Τι είναι το πρωτότροφο και ποιες είναι οι εφαρμογές του;

Το πρωτότροφα είναι οργανισμοί ή κύτταρα που είναι ικανά να παράγουν τα αμινοξέα που χρειάζονται για τις ζωτικές διεργασίες τους. Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται γενικά σε σχέση με μια συγκεκριμένη ουσία. Είναι αντίθετο με τον όρο auxotrophic.

Ο τελευταίος αυτός όρος χρησιμοποιείται για τον ορισμό ενός μικροοργανισμού που είναι ικανός να αναπτυχθεί και να πολλαπλασιαστεί σε ένα μέσο καλλιέργειας μόνο εάν έχει προστεθεί σε αυτό ένα συγκεκριμένο θρεπτικό συστατικό. Στην περίπτωση του πρωτότροφου, μπορεί να αναπτυχθεί χωρίς την αναφερθείσα ουσία, επειδή είναι ικανή να την παράγει η ίδια.

Ένας οργανισμός ή ένα στέλεχος, για παράδειγμα, ανίκανο να αναπτυχθεί απουσία λυσίνης, θα ονομάζεται αυξοτροφική λυσίνη. Το στέλεχος πρωτοτροφικής λυσίνης, με τη σειρά του, θα αναπτυχθεί και μπορεί να αναπαράγεται ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία λυσίνης στο μέσο καλλιέργειας. 

Βασικά, ένα αυξοτροφικό στέλεχος έχει χάσει μια λειτουργική μεταβολική πορεία που του επέτρεψε να συνθέσει μια θεμελιώδη ουσία, απαραίτητη για τις ζωτικές διεργασίες.

Αυτή η έλλειψη οφείλεται συνήθως σε μια μετάλλαξη. Η μετάλλαξη δημιουργεί ένα μηδενικό αλλήλιο που δεν διαθέτει τη βιολογική ικανότητα να παράγει μια ουσία που υπάρχει στο πρωτότροφο.

Ευρετήριο

• 1 Εφαρμογές
  • 1.1 Βιοχημεία
  • 1,2 αυξοτροφικοί δείκτες
  • 1.3 Η δοκιμή Ames
  • 1.4 Άλλες εφαρμογές στη δοκιμή Ames
• 2 Αναφορές

Εφαρμογές

Βιοχημεία

Οι αυξοτροφικοί γενετικοί δείκτες χρησιμοποιούνται συχνά στη μοριακή γενετική. Κάθε γονίδιο περιέχει τις πληροφορίες που κωδικοποιούν μια πρωτεΐνη. Αυτό αποδείχτηκε από τους ερευνητές George Beadle και Edward Tatum, στο έργο που τους έκανε πιστωτές του βραβείου Νόμπελ..

Αυτή η ειδικότητα των γονιδίων επιτρέπει τη χαρτογράφηση βιοσυνθετικών ή βιοχημικών οδών. Μια μετάλλαξη ενός γονιδίου οδηγεί σε μια μετάλλαξη μιας πρωτεΐνης. Με αυτό τον τρόπο, μπορεί να προσδιοριστεί στα αυξοτροφικά στελέχη των βακτηρίων τα οποία μελετώνται τα οποία ένζυμα είναι δυσλειτουργικά λόγω των μεταλλάξεων.

Μια άλλη μέθοδος για τον προσδιορισμό βιοσυνθετικών οδών είναι η χρήση αυξοτροφικών στελεχών συγκεκριμένων αμινοξέων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, εκμεταλλευόμαστε την ανάγκη για τέτοια αμινοξέα από τα στελέχη για την προσθήκη μη φυσικών αναλόγων των πρωτεϊνών στο μέσο καλλιέργειας.

Για παράδειγμα, η αντικατάσταση της φαινυλαλανίνης από παρα-αζιδο φαινυλαλανίνη σε καλλιέργειες στελεχών του Escherichia coli αυξοτροφική για φαινυλαλανίνη.

Εξωτροφικοί δείκτες

Μεταλλάξεις εντός των γονιδίων που κωδικοποιούν ένζυμα που εμπλέκονται σε μονοπάτια για τη βιοσύνθεση των μεταβολικών οικοδομικών μορίων χρησιμοποιούνται ως δείκτες στη μεγάλη πλειονότητα των γενετικών πειραμάτων με ζύμη.

Η διατροφική ανεπάρκεια που προκαλείται από τη μετάλλαξη (αυξοτροφία) μπορεί να αντισταθμιστεί με την παροχή της απαιτούμενης θρεπτικής ουσίας στο μέσο ανάπτυξης.

