και προέρχονται από μεταλλάξεις στο DNA.

Δεν είναι όλες οι μεταλλάξεις που εμφανίζονται στο γενετικό υλικό ενός μικροοργανισμού, θα επηρεάσουν την ικανότητά του να αναπτύσσεται ενάντια σε μια συγκεκριμένη θρεπτική ουσία.

μια μετάλλαξη Μπορεί να συμβεί και δεν έχει καμία επίδραση στον φαινότυπο του μικροοργανισμού - αυτές είναι γνωστές ως σιωπηλές μεταλλάξεις, και δεν μεταβάλλουν την αλληλουχία της πρωτεΐνης.

Έτσι, η μετάλλαξη επηρεάζει ένα πολύ συγκεκριμένο γονίδιο που κωδικοποιεί μια βασική πρωτεΐνη μιας μεταβολικής οδού που συνθέτει μια ουσία ουσία για τον οργανισμό. Η παραγόμενη μετάλλαξη πρέπει να αδρανοποιεί το γονίδιο ή να επηρεάζει την πρωτεΐνη.

Συνήθως επηρεάζει τα βασικά ένζυμα. Η μετάλλαξη πρέπει να παράγει μια αλλαγή στην αλληλουχία ενός αμινοξέος που αλλάζει σημαντικά τη δομή της πρωτεΐνης και έτσι η λειτουργία της εξαφανίζεται. Μπορεί επίσης να επηρεάσει την ενεργό θέση του ενζύμου.

Παραδείγματα στο Saccharomyces cerevisiae

S. cerevisiae Είναι ένας μονοκύτταρος μύκητας δημοφιλής ως μαγιά μπύρας. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή βρώσιμων προϊόντων για ανθρώπους όπως το ψωμί και η μπύρα.

Χάρη στη χρησιμότητα και την εύκολη ανάπτυξή του στο εργαστήριο είναι ένα από τα πιο χρησιμοποιημένα βιολογικά μοντέλα, οπότε είναι γνωστό ότι ειδικές μεταλλάξεις προκαλούν αυξοτροφία.

Βοηθήματα για ιστιδίνη

Η ιστιδίνη (συντομευμένη στην ονοματολογία ενός γράμματος ως Η και τρία γράμματα ως His) είναι ένα από τα 20 αμινοξέα που σχηματίζουν πρωτεΐνες. Η ομάδα R του μορίου αυτού σχηματίζεται από μια θετικά φορτισμένη ομάδα ιμιδαζολίου.

Παρά το γεγονός ότι στα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, είναι ένα απαραίτητο αμινοξύ - ότι είναι, δεν μπορούν να συνθέσουν και πρέπει να ενσωματώνει μέσω της διατροφής - μικροοργανισμοί έχουν την ικανότητα να συνθέσουν.

Το γονίδιο HIS3 σε αυτή τη ζύμη κωδικοποιεί το ένζυμο αφυδρογονάση φωσφορικής ιμιδαζολογλυκερόλης, το οποίο συμμετέχει στην πορεία της σύνθεσης του αμινοξέος ιστιδίνη.

Μεταλλάξεις σε αυτό το γονίδιο (his3^-) οδηγούν στην αυξοτροφία της ιστιδίνης. Έτσι, αυτά τα μεταλλάγματα είναι ανίκανα να πολλαπλασιαστούν σε ένα μέσο που δεν διαθέτει τη θρεπτική ουσία.

Βοηθήματα για την τρυπτοφάνη

Παρομοίως, η τρυπτοφάνη είναι ένα αμινοξύ με υδρόφοβο χαρακτήρα που έχει σαν ομάδα R μία ομάδα ινδολίου. Όπως και το προηγούμενο αμινοξύ, πρέπει να ενσωματωθεί στη διατροφή των ζώων, αλλά οι μικροοργανισμοί μπορούν να το συνθέσουν.

Το γονίδιο TRP1 κωδικοποιεί το ένζυμο φωσφοριβοζυλο-ανθρανιλική ισομεράση, το οποίο εμπλέκεται στην αναβολική οδό τρυπτοφάνης. Όταν συμβαίνει μια αλλαγή σε αυτό το γονίδιο, λαμβάνεται μια μετάλλαξη trp1^-που αδυνατεί το σώμα να συνθέσει το αμινοξύ.

Auxotrophs για τις πυριμιδίνες

Οι πυριμιδίνες είναι οργανικές ενώσεις που αποτελούν μέρος του γενετικού υλικού των ζωντανών οργανισμών. Συγκεκριμένα, βρίσκονται σε αζωτούχες βάσεις, που αποτελούν μέρος της θυμίνης, της κυτοσίνης και της ουρακίλης.

