Idi na sadržaj

Auksotrof

Nepregledano
S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Ovo je vizualni prikaz uvjeta koji bi omogućili rast auksotrofa (gornji red medija: Kolonije auksotrofne prema argininu) u usporedbi s kolonijama koje pokazuju prototrofiju (donji red medija).

Auksotrofija (grč αὐξάνω -aukso "povećati"; τροφή "ishrana") jeste nemogućnost organizma da sintetizira određeni organski spoj potreban za njegov rast (kako je definirano od strane IUPAC). Auksotrof je organizam koji pokazuje ovu karakteristiku; "auksotrof" je odgovarajući pridjev. Auksotrofija je suprotnost prototrofiji, koju karakterizira sposobnost sinteze svih spojeva potrebnih za rast. Prototrofne ćelije su samodovoljni proizvođači svih potrebnih metabolita (npr. aminokiselina, lipida, kofaktora), dok auksotrofi zahtijevaju medij s metabolitom koji ne mogu proizvesti.[1] Naprimjer, auksotrofna ćelija za metionin mogla bi rasti samo na mediju koji sadrži metionin; u suprotnom bi gladovala. U ovom primjeru, to je zato što nije u stanju proizvesti vlastiti metionin. Međutim, prototrofna ćelija za metionin mogla bi funkcionirati i replicirati se na mediju sa ili bez metionina.[2] Replikacijsko presađivanje je tehnika kojom se kolonije prenose s jedne ploče na drugu na istom mjestu kao i posljednja ploča, tako da se različite ploče s podlogama mogu upoređivat i jedna pored druge. Koristi se za poređenje rasta istih kolonija na različitim pločama s podlogama, kako bi se utvrdilo u kojim okruženjima bakterijska kolonija može ili ne može rasti (ovo daje uvid u moguće auksotrofne karakteristike). Metoda replikacijskog presađivanja, koju su implementirali Joshua i Esther Lederberg uključivala je auksotrofe koji su bili osjetljivi na temperaturu; to jest, njihova sposobnost sinteze ovisila je o temperaturi.[3] (Auksotrofi obično nisu ovisni o temperaturi. Mogu ovisiti i o drugim faktorima.) Također je moguće da je organizam auksotrofan prema više od samo jednog organskog spoja, koji mu je potreban za rast.[4]

Aplikacije

[uredi | uredi izvor]

Genetika

[uredi | uredi izvor]
Replike ploča auksotrofnih kolonija A, B, C i D; kolonije A, B, C i D su zasijane na različite podloge, kako bi se testirala auksotrofija i biosintetski put (vidi sliku 2B i 2C)

U genetici, soj jeste auksotrofan ako nosi mutaciju koja ga čini nesposobnim za sintezu esencijalnog spoja. Naprimjer, mutant kvasca s inaktiviranim genom puta sinteze uracila jeste uracilni auksotrof (npr. ako je gen kvasca za orotidin 5'-fosfat-dekarboksilazu inaktiviran, rezultirajući soj je uracilni auksotrof). Takav soj nije u stanju sintetizirati uracil i moći će rasti samo ako se uracil može apsorbirati iz okoline. Ovo je suprotno od uracilnog prototrofa, ili u ovom slučaju soja divljeg tipa, koji i dalje može rasti u odsustvu uracila. Auksotrofni genetički markeri često se koriste u molekularnoj genetici; poznato su korišteni u radu Beadlea i Tatuma, koji su dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu, za hipotezu o jedan gen – jedan enzim, povezujući mutacije gena s mutacijama proteina. To zatim omogućava mapiranje biosintetskih ili biohemijskih puteva, koje može pomoći u određivanju koji su enzim ili enzimi mutirani i disfunkcionalni u auksotrofnim sojevima bakterija koje se proučavaju.[2] Istraživači su koristili sojeve E. coli auksotrofne za specifične aminokiseline, kako bi uveli analoge neprirodnih aminokiselina u proteine. Naprimjer, ćelije auksotrofne za aminokiselinu fenilalanin mogu se uzgajati u medijima obogaćenim analogom kao što je para-azido fenilalanin. Mnoga živa bića, uključujući ljude, auksotrofi su za velike klase spojeva potrebnih za rast i moraju ih unositi putem prehrane (vidi vitamin, esencijalni nutrijent, esencijalna aminokiselina, esencijalna masna kiselina).

Složeni obrazac evolucije vitaminske auksotrofije u eukariotskom stablu života usko je povezan s međuzavisnošću između organizama.[5]

Slika 2B Biosintetski (biohemijski) put, naprimjer na slici 2A

Test mutagenosti (Amesov test)

[uredi | uredi izvor]
Sl. 2C Tabela koja sažima i povezuje informacije iz primjera na Sl. 2A i 2B.

