Auxotrofische oorsprong, voorbeeld en toepassingen

een auxotroof is een micro-organisme dat niet in staat is om een ​​bepaald type voedingsstof of organische verbinding te synthetiseren die essentieel is voor de groei van dat individu. Daarom kan deze stam alleen prolifereren als de voedingsstof wordt toegevoegd aan het kweekmedium. Deze voedingsbehoefte is het resultaat van een mutatie in het genetische materiaal.

Deze definitie is over het algemeen van toepassing op specifieke omstandigheden. Bijvoorbeeld, zeggen we dat het lichaam valine auxotroof geven dat de persoon in kwestie dient dit aminozuur wordt aangebracht in het kweekmedium, aangezien het niet kan produceren op zichzelf.

- rekening houdend met het bovenstaande voorbeeld hypothetisch, hoewel auxotroof voor voedingsstoffen kunnen - en "original" of wild die behoorlijk kan synthetiseren "mutant", hetgeen overeenkomt met auxotrofe valine: We kunnen dus twee fenotypen te onderscheiden aminozuur De laatste wordt prototroof genoemd.

De auxotrofie wordt veroorzaakt door een specifieke mutatie die leidt tot het verlies van het vermogen om een ​​bepaald element, zoals een aminozuur of een andere organische component, te synthetiseren.

In de genetica is een mutatie een verandering of modificatie van de DNA-sequentie. Over het algemeen inactiveert de mutatie een sleutelenzym op een synthetische route.

index

• 1 Hoe auxotrofe organismen ontstaan?
• 2 Voorbeelden in Saccharomyces cerevisiae
  • 2.1 Auxotrofen voor histidine
  • 2.2 Auxotropen voor tryptofaan
  • 2.3 Auxotropen voor pyrimidinen
• 3 toepassingen
  • 3.1 Toepassing op het gebied van genetische manipulatie
• 4 Referenties

Hoe ontstaan ​​auxotrofe organismen?

In het algemeen vereisen micro-organismen een reeks essentiële voedingsstoffen voor hun groei. Je minimale behoeften zijn altijd een koolstofbron, een bron van energie en verschillende ionen.

De organismen die extra voedingsstoffen nodig hebben voor de basisstoffen zijn auxotrofen voor deze stof en ze zijn ontstaan ​​door mutaties in het DNA.

Niet alle mutaties die voorkomen in het genetisch materiaal van een micro-organisme, zullen zijn vermogen om tegen een bepaalde voedingsstof te groeien beïnvloeden.

Een mutatie kan optreden en dit heeft geen effect op het fenotype van het micro-organisme - deze staan ​​bekend als stille mutaties, omdat ze de eiwitsequentie niet modificeren.

De mutatie beïnvloedt dus een zeer specifiek gen dat codeert voor een essentieel eiwit van een metabolische route die een essentiële stof voor het organisme synthetiseert. De gegenereerde mutatie moet het gen inactiveren of het eiwit beïnvloeden.

Het beïnvloedt meestal belangrijke enzymen. De mutatie moet een verandering in de sequentie van een aminozuur produceren die de structuur van het eiwit aanzienlijk verandert en dus verdwijnt de functionaliteit ervan. Het kan ook de actieve plaats van het enzym beïnvloeden.

Voorbeelden in Saccharomyces cerevisiae

S. cerevisiae Het is een eencellige schimmel die in de volksmond bekend staat als de gist van bier. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van eetbare producten voor mensen zoals brood en bier.

Dankzij het nut en de gemakkelijke groei in het laboratorium is een van de meest gebruikte biologische modellen, dus het is bekend dat specifieke mutaties auxotrofie veroorzaken.

Auxotrofen voor histidine

Histidine (afgekort in de nomenclatuur van een letter als H en drie letters als His) is een van de 20 aminozuren die eiwitten vormen. De R-groep van dit molecuul wordt gevormd door een positief geladen imidazoolgroep.

Hoewel bij dieren, inclusief de mens, het is een essentieel aminozuur - dat wil zeggen, kunnen ze niet synthetiseren en moeten opnemen via de voeding - micro-organismen bezitten het vermogen om te synthetiseren.