Σε αυτόν τον μύκητα, το γονίδιο URA3 κωδικοποιεί για το ένζυμο αποκαρβοξυλάση 5'-φωσφορικής οροτιδίνης. Αυτή η πρωτεΐνη είναι υπεύθυνη για την κατάλυση ενός σταδίου στη σύνθεση de novo των πυριμιδινών. Επομένως, μεταλλάξεις που επηρεάζουν αυτό το γονίδιο προκαλούν αυξοτροφία σε ουριδίνη ή ουρακίλη.

Η ουριδίνη είναι μια ένωση που προκύπτει από την ένωση της αζωτούχου βάσης ουρακίλης με έναν δακτύλιο ριβόζης. Και οι δύο δομές συνδέονται με έναν γλυκοσιδικό δεσμό.

Εφαρμογές

Η βοηθότροφη είναι ένα πολύ χρήσιμο χαρακτηριστικό σε μελέτες που σχετίζονται με τη μικροβιολογία, για την επιλογή των οργανισμών στο εργαστήριο.

Αυτή η ίδια αρχή μπορεί να εφαρμοστεί στα φυτά, όπου με τη γενετική μηχανική δημιουργείται ένα αυξοτροφικό άτομο, είτε για μεθειονίνη, βιοτίνη, αυξίνη, κλπ..

Εφαρμογή στη γενετική μηχανική

Οι αυξοτροφικοί μεταλλάκτες χρησιμοποιούνται ευρέως σε εργαστήρια όπου διεξάγονται πρωτόκολλα γενετικής μηχανικής. Ένας από τους στόχους αυτών των μοριακών πρακτικών είναι η διδασκαλία ενός πλασμιδίου που κατασκευάστηκε από τον ερευνητή σε ένα προκαρυωτικό σύστημα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται "συμπληρωματικότητα αυξοτροφίας".

Ένα πλασμίδιο είναι ένα κυκλικό μόριο ϋΝΑ, τυπικό των βακτηρίων, το οποίο αναπαράγεται ανεξάρτητα. Τα πλασμίδια μπορεί να περιέχουν χρήσιμες πληροφορίες που χρησιμοποιούνται από το βακτήριο, για παράδειγμα, αντίσταση σε ένα αντιβιοτικό ή γονίδιο που του επιτρέπει να συνθέσει ένα θρεπτικό συστατικό ενδιαφέροντος.

Οι ερευνητές που θέλουν να εισαγάγουν ένα πλασμίδιο σε ένα βακτήριο μπορούν να χρησιμοποιήσουν ένα αυξοτροφικό στέλεχος για ένα συγκεκριμένο θρεπτικό συστατικό. Οι γενετικές πληροφορίες που είναι απαραίτητες για τη σύνθεση της θρεπτικής ουσίας κωδικοποιούνται στο πλασμίδιο.

Έτσι, ένα ελάχιστο μέσο (που δεν περιέχουν την θρεπτικό συστατικό που το μεταλλαγμένο στέλεχος δεν μπορεί να συνθέσει) είναι προετοιμασμένη και τα βακτηρίδια επιστρώνονται με το πλασμίδιο.

Μόνο τα βακτήρια που ενσωματώνεται αυτό το τμήμα του πλασμιδιακού DNA θα είναι σε θέση να αναπτυχθούν εντός του μέσου, ενώ τα βακτήρια που απέτυχε να συλλάβει το πλασμίδιο θα πεθάνουν από έλλειψη θρεπτικών συστατικών.

Αναφορές

1. Benito, C., & Espino, F.J. (2012). Γενετική, βασικές έννοιες. Συντάκτης Panamericana Medical.
2. Brock, Τ. D. & Madigan, Μ. Τ. (1993). Μικροβιολογία. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, Α J., Wessler, S. R., Lewontin, R.C., Gelbart, W. Μ, Suzuki, Τ D., & Miller, J. Η (2005). Εισαγωγή στη γενετική ανάλυση. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, Μ. (2001). Γενετική μηχανική και γονιδιακή μεταφορά. Πυραμίδα.
5. Molina, J.L. Μ. (2018). 90 επιλύθηκαν προβλήματα της Γενετικής Μηχανικής. Πανεπιστήμιο Miguel Hernández.
6. Tortora, G.J., Funke, Β. R., & Case, C.L. (2007). Εισαγωγή στη μικροβιολογία. Συντάκτης Panamericana Medical.