Ωστόσο, μια τέτοια αποζημίωση δεν είναι απαραίτητα ποσοτική, επειδή οι μεταλλάξεις επηρεάζουν διάφορες φυσιολογικές παραμέτρους και μπορούν να δράσουν συνεργιστικά.

Λόγω αυτού, έχουν διεξαχθεί μελέτες για την λήψη πρωτοτροφικών στελεχών με σκοπό την εξάλειψη των αυξοτροφικών δεικτών και τη μείωση της μεροληψίας στις φυσιολογικές και μεταβολικές μελέτες..

Η δοκιμή του Ames

Η δοκιμή Ames, που ονομάζεται επίσης δοκιμή μεταλλαξογένεσης του Salmonella, αναπτύχθηκε από τον Bruce N. Ames στη δεκαετία του 1970 για να προσδιορίσει εάν μια χημική ουσία είναι μεταλλαξιογόνο.

Βασίζεται στην αρχή της αντίστροφης μετάλλαξης ή μεταγενέστερης μετάλλαξης. Χρησιμοποιεί πολλαπλά στελέχη του Salmonella typhimurium αυξοτροφικό σε ιστιδίνη.

Η ισχύς μιας χημικής ουσίας για να προκαλέσει μετάλλαξη μετριέται με εφαρμογή της σε βακτήρια σε πλάκα που περιέχει ιστιδίνη. Τα βακτηρίδια στη συνέχεια μετακινούνται σε μια νέα πλάκα φτωχή σε ιστιδίνη.

Εάν η ουσία δεν είναι μεταλλαξιογόνος, τα βακτηρίδια δεν θα εμφανίζουν ανάπτυξη στη νέα πλάκα. Σε μια άλλη περίπτωση, τα αυξοτροφικά βακτηρίδια ιστιδίνης θα μεταφερθούν πίσω σε πρωτοτροφικά στελέχη σε ιστιδίνη.

Η σύγκριση της αναλογίας ανάπτυξης βακτηριδίων σε πλάκες με και χωρίς θεραπεία, επιτρέπει την ποσοτικοποίηση της μεταλλαξιογόνου ισχύος της ένωσης στα βακτήρια.

Αυτή η πιθανή μεταλλαξιογόνος επίδραση στα βακτήρια δείχνει την πιθανότητα να προκαλέσει τα ίδια αποτελέσματα σε άλλους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Πιστεύεται ότι μια ένωση που είναι ικανή να προκαλέσει μετάλλαξη στο βακτηριακό ϋΝΑ μπορεί επίσης να είναι ικανή να παράγει μεταλλάξεις που μπορεί να προκαλέσουν καρκίνο.

Άλλες εφαρμογές στη δοκιμή Ames

Ανάπτυξη νέων στελεχών

Η δοκιμή Ames έχει εφαρμοστεί για να ληφθούν νέα βακτηριακά στελέχη. Για παράδειγμα, έχουν αναπτυχθεί στελέχη με έλλειψη νιτρορεδουκτάσης.

Αυτά τα στελέχη χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του μεταβολισμού των ξενοβιοτικών και των συστημάτων επιδιόρθωσης του DNA. Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί χρήσιμα για την αξιολόγηση των μεταβολικών μηχανισμών των νιτρογόνων ομάδων για την παραγωγή ενεργών μεταλλαξιογόνων παραγόντων, καθώς και των μηχανισμών νίτρωσης των γενοτοξικών ενώσεων.

Αντιμεταλλαγή

Η δοκιμή Ames χρησιμοποιήθηκε επίσης ως εργαλείο για τη μελέτη και ταξινόμηση φυσικών αντιμυγατογόνων. Τα αντιμεταλλακτικά είναι ενώσεις που μπορούν να μειώσουν τη μεταλλαξιογόνο βλάβη του DNA, κυρίως βελτιώνοντας τα συστήματα επισκευής τους.

Με τον τρόπο αυτό, τέτοιες ενώσεις αποφεύγουν τα αρχικά στάδια ανάπτυξης καρκίνου. Από τις αρχές της δεκαετίας του '80 (του εικοστού αιώνα), η Ames και οι συνεργάτες της έχουν διεξαγάγει μελέτες για την αξιολόγηση των μειώσεων της γονότοξίνης και των κινδύνων για τον καρκίνο μέσω μιας διατροφής πλούσιας σε αντιμυγατόνιο.

Παρατήρησαν ότι οι πληθυσμοί που είχαν δίαιτες με υψηλά επίπεδα αντιμεταγωγών είχαν μικρότερο κίνδυνο ανάπτυξης γαστρεντερικού καρκίνου.