Test mutageneze salmonele (Amesov test) koristi više sojeva Salmonella typhimurium koji su auksotrofni prema histidinu, kako bi se testiralo da li određena hemikalija može izazvati mutacije, posmatrajući njeno auksotrofno svojstvo kao odgovor na dodani hemijski spoj.[6] Mutacija koju uzrokuje hemijska supstanca ili spoj mjeri se nanošenjem na bakterije na ploči koja sadrži histidin, a zatim premještanjem bakterija na novu ploču bez dovoljno histidina za kontinuirani rast. Ako supstanca ne mutira genom bakterije iz auksotrofnog u histidin nazad u prototrofni u histidin, tada bakterija neće pokazati rast na novoj ploči. Dakle, poređenjem odnosa bakterija na novoj ploči sa starom pločom i istog odnosa za kontrolnu grupu, moguće je kvantificirati koliko je supstanca mutagena, odnosno, koliko je vjerovatno da će izazvati mutacije u DNK.[7] Hemikalija se smatra pozitivnom na Amesovom testu ako uzrokuje mutacije koje povećavaju uočenu stopu reverzije, a negativnom ako se pokazuje slično kao i kod kontrolne grupe. Očekuje se normalan, ali mali broj revertantnih kolonija kada se auksotrofna bakterija nasadi na medij bez metabolita koji joj je potreban, jer bi mogla mutirati natrag u prototrofiju. Šanse za to su male i stoga uzrokuju formiranje vrlo malih kolonija. Međutim, ako se doda mutagena supstanca, broj revertanata bi bio vidljivo veći nego bez mutagene supstance. Amesov test se, u osnovi, smatra pozitivnim ako supstanca povećava vjerovatnoću mutacije u DNK bakterije dovoljno da izazove kvantitativnu razliku u revertantima ploče s mutagenom i ploče kontrolne grupe. Negativan Amesov test znači da mogući mutagen DID nije uzrokovao povećanje revertanata, a pozitivan Amesov test označava da mogući mutagen DID povećava vjerovatnoću mutacije. Ovi mutageni efekti na bakterije istražuju se kao mogući pokazatelj istih efekata na veće organizme, poput ljudi. Pretpostavlja se da ako mutacija može nastati u bakterijskoj DNK u prisustvu mutagena, onda bi se isti efekat pojavio i kod većih organizama koji uzrokuju rak.[6] Negativan rezultat Amesovog testa mogao bi sugerirati da supstanca nije mutagen i da ne bi uzrokovala stvaranje tumora u živim organizmima. Međutim, samo nekoliko hemikalija koje su rezultirale pozitivnim rezultatom Amesovog testa smatrane su beznačajnim kada su testirane na većim organizmima, ali pozitivan Amesov test za bakterije i dalje nije mogao biti konačno povezan sa ekspresijom raka u većim organizmima. Iako mutagen može biti moguća odrednica tumora kod živih organizama, ljudi, životinja itd., potrebno je provesti više studija da bi se došlo do zaključka.[8]

Metode zasnovane na auksotrofiji za ugradnju neprirodnih aminokiselina u proteine i proteome

[uredi | uredi izvor]

Veliki broj neprirodnih aminokiselina, koje su slične svojim kanonskim ekvivalentima po obliku, veličini i hemijskim svojstvima, uvode se u rekombinantne proteine pomoću auksotrofičnih ekspresijskih domaćina.[9] Naprimjer, auksotrofni sojevi Escherichia coli koji potiču od metionina (Met) ili triptofana (Trp) mogu se kultivirati u definiranom minimalnom mediju. U ovom eksperimentalnom okruženju moguće je eksprimirati rekombinantne proteine čiji su kanonski ostaci Trp i Met potpuno zamijenjeni različitim srodnim analozima s dodatkom medija.[10] Ova metoda vodi novom obliku proteinskog inženjerstva, koji se ne izvodi manipulacijom kodonima na nivou DNK (npr. mutageneza usmjerena na oligonukleotide), već preraspodjelom kodona na nivou translacije proteina pod efikasnim selekcijskim pritiskom.[11] Stoga se metoda naziva selektivna inkorporacija pod pritiskom (SPI).[12] Nijedan do sada proučavan organizam ne kodira druge aminokiseline, osim kanonskih dvadeset; dvije dodatne kanonske aminokiseline (selenocistein, pirolizin) ubacuju se u proteine prekodiranjem signala terminacije translacije. Ova granica može se prijeći adaptivnom laboratorijskom evolucijom metabolički stabilnih auksotrofnih mikrobnih sojeva. Naprimjer, prvi očigledno uspješan pokušaj evolucije Escherichia coli koja može preživjeti isključivo na neprirodnoj aminokiselini tieno[3,2-b]pirolil) alaninu, kao jedinoj zamjeni za triptofan napravljen je 2015.[13]

U popularnoj kulturi

[uredi | uredi izvor]

