Mis on prototroof ja millised on selle rakendused?



The prototroofid need on organismid või rakud, mis on võimelised tootma oma oluliste protsesside jaoks vajalikke aminohappeid. Seda mõistet kasutatakse tavaliselt konkreetse aine suhtes. See on terminiga auxotrophic vastupidine.

Viimast terminit kasutatakse mikroorganismi määratlemiseks, mis on võimeline kasvukeskkonnas kasvama ja paljunema ainult siis, kui sellele on lisatud konkreetne toitaine. Prototroofi puhul võib see ilma nimetatud aineta areneda, sest see on võimeline seda ise tootma.

Näiteks organismi või tüve, mis ei ole lüsiini puudumisel võimeline kasvama, nimetatakse auksotroofiliseks lüsiiniks. Prototroofne lüsiini tüvi omakorda kasvab ja võib paljuneda sõltumatult lüsiini olemasolust või puudumisest söötmes.. 

Põhimõtteliselt on auksotroofne tüvi kaotanud funktsionaalse metaboolse tee, mis võimaldas tal sünteesida oma oluliste protsesside jaoks olulist põhiainet..

See puudus on tavaliselt tingitud mutatsioonist. Mutatsioon tekitab null alleeli, millel ei ole bioloogilist võimet prototroofis esineva aine valmistamiseks.

Indeks

  • 1 Rakendused
    • 1.1 Biokeemia
    • 1.2 auksotroofsed markerid
    • 1.3 Amesi test
    • 1.4 Teised rakendused Amesi testis
  • 2 Viited

Rakendused

Biokeemia

Molekulaarses geneetikas kasutatakse sageli auksotroofseid geneetilisi markereid. Iga geen sisaldab valku kodeerivat informatsiooni. Seda näitasid teadlased George Beadle ja Edward Tatum töös, mis pani nad Nobeli preemia võlausaldajateks..

See geenide spetsiifilisus võimaldab biosünteetiliste või biokeemiliste radade kaardistamist. Geeni mutatsioon põhjustab valgu mutatsiooni. Sel viisil saab määrata bakterite auksotroofsetes tüvedes, mida uuritakse, millised ensüümid on mutatsioonide tõttu düsfunktsionaalsed.

Teine meetod biosünteesiteede määramiseks on spetsiifiliste aminohapete auksotroofsete tüvede kasutamine. Nendel juhtudel kasutame ära selliste aminohapete vajadust tüvede poolt, et lisada kultuurisöötmes valkude ebaloomulikke analooge..

Näiteks fenüülalaniini asendamine para-asido-fenüülalaniiniga Escherichia coli fenüülalaniini auksotroofne.

Auksotroofsed markerid

Metaboolse hoone molekulide biosünteesiga seotud ensüüme kodeerivate geenide mutatsioone kasutatakse markeritena enamikul pärmidega tehtud geneetilistest katsetest..

Mutatsiooni (auksotroofia) poolt põhjustatud toitumispuudulikkust saab kompenseerida vajaliku toitaine lisamisega kasvusöötmesse..

Selline kompensatsioon ei pruugi siiski olla kvantitatiivne, sest mutatsioonid mõjutavad erinevaid füsioloogilisi parameetreid ja võivad toimida sünergistlikult.

Sellepärast on läbi viidud uuringud prototroofsete tüvede saamiseks, et kõrvaldada auksotroofsed markerid ja vähendada füsioloogiliste ja metaboolsete uuringute eelarvamusi..

Amesi test

Amesi test, mida nimetatakse ka mutageneesi testiks Salmonella, on välja töötanud Bruce N. Ames 1970. aastatel, et teha kindlaks, kas kemikaal on mutageen.

See põhineb pöördmutatsiooni või hilisema mutatsiooni põhimõttel. Kasutatakse mitut tüve Salmonella typhimurium auksotroofne histidiini suhtes.

Kemikaali võimet mutatsiooni tekitada mõõdetakse, rakendades seda bakteritele histidiini sisaldaval plaadil. Seejärel viiakse bakterid histidiinis halva uue plaadiga.

Kui aine ei ole mutageenne, ei tähenda bakterid uues naastu kasvu. Teisel juhul muteeruvad auksotroofsed histidiini bakterid tagasi prototroofseteks tüvedeks histidiiniga.

Võrdlus bakterite kasvu osakaaluga plaatidel töötlemata ja ilma, võimaldab kvantifitseerida ühendi mutageenset võimsust bakteritel..

See võimalik bakterite mutageensus näitab võimalust, et see põhjustab samu toimeid teistele organismidele, sealhulgas inimestele.

