AUXOTROPH: POCHODZENIE, PRZYKŁAD I ZASTOSOWANIA - BIOLOGIA - 2026

Szczep auksotroficzny wobec jest mikroorganizm, który nie jest zdolny do syntetyzowania pewien rodzaj pożywki lub składnik organiczny funkcje istotne dla wzrostu wymienionego osobnika. Dlatego szczep ten może rozmnażać się tylko wtedy, gdy składnik odżywczy zostanie dodany do pożywki hodowlanej. To zapotrzebowanie żywieniowe jest wynikiem mutacji w materiale genetycznym.

Ta definicja ma ogólne zastosowanie do określonych warunków. Na przykład mówimy, że organizm jest auksotroficzny dla waliny, co wskazuje, że dana osoba potrzebuje tego aminokwasu do podania w pożywce hodowlanej, ponieważ nie jest w stanie samodzielnie go wytworzyć.

Źródło: pixabay.com

W ten sposób możemy rozróżnić dwa fenotypy: „mutanta”, który odpowiada auksotrofowi walinowemu - biorąc pod uwagę nasz poprzedni hipotetyczny przykład, chociaż może to być auksotrof dla dowolnego składnika odżywczego - oraz „oryginalny” lub dziki, który może prawidłowo syntetyzować aminokwas. Ten ostatni nazywany jest prototrofem.

Auksotrofia jest spowodowana pewną specyficzną mutacją, która prowadzi do utraty zdolności do syntezy pierwiastka, takiego jak aminokwas lub inny składnik organiczny.

W genetyce mutacja to zmiana lub modyfikacja sekwencji DNA. Ogólnie mutacja dezaktywuje kluczowy enzym na szlaku syntezy.

Jak powstają organizmy auksotroficzne?

Ogólnie rzecz biorąc, mikroorganizmy wymagają do wzrostu szeregu niezbędnych składników odżywczych. Twoje minimalne potrzeby to zawsze źródło węgla, źródło energii i różne jony.

Organizmy, które potrzebują dodatkowych składników odżywczych niż te podstawowe, są auksotrofami tej substancji i są spowodowane mutacjami w DNA.

Nie wszystkie mutacje, które występują w materiale genetycznym mikroorganizmu, wpłyną na jego zdolność do wzrostu w stosunku do określonego składnika odżywczego.

Może wystąpić mutacja, która nie ma wpływu na fenotyp mikroorganizmu - są to tzw. Ciche mutacje, ponieważ nie zmieniają sekwencji białka.

Tak więc mutacja wpływa na bardzo szczególny gen, który koduje niezbędne białko szlaku metabolicznego, które syntetyzuje istotną dla organizmu substancję. Wytworzona mutacja musi dezaktywować gen lub wpływać na białko.

Na ogół wpływa na kluczowe enzymy. Mutacja musi powodować zmianę sekwencji aminokwasu, która znacząco zmienia strukturę białka, a tym samym eliminuje jego funkcjonalność. Może również wpływać na miejsce aktywne enzymu.

Przykłady w

S. cerevisiae to jednokomórkowy grzyb, popularnie zwany drożdżami piwnymi. Służy do produkcji produktów jadalnych dla ludzi, takich jak chleb i piwo.

Dzięki swojej użyteczności i łatwemu rozwojowi w laboratorium jest jednym z najczęściej stosowanych modeli biologicznych, dlatego wiadomo, że przyczyną auksotrofii są określone mutacje.

Auksotrofy dla histydyny

Histydyna (w skrócie w jednoliterowej nomenklaturze jako H i trzyliterowa jako His) jest jednym z 20 aminokwasów tworzących białka. Grupa R tej cząsteczki składa się z dodatnio naładowanej grupy imidazolowej.

Chociaż u zwierząt, w tym ludzi, jest aminokwasem egzogennym - to znaczy, że nie mogą go syntetyzować i muszą go włączać z pożywieniem - mikroorganizmy mają zdolność do jego syntezy.