Film iz 1993. godine Jurski park (zasnovan na istoimenom romanu Michaela Crichtona iz 1990. godine pod istim imenom) prikazuje dinosaure koji su genetićki modificirani tako da nisu mogli proizvoditi aminokiselinu lizin.[14] Ovo je bilo poznato kao "lizinska kontingentnost" i trebalo je spriječiti klonirane dinosaure da prežive izvan parka, prisiljavajući ih da budu ovisni o dodacima lizina koje obezbjeđuje veterinarsko osoblje parka. U stvarnosti, nijedna životinja nije sposobna proizvesti lizin (to je esencijalna aminokiselina).[15]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ↑ Genetics : from genes to genomes. Hartwell, Leland. (4th izd.). New York: McGraw-Hill. 2011. ISBN 9780073525266. OCLC 317623365.CS1 održavanje: others (link)
  2. 1 2 LaRossa, R.A. (2001). "Nutritional Mutations". Encyclopedia of Genetics. str. 1362–1363. doi:10.1006/rwgn.2001.0920. ISBN 9780122270802.
  3. ↑ Lederberg, Joshua; Lederberg, Esther M. (mart 1952). "Replica plating and indirect selection of bacterial mutants". Journal of Bacteriology. 63 (3): 399–406. doi:10.1128/JB.63.3.399-406.1952. ISSN 0021-9193. PMC 169282. PMID 14927572.
  4. ↑ Griffiths, Anthony J.F.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (2000). "Mutant types". Arhivirano s originala, 11. 11. 2020. journal zahtijeva |journal= (pomoć)
  5. ↑ Helliwell, Katherine E.; et al. (2013). "Widespread decay of vitamin-related pathways: coincidence or consequence?". Trends in Genetics. 29 (8): 469–478. doi:10.1016/j.tig.2013.03.003. PMID 23623319.
  6. 1 2 Ahern, Kevin (2017). Biochemistry Free for All. DavinciPress.
  7. ↑ Ames, Bruce N.; McCann, Joyce; Yamasaki, Edith (1975). "Methods for detecting carcinogens and mutagens with the salmonella/mammalian-microsome mutagenicity test". Mutation Research/Environmental Mutagenesis and Related Subjects. 31 (6): 347–363. doi:10.1016/0165-1161(75)90046-1. PMID 768755.
  8. ↑ Kirkland, David; Zeiger, Errol; Madia, Federica; Gooderham, Nigel; Kasper, Peter; Lynch, Anthony; Morita, Takeshi; Ouedraogo, Gladys; Morte, Juan Manuel Parra (2014). "Can in vitro mammalian cell genotoxicity test results be used to complement positive results in the Ames test and help predict carcinogenic or in vivo genotoxic activity? I. Reports of individual databases presented at an EURL ECVAM Workshop". Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 775–776: 55–68. doi:10.1016/j.mrgentox.2014.10.005. hdl:10044/1/19252. PMID 25435356.
  9. ↑ Mock, Marissa; Tirrell, David (2003). "Non-canonical amino acids in protein engineering". Curr. Opin. Biotechnol. 14 (6): 603–609. doi:10.1016/j.copbio.2003.10.011. PMID 14662389. |first1= nedostaje |last1= (pomoć)
  10. ↑ Budisa, Nediljko; Pal, Prajna Paramita (1 Jun 2005). "Designing novel spectral classes of proteins with a tryptophan-expanded genetic code". Biol. Chem. 385 (10): 893–904. doi:10.1515/BC.2004.117. PMID 15551863. S2CID 42436705.
  11. ↑ Budisa, Nediljko; Minks, Caroline; Alefelder, Stefan; Wenger, Waltraud; Dong, Fumin; Moroder, Luis; Huber, Huber (1 Jan 1999). "Toward the experimental codon reassignment in vivo: protein building with an expanded amino acid repertoire". FASEB J. 13 (1): 41–51. doi:10.1096/fasebj.13.1.41. PMID 9872928. S2CID 2887572.
  12. ↑ Minks, Caroline; Alefelder, Stefan; Moroder, Luis; Huber, Robert; Budisa, Nediljko (2000). "Towards New Protein Engineering: In Vivo Building and Folding of Protein Shuttles for Drug Delivery and Targeting by the Selective Pressure Incorporation (SPI) Method". Tetrahedron (jezik: engleski). 56 (48): 9431–9442. doi:10.1016/S0040-4020(00)00827-9.
  13. ↑ Hoesl, M. G.; Oehm, S.; Durkin, P.; Darmon, E.; Peil, L.; Aerni, H.-R.; Rappsilber, J.; Rinehart, J.; Leach, D.; Söll, D.; Budisa, N. (2015). "Chemical evolution of a bacterial proteome". Angewandte Chemie International Edition. 54 (34): 10030–10034. doi:10.1002/anie.201502868. PMC 4782924. PMID 26136259.
  14. ↑ Coyne JA (10. 10. 1999). "The Truth Is Way Out There". The New York Times. Pristupljeno 6. 4. 2008.
  15. ↑ Wu G (maj 2009). "Amino acids: metabolism, functions, and nutrition". Amino Acids. 37 (1): 1–17. doi:10.1007/s00726-009-0269-0. PMID 19301095. S2CID 1870305.

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Auksotrof&oldid=3919607"