Het gen HIS3 in deze gist codeert het voor het enzym imidazolglicerol fosfaatdehydrogenase, dat deelneemt aan de route van de synthese van het aminozuur histidine.

Mutaties in dit gen (his3^-) resulteren in de auxotrofie van histidine. Aldus zijn deze mutanten niet in staat te prolifereren in een medium dat de voedingsstof mist.

Auxotropen voor tryptofaan

Evenzo is tryptofaan een aminozuur met een hydrofoob karakter dat als groep R een indoolgroep heeft. Net als het vorige aminozuur moet het worden opgenomen in het dieet van dieren, maar micro-organismen kunnen het synthetiseren.

Het gen TRP1 het codeert voor het enzym fosforibosyl-anthranilaat-isomerase, dat betrokken is bij de anabole route van tryptofaan. Wanneer een verandering in dit gen optreedt, wordt een mutatie verkregen TRP1^-die het lichaam uitschakelt om het aminozuur te synthetiseren.

Auxotrofen voor pyrimidines

Pyrimidines zijn organische verbindingen die deel uitmaken van het genetisch materiaal van levende organismen. In het bijzonder worden ze aangetroffen in stikstofhoudende basen, die deel uitmaken van thymine, cytosine en uracil.

In deze schimmel, het gen URA3 het codeert voor het enzym orotidine-5'-fosfaatdecarboxylase. Dit eiwit is verantwoordelijk voor het katalyseren van een stap in de synthese de novo van de pyrimidinen. Daarom veroorzaken mutaties die dit gen beïnvloeden auxotrofie voor uridine of uracil.

Uridine is een verbinding die het resultaat is van de vereniging van de stikstofhoudende base uracil met een ring van ribose. Beide structuren zijn verbonden door een glycosidische binding.

toepassingen

Auxotrofie is een zeer nuttige functie in studies met betrekking tot microbiologie, voor de selectie van organismen in het laboratorium.

Ditzelfde principe kan worden toegepast op planten, waar door genetische manipulatie een auxotroof individu wordt gecreëerd, hetzij voor methionine, biotine, auxine, enz..

Toepassing op genetische manipulatie

De auxotrofe mutanten worden veel gebruikt in laboratoria waar protocollen voor genetische manipulatie worden uitgevoerd. Een van de doelstellingen van deze moleculaire werkwijzen is de instructie van een plasmide dat door de onderzoeker in een prokaryotisch systeem is geconstrueerd. Deze procedure wordt "auxotrofie-aanvulling" genoemd.

Een plasmide is een circulair DNA-molecuul, kenmerkend voor bacteriën, dat onafhankelijk repliceert. De plasmiden kunnen bruikbare informatie bevatten die wordt gebruikt door de bacterie, bijvoorbeeld resistentie tegen een antibioticum of een gen dat het mogelijk maakt een voedingsstof van belang te synthetiseren.

Onderzoekers die een plasmide in een bacterie willen introduceren, kunnen een auxotrofe stam gebruiken voor een specifieke voedingsstof. De genetische informatie die nodig is voor de synthese van de voedingsstof wordt gecodeerd in het plasmide.

Op deze manier wordt een minimaal medium (dat niet de voedingsstof bevat die de mutante stam niet kan synthetiseren) bereid en worden de bacteriën gezaaid met het plasmide..

Alleen de bacteriën die dit deel van het plasmide-DNA hebben opgenomen, kunnen in het medium groeien, terwijl de bacteriën die het plasmide niet hebben gevangen, zullen sterven vanwege het gebrek aan de voedingsstof.

referenties

1. Benito, C., & Espino, F. J. (2012). Genetica, essentiële concepten. Editorial Panamericana Medical.
2. Brock, T.D., & Madigan, M.T. (1993). microbiologie. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Een inleiding tot genetische analyse. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genetische manipulatie en genoverdracht. piramide.
5. Molina, J.L. M. (2018). 90 opgeloste problemen van genetische manipulatie. Miguel Hernández University.
6. Tortora, G. J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Inleiding tot de microbiologie. Editorial Panamericana Medical.