Gen HIS3 w tych drożdżach koduje enzym dehydrogenazę fosforanu imidazolo-glicerolu, który uczestniczy w szlaku syntezy aminokwasu histydyny.

Mutacje w tym genie (HIS3 ^- ) prowadzą histydyny auksotrofii. Zatem te mutanty nie są w stanie rozmnażać się w pożywce pozbawionej składnika odżywczego.

Auksotrofy dla tryptofanu

Podobnie tryptofan jest aminokwasem hydrofobowym, który ma grupę indolową jako grupę R. Podobnie jak poprzedni aminokwas, musi być włączony do diety zwierząt, ale mikroorganizmy mogą go syntetyzować.

Gen TRP1 koduje enzym izomerazę antranilanu fosforybozylu, który bierze udział w anabolicznym szlaku tryptofanu. Kiedy następuje zmiana w tym genie, uzyskuje się mutację trp1 ^- która uniemożliwia organizmowi syntezę aminokwasu.

Auksotrofy dla pirymidyn

Pirymidyny to związki organiczne wchodzące w skład materiału genetycznego organizmów żywych. W szczególności występują w zasadach azotowych, tworząc część tyminy, cytozyny i uracylu.

W tym grzybie gen URA3 koduje enzym dekarboksylazę orotydyno-5'-fosforanową. Białko to jest odpowiedzialne za katalizowanie etapu syntezy pirymidyn de novo. Dlatego mutacje, które wpływają na ten gen, powodują auksotrofię urydyny lub uracylu.

Urydyna to związek powstający w wyniku połączenia uracylu na bazie azotu z pierścieniem rybozy. Obie struktury są połączone wiązaniem glikozydowym.

Aplikacje

Auksotrofia jest cechą bardzo przydatną w badaniach mikrobiologicznych przy selekcji organizmów w laboratorium.

Tę samą zasadę można zastosować do roślin, w przypadku których w wyniku inżynierii genetycznej powstaje osobnik auksotroficzny, zarówno dla metioniny, biotyny, auksyny itp.

Zastosowanie w inżynierii genetycznej

Mutanty auksotroficzne są szeroko stosowane w laboratoriach, w których wykonywane są protokoły inżynierii genetycznej. Jednym z celów tych praktyk molekularnych jest nauczenie plazmidu skonstruowanego przez badacza w układzie prokariotycznym. Ta procedura jest znana jako „komplementacja auksotrofii”.

Plazmid to kolista cząsteczka DNA, typowa dla bakterii, która replikuje się niezależnie. Plazmidy mogą zawierać przydatne informacje, które są wykorzystywane przez bakterię, na przykład oporność na niektóre antybiotyki lub gen, który umożliwia jej syntezę interesującego składnika odżywczego.

Naukowcy, którzy chcą wprowadzić plazmid do bakterii, mogą użyć szczepu auksotroficznego jako określonego składnika odżywczego. W plazmidzie zakodowana jest informacja genetyczna niezbędna do syntezy składnika odżywczego.

W ten sposób przygotowuje się minimalną pożywkę (która nie zawiera składnika odżywczego, którego zmutowany szczep nie jest w stanie zsyntetyzować) i wysiewa się bakterie plazmidem.

Tylko bakterie, które włączyły tę część plazmidowego DNA, będą mogły rosnąć w pożywce, podczas gdy bakterie, którym nie udało się wychwycić plazmidu, umrą z powodu braku składnika odżywczego.

Bibliografia

1. Benito, C. i Espino, FJ (2012). Genetyka, podstawowe pojęcia. Artykuł redakcyjny Médica Panamericana.
2. Brock, TD i Madigan, MT (1993). Mikrobiologia. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT i Miller, JH (2005). Wprowadzenie do analizy genetycznej. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Inżynieria genetyczna i transfer genów. Piramida.
5. Molina, JLM (2018). 90 rozwiązanych problemów inżynierii genetycznej. Uniwersytet Miguela Hernándeza.
6. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Artykuł redakcyjny Médica Panamericana.