ČO JE PROTOTROF A AKÉ SÚ JEHO APLIKÁCIE? - BIOLÓGIE - 2026

Tieto prototrofy sú organizmy alebo bunky, ktoré sú schopné produkovať aminokyseliny, ktoré vyžadujú pre ich životné procesy. Tento výraz sa všeobecne používa vo vzťahu ku konkrétnej látke. Je to opak pojmu auxotrof.

Tento posledný termín sa používa na definovanie mikroorganizmu, ktorý je schopný rásť a množiť sa v kultivačnom médiu, iba ak k nemu bola pridaná špecifická živina. V prípade prototrofu sa môže dariť bez takejto látky, pretože je schopná ju vyrobiť sama.

Jednoduché porovnanie auxotrofov a prototrofov. Prevzaté a upravené: Akardoust, z Wikimedia Commons.

Napríklad organizmus alebo kmeň, ktorý nie je schopný rásť v neprítomnosti lyzínu, sa nazýva auxotrofný lyzín. Prototrofický kmeň lyzínu bude rásť a množiť sa nezávisle od prítomnosti alebo neprítomnosti lyzínu v kultivačnom médiu.

V podstate auxotrofný kmeň stratil funkčnú metabolickú cestu, ktorá mu umožnila syntetizovať základnú látku nevyhnutnú pre jej životne dôležité procesy.

Tento nedostatok je zvyčajne spôsobený mutáciou. Mutácia vytvára nulovú alelu, ktorá nemá biologickú schopnosť produkovať látku prítomnú v prototrofe.

aplikácia

biochémie

Auxotropné genetické markery sa často používajú v molekulárnej genetike. Každý gén obsahuje informácie, ktoré kódujú proteín. Dokázali to vedci George Beadle a Edward Tatum v ich práci, ktorá im priniesla Nobelovu cenu.

Táto špecificita génov umožňuje mapovanie biosyntetických alebo biochemických dráh. Mutácia génu vedie k mutácii proteínu. Týmto spôsobom je možné v auxotrofných kmeňoch študovaných baktérií určiť, ktoré enzýmy sú nefunkčné v dôsledku mutácií.

Iným spôsobom na stanovenie biosyntetických dráh je použitie auxotrofných kmeňov špecifických aminokyselín. V týchto prípadoch sa potreba kmeňov pre takéto aminokyseliny využíva na pridávanie neprirodzených analógov aminokyselín proteínov do kultivačného média.

Napríklad substitúcia fenylalanínu za para-azido fenylalanín v kultúrach kmeňov Escherichia coli auxotrofných za fenylalanín.

Auxotropné markery

Mutácie v génoch kódujúcich enzýmy, ktoré sa podieľajú na biosyntéze metabolických stavebných molekúl, sa používajú ako markery v prevažnej väčšine genetických experimentov s kvasinkami.

Nedostatok výživy spôsobený mutáciou (auxotrofia) sa môže kompenzovať dodaním požadovanej živiny do rastového média.

Takáto kompenzácia však nie je nevyhnutne kvantitatívna, pretože mutácie ovplyvňujú rôzne fyziologické parametre a môžu pôsobiť synergicky.

Z tohto dôvodu sa uskutočnili štúdie zamerané na získanie prototrofných kmeňov s cieľom eliminácie auxotrofných markerov a zníženia zaujatosti vo fyziologických a metabolických štúdiách.

Amesov test

Amesov test, tiež nazývaný mutagénny test na Salmonella, bol vyvinutý Bruceom N. Amesom v 70. rokoch 20. storočia, aby určil, či je chemická látka mutagénom.

Je založená na princípe reverznej alebo zadnej mutácie. Používa niekoľko kmeňov auxotrofných Salmonella typhimurium na histidín.

Sila chemikálie spôsobovať mutáciu sa meria jej aplikáciou na baktérie na doštičke obsahujúcej histidín. Baktérie sa následne presunú do nového histidínu chudobného plaku.

Ak látka nie je mutagénna, baktérie by na novom plaku nevykazovali rast. V inom prípade budú histidínové auxotrofné baktérie mutovať na prototrofné histidínové kmene.

Kultúra prototrofnej baktérie Salmonella typhimurium. Prevzaté a upravené: Sun14916, z Wikimedia Commons

Porovnanie podielu bakteriálneho rastu v doštičkách s a bez ošetrenia umožňuje kvantifikovať mutagénnu silu zlúčeniny na baktérie.

Tento možný mutagénny účinok na baktérie naznačuje možnosť vyvolania rovnakých účinkov na iné organizmy vrátane ľudí.

