KAS YRA PROTOTROFAS IR KOKIOS JO TAIKYMO GALIMYBĖS? - BIOLOGIJA - 2025

Į prototrofų yra organizmai ar ląstelės, kurios yra pajėgi gaminti amino rūgščių, kurios reikalauja savo gyvenimo procesus. Šis terminas paprastai naudojamas kalbant apie tam tikrą medžiagą. Tai priešinga terminui auksotrofas.

Šis paskutinis terminas naudojamas apibrėžti mikroorganizmą, kuris gali augti ir daugintis kultūrinėje terpėje tik tuo atveju, jei į jį buvo įdėta tam tikra maistinė medžiaga. Prototrofo atveju jis gali klestėti be tokios medžiagos, nes sugeba pats pasigaminti.

Paprastas auksotrofo ir prototrofo palyginimas. Paimta ir redaguota iš: „Akardoust“, iš „Wikimedia Commons“.

Organizmas ar padermė, pavyzdžiui, negalintis augti, nesant lizino, būtų vadinamas auksotrofiniu lizinu. Savo ruožtu prototrofinis lizino štamas augs ir dauginsis nepriklausomai nuo to, ar lizino yra arba nėra auginimo terpėje.

Iš esmės, auksotrofinis štamas prarado funkcinį metabolizmo kelią, kuris leido jam susintetinti pagrindinę medžiagą, būtiną jos gyvybiniams procesams.

Šis trūkumas paprastai atsiranda dėl mutacijos. Mutacija sukuria nulinį alelį, kuris neturi biologinio pajėgumo gaminti medžiagą, esančią prototrofe.

Programos

Biochemija

Auksotrofiniai genetiniai žymenys dažnai naudojami molekulinėje genetikoje. Kiekviename gene yra informacija, koduojanti baltymą. Tai parodė tyrinėtojai George'as Beadle'as ir Edwardas Tatumas savo darbe, už kurį pelnė Nobelio premiją.

Šis genų specifiškumas leidžia nubrėžti biosintetinius ar biocheminius kelius. Geno mutacija lemia baltymo mutaciją. Tokiu būdu auxotrofinėse tiriamų bakterijų padermėse galima nustatyti, kurie fermentai yra disfunkciniai dėl mutacijų.

Kitas metodas biosintetiniams keliams nustatyti yra specifinių aminorūgščių auksotrofinių padermių naudojimas. Tokiais atvejais išnaudojamas poreikis padermėms tokių aminorūgščių, kad į auginimo terpę būtų įtraukti nenatūralūs baltymų amino rūgščių analogai.

Pvz., Fenilalanino pakeitimas para-azido fenilalaninu Escherichia coli padermių, auxotrofinių fenilalanino kultūrų kultūrose.

Auksotrofiniai žymekliai

Genų, koduojančių fermentus, dalyvaujančius metabolinių statybinių molekulių biosintezės procesuose, mutacijos yra naudojamos kaip žymenys daugelyje genetinių eksperimentų su mielėmis.

Mutacijos (auksotrofijos) sukeltą mitybos trūkumą galima kompensuoti tiekiant reikiamą maistinę medžiagą auginimo terpėje.

Tačiau tokia kompensacija nebūtinai yra kiekybinė, nes mutacijos daro įtaką įvairiems fiziologiniams parametrams ir gali veikti sinergiškai.

Dėl šios priežasties buvo atlikti tyrimai dėl prototrofinių padermių, siekiant pašalinti auksotrofinius žymenis ir sumažinti šališkumą fiziologinių ir metabolinių tyrimų metu.

Eimso testas

Ames testą, dar vadinamą Salmonella mutagenezės testu, 1970 m. Sukūrė Bruce'as N. Amesas, norėdamas nustatyti, ar cheminė medžiaga yra mutagenas.

Jis grindžiamas atvirkštinės arba užpakalinės mutacijos principu. Jis naudoja kelis salmonella typhimurium štamus, auxotrophic į histidiną.

Cheminės medžiagos galia sukelti mutaciją išmatuojama ją užpilant bakterijomis ant plokštelės, kurioje yra histidino. Vėliau bakterijos perkeliamos į naują histidino turinčią plokštelę.

Jei medžiaga nėra mutageniška, bakterijos neparodys naujojo apnašo augimo. Kitais atvejais histidino auksotrofinės bakterijos vėl mutuos į prototrofines histidino padermes.

Prototrofinės bakterijos Salmonella typhimurium kultūra. Paimta ir redaguota iš: Sun14916, iš „Wikimedia Commons“

Palyginus bakterijų augimo procentą plokštelėse su ir be gydymo, galima kiekybiškai įvertinti mutageninį junginio poveikį bakterijoms.

Šis galimas mutageninis poveikis bakterijoms rodo galimybę tą patį poveikį sukelti ir kitiems organizmams, įskaitant žmones.