Η δοκιμή Ames έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη μελέτη αρκετών φυτικών εκχυλισμάτων που είναι γνωστό ότι μειώνουν τη μεταλλαξιογένεση. Αυτές οι μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι τα συστατικά του φυτού δεν είναι πάντα ασφαλή. Πολλά εδώδιμα φυτά έχουν αποδειχθεί ότι έχουν γενοτοξικές επιδράσεις.

Η δοκιμή Ames έχει επίσης αποδειχθεί ότι είναι χρήσιμη στην ανίχνευση των τοξικών ή αντιμεταλλαξιογόνων επιδράσεων των φυσικών ενώσεων που χρησιμοποιούνται συχνά στην εναλλακτική ιατρική..

Μελέτες γονιδιοτοξικού μεταβολισμού

Μία από τις αδυναμίες του τεστ Ames ήταν η έλλειψη μεταβολικής ενεργοποίησης των γενοτοξικών ενώσεων. Ωστόσο, το πρόβλημα αυτό επιλύθηκε με την προσθήκη ομοιογενοποιήσεων του ήπατος που επάγονται από το CYP που παρασκευάζεται από τρωκτικά.

Η CYP είναι μια αιμοπρωτεΐνη που σχετίζεται με το μεταβολισμό διαφόρων ουσιών. Αυτή η τροποποίηση πρόσθεσε νέες δυνατότητες στη δοκιμή Ames. Για παράδειγμα, αρκετοί επαγωγείς του CYP έχουν αξιολογηθεί, πράγμα που έδειξε ότι αυτά τα ένζυμα προκαλούνται από διαφορετικούς τύπους ενώσεων.

Αξιολόγηση μεταλλαξιογόνων παραγόντων σε βιολογικά υγρά

Αυτές οι δοκιμές χρησιμοποιούν δείγματα ούρων, πλάσματος και ορού. Αυτά μπορούν να είναι χρήσιμα για την αξιολόγηση του σχηματισμού Ν-νιτροζοικών ενώσεων ίη νίνο από φάρμακα αμινοξέων.

Μπορούν επίσης να είναι χρήσιμες σε επιδημιολογικές μελέτες πληθυσμών που εκτίθενται σε επαγγελματικούς μεταλλαξιογόνους παράγοντες, συνήθειες καπνίσματος και έκθεση σε περιβαλλοντικούς ρύπους.

Αυτές οι δοκιμές έδειξαν, για παράδειγμα, ότι οι εργαζόμενοι που εκτίθενται σε απόβλητα έχουν υψηλότερα επίπεδα μεταλλαξιογόνων ουσιών σε σχέση με αυτούς που εργάζονταν σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού..

Έχει επίσης χρησιμεύσει για να αποδείξει ότι η χρήση γαντιών μειώνει τις συγκεντρώσεις μεταλλαξιογόνων ουσιών σε εργαζόμενους χυτηρίων που εκτίθενται σε αρωματικές πολυκυκλικές ενώσεις.

Οι μελέτες των μεταλλαξιογόνων ουσιών του ουροποιητικού συστήματος είναι επίσης ένα πολύτιμο εργαλείο για την αντιμεταλλακτική αξιολόγηση, αφού, για παράδειγμα, με αυτή τη δοκιμή αποδείχθηκε ότι η χορήγηση βιταμίνης C αναστέλλει το σχηματισμό Ν-νιτρωδών ενώσεων.

Επίσης, έδειξε ότι η κατανάλωση πράσινου τσαγιού για ένα μήνα μειώνει τη συγκέντρωση των μεταλλαξιογόνων ουσιών του ουροποιητικού συστήματος.

Αναφορές

1. B.N. Ames, J. McCann, Ε. Yamasaki (1975). Μέθοδοι ανίχνευσης καρκινογόνων και μεταλλαξιογόνων με τη δοκιμή μεταλλαξιογένεσης σαλμονέλας / μικροσωμάτων θηλαστικού. Μεταλλαξιογόνες έρευνες / περιβαλλοντική μεταλλαξιογένεση και συναφή θέματα.
2. Β. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Η δοκιμασία Ames στον εικοστό πρώτο αιώνα. Έρευνα & Ανασκοπήσεις: Εφημερίδα της Τοξικολογίας.
3. Βοήθεια Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε από τη διεύθυνση https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Εγκυκλοπαίδεια της Γενετικής. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Εγγενής SILAC: Μεταβολική επισήμανση πρωτεϊνών σε πρωτοτροφικούς μικροοργανισμούς που βασίζονται στη ρύθμιση σύνθεσης λυσίνης. Μοριακές και κυτταρικές πρωτεΐνες.
6. M. Mülleder, F. Capuano, Ρ. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Μία συλλογή πρωτεοτροφικών μεταλλάξεων για μεταβολισμό ζύμης και συστήματα βιολογίας. Nature Biotechnology.