Arvatakse, et ühend, mis on võimeline põhjustama mutatsiooni bakteriaalses DNA-s, võib samuti olla võimeline tekitama vähki põhjustavaid mutatsioone..

Teised rakendused Amesi testi jaoks

Uute tüvede areng

Uute bakteritüvede saamiseks on kasutatud Amesi testi. Näiteks on välja töötatud tüved, mis on puudulikud nitroreduktaasis.

Neid tüvesid kasutatakse ksenobiootikumide ja DNA parandussüsteemide metabolismi uurimiseks. Samuti on need olnud kasulikud nitrogruppide metaboolsete mehhanismide hindamiseks aktiivsete mutageenide tootmiseks, samuti genotoksiliste ühendite nitraatmehhanismid..

Antimutagenees

Amesi testi on kasutatud ka looduslike antimagageenide uurimiseks ja klassifitseerimiseks. Antimutageenid on ühendid, mis võivad vähendada mutageenset DNA kahjustust, peamiselt parandades nende remondisüsteeme.

Sel viisil väldivad sellised ühendid vähi arengu algusetappe. Alates 20. sajandi algusest (kahekümnenda sajandi algusest) on Ames ja kolleegid läbi viinud uuringuid, et hinnata genotoksiinide vähenemist ja vähiriske antimutageeni sisaldava dieedi kaudu..

Nad täheldasid, et populatsioonidel, kellel oli kõrge antimutageenisisaldusega toitumine, oli väiksem risk gastroenteriaalse vähi tekkeks.

Amesi test on laialdaselt kasutatud mitme taimeekstrakti uurimiseks, mis teadaolevalt vähendavad mutageensust. Need uuringud on samuti näidanud, et taimeosad ei ole alati ohutud. On näidatud, et paljudel söödavatel taimedel on genotoksiline toime.

Amesi test on samuti osutunud kasulikuks alternatiivses meditsiinis sageli kasutatavate looduslike ühendite toksiliste või antimutageensete toimete avastamisel..

Genotoksilise metabolismi uuringud

Üks Amesi testi nõrkusi oli genotoksiliste ühendite metaboolse aktivatsiooni puudumine. Kuid see probleem on lahendatud närilistelt valmistatud CYP-ga indutseeritud maksahomogenaatide lisamisega.

CYP on hemoproteiin, mis on seotud erinevate ainete metabolismiga. See muudatus lisas uued võimalused Amesi testile. Näiteks on hinnatud mitmeid CYP indutseerijaid, mis näitasid, et need ensüümid on indutseeritud erinevat tüüpi ühenditega.

Mutageenide hindamine bioloogilistes vedelikes

Need testid kasutavad uriini, plasma ja seerumi proove. Need võivad olla kasulikud N-nitrosoühendite moodustumise hindamiseks in vivo aminohapete ravimitest.

Need võivad olla kasulikud ka epidemioloogilistes uuringutes, mis käsitlevad inimeste populatsioone, kes on kokku puutunud kutseliste mutageenidega, suitsetamisharjumustega ja keskkonnasaastega.

Need katsed on näidanud näiteks, et jäätmetega kokkupuutuvatel töötajatel on kõrgemad uriini mutageenid kui need, kes töötasid veepuhastusjaamades..

Samuti on see näidanud, et kindate kasutamine vähendab mutageenide kontsentratsiooni valukodades, mis puutuvad kokku aromaatsete polütsükliliste ühenditega..

Uriinimutageenide uuringud on samuti väärtuslik vahend antimutageenseks hindamiseks, sest näiteks selle testiga näidati, et C-vitamiini manustamine pärsib N-nitrosoühendite moodustumist..

Samuti näitas see, et rohelise tee tarbimine kuu jooksul vähendab uriinimutageenide kontsentratsiooni.

Viited

  1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Meetodid kantserogeenide ja mutageenide avastamiseks salmonella / imetaja-mikrosoomi mutageensuse testiga. Mutatsiooniuuringud / keskkonna mutagenees ja nendega seotud teemad.
  2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Amesi test kahekümne esimesel sajandil. Teadusuuringud ja ülevaated: toksikoloogia ajakiri.
  3. Auksotroofia Wikipedias. Välja otsitud aadressilt https://et.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
  4. S. Benner (2001). Geneetika entsüklopeedia. Academic Press.
  5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Natiivne SILAC: proteiinide metaboolne märgistamine lüsiini sünteesi regulatsioonil põhinevates prototroofsetes mikroorganismides. Molekulaarsed & rakulised proteoomika.
  6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Prototroofne deletsioonimutantide kogum pärmi metaboolika ja bioloogia süsteemide jaoks. Looduse biotehnoloogia.