AUXOTROPH: OPRINDELSE, EKSEMPEL OG APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

En auxotroph er en mikroorganisme, der ikke er i stand til at syntetisere en bestemt type næringsstof eller organisk komponent, der er essentiel for væksten af ​​nævnte individ. Derfor kan denne stamme kun spredes, hvis næringsstoffet sættes til kulturmediet. Dette ernæringsmæssige behov er resultatet af en mutation i det genetiske materiale.

Denne definition gælder generelt for specifikke betingelser. For eksempel siger vi, at organismen er auxotrofisk for valin, hvilket indikerer, at den pågældende person har brug for denne aminosyre til at blive påført i kulturmediet, da den ikke er i stand til at producere den af ​​sig selv.

Kilde: pixabay.com

På denne måde kan vi differentiere to fænotyper: "mutanten", som svarer til valine auxotroph - under hensyntagen til vores tidligere hypotetiske eksempel, selvom det kan være en auxotroph for ethvert næringsstof - og "den originale" eller vildt, som korrekt kan syntetisere aminosyre. Sidstnævnte kaldes en prototrof.

Auxotrofi er forårsaget af en eller anden specifik mutation, der fører til tab af evnen til at syntetisere et element, såsom en aminosyre eller anden organisk komponent.

I genetik er en mutation en ændring eller modifikation af DNA-sekvensen. Generelt inaktiverer mutationen et nøgleenzym i en syntetisk vej.

Hvordan stammer auxotrofiske organismer?

Generelt kræver mikroorganismer en række vigtige næringsstoffer for deres vækst. Dine minimumsbehov er altid en kulstofkilde, en energikilde og forskellige ioner.

Organismer, der har brug for ekstra næringsstoffer til de basale, er auxotrofer for dette stof og er forårsaget af mutationer i DNA.

Ikke alle mutationer, der forekommer i det mikroorganismes genetiske materiale, vil påvirke dens evne til at vokse mod et bestemt næringsstof.

En mutation kan forekomme, og den har ingen indflydelse på mikroorganismens fænotype - disse er kendt som tavse mutationer, da de ikke ændrer proteinets sekvens.

Således påvirker mutationen et meget specifikt gen, der koder for et essentielt protein i en metabolisk vej, der syntetiserer et essentielt stof for kroppen. Den dannede mutation skal inaktivere genet eller påvirke proteinet.

Det påvirker generelt nøglenzymer. Mutationen skal frembringe en ændring i sekvensen af ​​en aminosyre, der signifikant ændrer proteinets struktur og således eliminerer dens funktionalitet. Det kan også påvirke enzymets aktive sted.

Eksempler i

S. cerevisiae er en encellet svamp populært kendt som ølgjær. Det bruges til fremstilling af spiselige produkter til mennesker såsom brød og øl.

Takket være dets anvendelighed og lette vækst i laboratoriet er det en af ​​de mest anvendte biologiske modeller, hvorfor det vides, at specifikke mutationer er årsagen til auxotrofi.

Auxotrofer for histidin

Histidin (forkortet i en-bogstavs nomenklaturen som H og tre bogstaver som His) er en af ​​de 20 aminosyrer, der udgør proteiner. R-gruppen af ​​dette molekyle består af en positivt ladet imidazolgruppe.

Selv om det i dyr, inklusive mennesker, er en essentiel aminosyre - dvs. at de ikke kan syntetisere den og skal inkorporere den gennem diæt, har mikroorganismer evnen til at syntetisere den.

HIS3-genet i denne gær koder for enzymet imidazol glycerolphosphatdehydrogenase, som deltager i vejen til syntese af aminosyren histidin.

Mutationer i dette gen (his3 ^-) resulterer i histidin-auxotrofi. Disse mutanter er således ikke i stand til at spredes i et medium, der mangler næringsstoffet.

Auxotrophs for tryptophan

Tilsvarende er tryptophan en hydrofob aminosyre, der har en indolgruppe som R-gruppe. Ligesom den tidligere aminosyre, skal den indarbejdes i kosten til dyr, men mikroorganismer kan syntetisere den.

TRP1-genet koder for enzymet phosphoribosyl-anthranilat-isomerase, som er involveret i den anabolske tryptophan-vej. Når der forekommer en ændring i dette gen, opnås en trpl-mutation ^- som deaktiverer kroppen til at syntetisere aminosyren.

Auxotrofer for pyrimidiner

Pyrimidiner er organiske forbindelser, der er en del af det genetiske materiale fra levende organismer. Specifikt findes de i nitrogenholdige baser, der udgør en del af thymin, cytosin og uracil.

I denne svamp koder URA3-genet for enzymet orotidin-5'-phosphatdekarboxylase. Dette protein er ansvarligt for katalysering af et trin i de novo-syntese af pyrimidiner. Derfor forårsager mutationer, der påvirker dette gen, uridin eller uracil auxotrofi.

Uridin er en forbindelse, der er resultatet af foreningen af ​​nitrogenbasis uracil med en ribosering. Begge strukturer er forbundet med en glykosidbinding.

Applikationer

Auxotrophy er et meget nyttigt kendetegn ved undersøgelser relateret til mikrobiologi til udvælgelse af organismer i laboratoriet.

Samme princip kan anvendes på planter, hvor der ved genteknologi oprettes et auxotrofisk individ, enten til methionin, biotin, auxin osv.

Anvendelse i genteknologi

Auxotrofiske mutanter er vidt brugt i laboratorier, hvor genetisk ingeniørprotokoller udføres. Et af målene med denne molekylære praksis er instruktion af et plasmid konstrueret af forskeren i et prokaryot system. Denne procedure er kendt som "auxotrofi-komplementering".

Et plasmid er et cirkulært DNA-molekyle, typisk for bakterier, der gentages uafhængigt. Plasmider kan indeholde nyttig information, der bruges af bakterierne, for eksempel resistens over for noget antibiotikum eller et gen, der tillader det at syntetisere et næringsstof af interesse.

Forskere, der ønsker at indføre et plasmid i en bakterie, kan bruge en auxotrof stamme til et specifikt næringsstof. Den genetiske information, der er nødvendig for syntesen af ​​næringsstoffet, kodes i plasmidet.

På denne måde fremstilles et minimalt medium (som ikke indeholder det næringsstof, som den mutante stamme ikke kan syntetisere), og bakterierne podes med plasmidet.

Kun bakterier, der inkorporerer denne del af plasmid-DNA, vil være i stand til at vokse i mediet, mens bakterier, der ikke fandt plasmidet, dør af mangel på næringsstoffet.

Referencer

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Genetik, væsentlige begreber. Redaktionel Médica Panamericana.
2. Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Mikrobiologi. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion til genetisk analyse. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genteknologi og genoverførsel. Pyramide.
5. Molina, JLM (2018). 90 løste problemer med genteknologi. Miguel Hernández Universitet.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion til mikrobiologi. Redaktionel Médica Panamericana.