Manoma, kad junginys, galintis sukelti bakterijų DNR mutaciją, taip pat gali sukelti mutacijas, galinčias sukelti vėžį.

Kitos Ames testo programos

Naujų atmainų vystymasis

Ames testas buvo pritaikytas norint gauti naujas bakterijų padermes. Pavyzdžiui, buvo sukurtos padermės, kuriose trūksta nitroreduktazės.

Šios padermės yra naudojamos ksenobiotikų metabolizmui ir DNR taisymo sistemoms tirti. Jie taip pat buvo naudingi įvertinant azoto grupių metabolinius mechanizmus, gaunančius aktyvius mutagenus, taip pat genotoksinių junginių nitratavimo mechanizmus.

Antimutagenezė

Ames testas taip pat buvo naudojamas kaip priemonė natūraliems antimutagenams tirti ir klasifikuoti. Antimutagenai yra junginiai, galintys sumažinti mutageninius DNR pažeidimus, daugiausia pagerindami jų taisymo sistemas.

Tokiu būdu tokie junginiai leidžia išvengti pradinių vėžio vystymosi stadijų. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios (XX a.) Ames ir kt. Atliko tyrimus, siekdami įvertinti genotoksino sumažėjimą ir vėžio riziką per dietą, kurioje gausu antimutagenų.

Jie pastebėjo, kad populiacijose, kurios laikėsi dietos, turinčios daug antimutagenų, buvo mažesnė gastroenterinio vėžio išsivystymo rizika.

Ames testas buvo plačiai naudojamas tiriant įvairius augalų ekstraktus, kurie, kaip žinoma, sumažina mutageniškumą. Šie tyrimai taip pat parodė, kad augalų komponentai ne visada yra saugūs. Įrodyta, kad daugelis valgomų augalų turi genotoksinį poveikį.

Ames testas taip pat pasirodė esąs naudingas nustatant natūralių junginių, dažnai naudojamų alternatyvioje medicinoje, toksinį ar antimutageninį poveikį.

Genotoksinio metabolizmo tyrimai

Vienas iš Eimso testo trūkumų buvo metabolinis genotoksinių junginių aktyvacijos trūkumas. Tačiau ši problema buvo išspręsta pridedant CYP sukeltus kepenų homogenatus, paruoštus iš graužikų.

CYP yra hemoproteinas, susijęs su įvairių medžiagų metabolizmu. Ši modifikacija Ames testui suteikė naujų galimybių. Pavyzdžiui, buvo įvertinti įvairūs CYP induktoriai, kurie parodė, kad šiuos fermentus indukuoja skirtingos rūšies junginiai.

Biologinių skysčių mutagenų įvertinimas

Šiems tyrimams naudojami šlapimo, plazmos ir serumo mėginiai. Jie gali būti naudingi, norint įvertinti N-nitrozo junginių susidarymą in vivo iš amino vaistų.

Jie taip pat gali būti naudingi atliekant epidemiologinius žmonių populiacijų, paveiktų mutagenų, rūkymo įpročių ir aplinkos teršalų, tyrimus.

Šie tyrimai, pavyzdžiui, parodė, kad darbuotojai, veikiami atliekų produktų, turi didesnį šlapimo mutagenų kiekį nei tie, kurie dirbo vandens valymo įrenginiuose.

Taip pat buvo pademonstruota, kad pirštinių naudojimas sumažina mutagenų koncentraciją liejyklų darbuotojams, veikiamiems policiklinių aromatinių junginių.

Šlapimo mutagenų tyrimai taip pat yra vertinga antimutageninio įvertinimo priemonė, nes, pavyzdžiui, šis tyrimas parodė, kad skiriant vitaminą C slopinamas N-nitrozo junginių susidarymas.

Tai taip pat pademonstravo, kad žaliosios arbatos vartojimas mėnesį sumažina mutagenų kiekį šlapime.

Nuorodos

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Kancerogenų ir mutagenų aptikimo metodai atliekant mutageniškumo salmonelių / žinduolių mikrosomomis testą. Mutacijų tyrimai / aplinkos mutagenezė ir susiję dalykai.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J. J. Espinosa (2012). Ames testas dvidešimt pirmame amžiuje. Tyrimai ir apžvalgos: Toksikologijos žurnalas.
3. Auksotrofija. Vikipedijoje. Atkurta iš https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Genetikos enciklopedija. Akademinė spauda.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Gimtoji SILAC: Metabolinis baltymų ženklinimas prototrofiniuose mikroorganizmuose, remiantis lizino sintezės reguliavimu. Molekulinė ir ląstelių proteomika.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Mielių metabolizmo ir sistemų biologijos prototrofinės delecijos mutantų kolekcija. Gamtos biotechnologijos.