AUXOTROF: PÔVOD, PRÍKLAD A APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2026

Auxotrofnych je mikroorganizmus, ktorý nie je schopný syntetizovať určitý druh živín alebo organické zložky nevyhnutný pre rast uvedeného jednotlivca. Tento kmeň sa preto môže množiť iba vtedy, ak sa do kultivačného média pridá živina. Táto požiadavka na výživu je výsledkom mutácie v genetickom materiáli.

Táto definícia sa všeobecne uplatňuje na konkrétne podmienky. Napríklad hovoríme, že organizmus je auxotrofný pre valín, čo naznačuje, že daný jedinec potrebuje túto aminokyselinu na aplikáciu v kultivačnom médiu, pretože nie je schopný ju sám produkovať.

Zdroj: pixabay.com

Týmto spôsobom môžeme rozlíšiť dva fenotypy: „mutant“, ktorý zodpovedá auxínovému valínu - berúc do úvahy náš predchádzajúci hypotetický príklad, hoci to môže byť auxotrof pre akúkoľvek živinu - a „pôvodný“ alebo divoký, ktorý dokáže správne syntetizovať aminokyselina. Ten sa nazýva prototrof.

Auxotropia je spôsobená nejakou špecifickou mutáciou, ktorá vedie k strate schopnosti syntetizovať prvok, ako je aminokyselina alebo iná organická zložka.

V genetike je mutácia zmenou alebo modifikáciou sekvencie DNA. Mutácia všeobecne inaktivuje kľúčový enzým v syntetickej ceste.

Ako vznikajú auxotrofné organizmy?

Mikroorganizmy všeobecne potrebujú pre svoj rast rad základných živín. Vaše minimálne potreby sú vždy zdrojom uhlíka, zdrojom energie a rôznymi iónmi.

Organizmy, ktoré potrebujú ďalšie živiny ako základné, sú auxotrofmi pre túto látku a sú spôsobené mutáciami v DNA.

Nie všetky mutácie vyskytujúce sa v genetickom materiáli mikroorganizmu ovplyvnia jeho schopnosť rásť proti určitej živine.

Môže dôjsť k mutácii a nemá žiadny vplyv na fenotyp mikroorganizmu - sú známe ako tiché mutácie, pretože nemenia sekvenciu proteínu.

Mutácia teda ovplyvňuje veľmi konkrétny gén, ktorý kóduje esenciálny proteín metabolickej cesty, ktorá syntetizuje esenciálnu látku pre organizmus. Vytvorená mutácia musí inaktivovať gén alebo ovplyvniť proteín.

Všeobecne ovplyvňuje kľúčové enzýmy. Mutácia musí vyvolať zmenu v sekvencii aminokyseliny, ktorá významne mení štruktúru proteínu a teda vylučuje jeho funkčnosť. Môže tiež ovplyvniť aktívne miesto enzýmu.

Príklady v

S. cerevisiae je jednobunková huba všeobecne známa ako pivné kvasnice. Používa sa na výrobu jedlých výrobkov pre ľudí, ako je chlieb a pivo.

Vďaka svojej užitočnosti a ľahkému rastu v laboratóriu je to jeden z najpoužívanejších biologických modelov, a preto je známe, že špecifické mutácie sú príčinou auxotrofie.

Auxotrofy pre histidín

Histidín (skrátene v jednopísmenovej nomenklatúre H a tri písmená His) je jednou z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny. Skupina R tejto molekuly je tvorená pozitívne nabitou imidazolovou skupinou.

Hoci u zvierat, vrátane ľudí, je to esenciálna aminokyselina - to znamená, že ju nemôžu syntetizovať a musia ju začleniť prostredníctvom stravy - mikroorganizmy majú schopnosť ju syntetizovať.

Gén HIS3 v týchto kvasinkách kóduje enzým imidazol glycerol fosfát dehydrogenáza, ktorý sa zúčastňuje na syntéze histidínu aminokyseliny.

Mutácie v tomto géne (his3 ^- ) vedú k histidínovej auxotrofii. Tieto mutanty teda nie sú schopné proliferácie v médiu bez živín.

Auxotrofy pre tryptofán

Podobne je tryptofán hydrofóbna aminokyselina, ktorá má indolovú skupinu ako skupinu R. Rovnako ako predchádzajúca aminokyselina musí byť začlenená do potravy zvierat, ale môžu ju syntetizovať mikroorganizmy.

Gén TRP1 kóduje enzým fosforibozyl antranilát izomeráza, ktorý je zapojený do anabolickej tryptofánovej dráhy. Ak dôjde k zmene v tomto géne, získa sa trp1 mutácia ^- ktorá znemožňuje telu syntetizovať aminokyselinu.

Auxotrofy pre pyrimidíny

Pyrimidíny sú organické zlúčeniny, ktoré sú súčasťou genetického materiálu živých organizmov. Konkrétne sa nachádzajú v dusíkatých bázach, ktoré tvoria súčasť tymínu, cytozínu a uracilu.

V tejto hube kóduje gén URA3 enzým orotidín-5'-fosfát dekarboxyláza. Tento proteín je zodpovedný za katalyzovanie kroku de novo syntézy pyrimidínov. Preto mutácie, ktoré ovplyvňujú tento gén, spôsobujú uridín alebo uracilovú auxotrofiu.

Uridín je zlúčenina, ktorá je výsledkom spojenia uracilu s dusíkatou bázou s ribózovým kruhom. Obe štruktúry sú spojené glykozidovou väzbou.

aplikácia

Auxotropia je veľmi užitočná vlastnosť v štúdiách týkajúcich sa mikrobiológie na výber organizmov v laboratóriu.

Rovnaký princíp sa dá uplatniť na rastliny, kde sa genetickým inžinierstvom vytvára auxotrofný jedinec, a to buď pre metionín, biotín, auxín atď.

Aplikácia v genetickom inžinierstve

Auxotropné mutanty sa široko používajú v laboratóriách, kde sa vykonávajú protokoly genetického inžinierstva. Jedným z cieľov týchto molekulárnych postupov je inštrukcia plazmidu skonštruovaného výskumníkom v prokaryotickom systéme. Tento postup je známy ako „doplnok auxotrofie“.

Plazmid je cirkulárna molekula DNA, typická pre baktérie, ktorá sa replikuje nezávisle. Plazmidy môžu obsahovať užitočné informácie, ktoré baktéria používa, napríklad rezistenciu na niektoré antibiotikum alebo gén, ktorý jej umožňuje syntetizovať požadovanú výživnú látku.

Vedci, ktorí chcú zaviesť baktériu do baktérie, môžu použiť auxotrofný kmeň pre konkrétnu živinu. Genetická informácia potrebná na syntézu živiny je kódovaná v plazmide.

Týmto spôsobom sa pripraví minimálne médium (ktoré neobsahuje živinu, ktorú mutantný kmeň nemôže syntetizovať) a baktérie sa zaočkujú plazmidom.

V baktérii budú môcť rásť iba baktérie, ktoré včlenili túto časť plazmidovej DNA, zatiaľ čo baktérie, ktoré nezachytili plazmid, zomrú kvôli nedostatku živín.

Referencie

1. Benito, C., a Espino, FJ (2012). Genetika, základné pojmy. Editorial Médica Panamericana.
2. Brock, TD, a Madigan, MT (1993). Mikrobiológie. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, a Miller, JH (2005). Úvod do genetickej analýzy. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genetické inžinierstvo a prenos génov. Pyramída.
5. Molina, JLM (2018). 90 riešených problémov genetického inžinierstva. Univerzita Miguela Hernándeza.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiológie. Editorial Médica Panamericana.