Predpokladá sa, že zlúčenina, ktorá je schopná spôsobiť mutáciu v bakteriálnej DNA, môže byť tiež schopná produkovať mutácie, ktoré môžu spôsobiť rakovinu.

Ďalšie žiadosti o Amesov test

Vývoj nových kmeňov

Amesov test sa použil na získanie nových bakteriálnych kmeňov. Napríklad boli vyvinuté kmene s nedostatkom nitroreduktázy.

Tieto kmene sa používajú na štúdium xenobiotického metabolizmu a systémov opravy DNA. Boli tiež užitočné pri hodnotení metabolických mechanizmov nitroskupín na produkciu aktívnych mutagénov, ako aj nitračných mechanizmov genotoxických zlúčenín.

Antimutagenesis

Amesov test sa použil aj ako nástroj na štúdium a klasifikáciu prírodných antimutagénov. Antimutagény sú zlúčeniny, ktoré môžu redukovať mutagénne lézie v DNA, najmä zlepšením ich opravných systémov.

Týmto spôsobom sa takéto zlúčeniny vyhýbajú počiatočným krokom vývoja rakoviny. Od začiatku 80. rokov 20. storočia (Ames a kol.) Uskutočňovali štúdie na vyhodnotenie zníženia genotoxínov a rizika rakoviny prostredníctvom stravy bohatej na antimutagény.

Zistili, že populácie, ktoré majú stravu s vysokou hladinou antimutagénov, majú nižšie riziko vzniku gastroenterálnej rakoviny.

Amesov test sa vo veľkej miere používa na štúdium rôznych rastlinných extraktov, o ktorých je známe, že znižujú mutagénnosť. Tieto štúdie tiež ukázali, že komponenty rastlín nie sú vždy bezpečné. Ukázalo sa, že mnoho jedlých rastlín má genotoxické účinky.

Amesov test sa tiež ukázal byť užitočným pri zisťovaní toxických alebo antimutagénnych účinkov prírodných zlúčenín, ktoré sa často používajú v alternatívnej medicíne.

Štúdie genotoxického metabolizmu

Jednou zo slabých stránok Amesovho testu bola absencia metabolickej aktivácie genotoxických zlúčenín. Tento problém sa však vyriešil pridaním pečeňových homogenátov indukovaných CYP pripravených z hlodavcov.

CYP je hemoproteín spojený s metabolizmom rôznych látok. Táto modifikácia pridala nové možnosti do Amesovho testu. Napríklad boli hodnotené rôzne induktory CYP, ktoré ukázali, že tieto enzýmy sú indukované rôznymi typmi zlúčenín.

Hodnotenie mutagénov v biologických tekutinách

Tieto testy používajú vzorky moču, plazmy a séra. Môžu byť užitočné na vyhodnotenie tvorby N-nitrózo zlúčenín in vivo z amino-liekov.

Môžu byť užitočné aj pri epidemiologických štúdiách populácií ľudí vystavených pracovným mutagénom, fajčeniu a vystaveniu znečisťujúcim látkam z životného prostredia.

Tieto testy napríklad ukázali, že pracovníci vystavení odpadovým produktom majú vyššiu hladinu mutagénov v moči ako tí, ktorí pracovali v zariadeniach na úpravu vody.

Tiež slúžilo na preukázanie, že použitie rukavíc znižuje koncentrácie mutagénov v zlievárňach vystavených polycyklickým aromatickým zlúčeninám.

Štúdie močových mutagénov sú tiež cenným nástrojom na antimutagénne hodnotenie, pretože napríklad tento test ukázal, že podávanie vitamínu C inhibuje tvorbu N-nitrózo zlúčenín.

Tiež slúžilo na preukázanie, že konzumácia zeleného čaju po dobu jedného mesiaca znižuje koncentráciu mutagénov v moči.

Referencie

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metódy detekcie karcinogénov a mutagénov pomocou testu mutagenity na salmonele / cicavčích mikrozómoch. Výskum mutácií / mutagenéza životného prostredia a príbuzné subjekty.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J. J. Espinosa (2012). Amesov test v dvadsiatom prvom storočí. Výskum a recenzie: Journal of Toxicology.
3. Auxotrofie. Na Wikipédii. Obnovené z https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyklopédia genetiky. Academic Press.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Natívne SILAC: Metabolické značenie proteínov v prototrofných mikroorganizmoch založené na regulácii syntézy lyzínu. Molekulárna a bunková proteomika.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Prototrofická delečná mutantná zbierka pre metabolomiku kvasiniek a biológiu systémov. Nature Biotechnology.