Wat is een prototroof en wat zijn de toepassingen?

de prototrofen het zijn organismen of cellen die in staat zijn om de aminozuren te produceren die ze nodig hebben voor hun vitale processen. Deze term wordt meestal gebruikt in relatie tot een bepaalde stof. Het is tegengesteld aan de term auxotroof.

De laatste term wordt gebruikt om een ​​micro-organisme te definiëren dat alleen in een kweekmedium kan groeien en vermenigvuldigen als daaraan een specifieke voedingsstof is toegevoegd. In het geval van de prototrofe kan het gedijen zonder die substantie omdat het in staat is om het zelf te produceren.

Een organisme of stam, bijvoorbeeld niet in staat om te groeien in afwezigheid van lysine, zou auxotroof lysine worden genoemd. De prototrofe lysine-stam zal op zijn beurt groeien en zich onafhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van lysine in het kweekmedium kunnen reproduceren.. 

Kort gezegd, een auxotrofe stam heeft een functioneel metabolisch pad verloren waardoor het een fundamentele stof kon synthetiseren, essentieel voor zijn vitale processen.

Dit gebrek is meestal te wijten aan een mutatie. De mutatie genereert een nul-allel dat niet het biologische vermogen bezit om een ​​substantie te produceren die aanwezig is in de prototrofe.

index

• 1 toepassingen
  • 1.1 Biochemie
  • 1.2 auxotrofische markers
  • 1.3 De Ames-test
  • 1.4 Andere toepassingen voor de Ames-test
• 2 Referenties

toepassingen

biochemie

De auxotrofe genetische markers worden vaak gebruikt in moleculaire genetica. Elk gen bevat de informatie die voor een eiwit codeert. Dit werd aangetoond door onderzoekers George Beadle en Edward Tatum in het werk dat hen tot schuldeisers van de Nobelprijs heeft gemaakt..

Deze specificiteit van de genen maakt het in kaart brengen van biosynthetische of biochemische routes mogelijk. Een mutatie van een gen leidt tot een mutatie van een eiwit. Op deze manier kan in de auxotrofe stammen van de bestudeerde bacteriën worden bepaald welke enzymen disfunctioneel zijn door de mutaties..

Een andere methode om biosynthetische routes te bepalen, is het gebruik van auxotrofe stammen van specifieke aminozuren. In deze gevallen maken we gebruik van de behoefte aan dergelijke aminozuren door de stammen om onnatuurlijke analogen van de eiwitten in de kweekmedia toe te voegen.

Bijvoorbeeld de vervanging van fenylalanine door para-azido fenylalanine in kweken van stammen van Escherichia coli auxotroof voor fenylalanine.

Auxotrofische markers

Mutaties in de genen die coderen voor enzymen die betrokken zijn in routes voor de biosynthese van metabole bouwmoleculen worden gebruikt als markers in de overgrote meerderheid van genetische experimenten met gist.

De door de mutatie veroorzaakte voedingstekorten (auxotrofie) kunnen worden gecompenseerd door de benodigde voedingsstof in het groeimedium aan te leveren.

Een dergelijke compensatie is echter niet noodzakelijk kwantitatief omdat de mutaties verschillende fysiologische parameters beïnvloeden en synergistisch kunnen werken.

Daarom zijn studies uitgevoerd om prototrofe stammen te verkrijgen met het oog op het elimineren van auxotrofe markers en het verminderen van bias in fysiologische en metabole studies..

De Ames-test

De Ames-test, ook wel de mutagenesetest genoemd Salmonella, werd ontwikkeld door Bruce N. Ames in de jaren 1970 om te bepalen of een chemische stof een mutageen is.

Het is gebaseerd op het principe van omgekeerde mutatie of latere mutatie. Gebruikt meerdere stammen van Salmonella typhimurium auxotroop tot histidine.

De kracht van een chemische stof om mutatie te veroorzaken, wordt gemeten door het toe te passen op bacteriën op een plaat die histidine bevat. De bacteriën worden vervolgens verplaatst naar een nieuwe plaat die arm is aan histidine.

Als de stof niet mutageen is, zouden de bacteriën geen groei vertonen in de nieuwe plaque. In een ander geval zullen auxotrofe histidine-bacteriën terug muteren tot prototrofe stammen voor histidine.

De vergelijking van het aandeel van bacteriegroei in platen met en zonder behandeling, maakt het mogelijk de mutagene kracht van de verbinding op de bacteriën te kwantificeren.

Dit mogelijke mutagene effect bij bacteriën wijst op de mogelijkheid dat het dezelfde effecten veroorzaakt bij andere organismen, inclusief de mens.

Er wordt aangenomen dat een verbinding die in staat is om een ​​mutatie in bacterieel DNA te veroorzaken, ook in staat is om mutaties te produceren die kanker kunnen veroorzaken.

Andere toepassingen voor de Ames-test

Ontwikkeling van nieuwe stammen

De Ames-test is toegepast om nieuwe bacteriestammen te verkrijgen. Er zijn bijvoorbeeld stammen ontwikkeld die deficiënt zijn in nitroreductase.

Deze stammen worden gebruikt om het metabolisme van xenobiotica en DNA-reparatiesystemen te bestuderen. Ze zijn ook nuttig geweest om de metabole mechanismen van de nitrogroepen te evalueren om actieve mutagenen te produceren, evenals de nitreringsmechanismen van genotoxische verbindingen.

Antimutagénesis

De Ames-test is ook gebruikt als een middel om natuurlijke antimutagenen te bestuderen en classificeren. Antimutagenen zijn verbindingen die mutagene DNA-schade kunnen verminderen, voornamelijk door hun reparatiesystemen te verbeteren.

Op deze manier vermijden dergelijke verbindingen de eerste stappen van de ontwikkeling van kanker. Sinds het begin van de jaren 80 (van de twintigste eeuw) hebben Ames en collega's studies uitgevoerd om de genotoxineverlagingen en het kankerrisico te evalueren door middel van een dieet dat rijk is aan antimutagenen..

Ze stelden vast dat populaties met diëten met hoge concentraties antimutagenen minder risico hadden op het ontwikkelen van gastro-enterische kanker.

De Ames-test is op grote schaal gebruikt om verschillende plantenextracten te bestuderen waarvan bekend is dat ze de mutageniteit verminderen. Deze studies hebben ook aangetoond dat plantcomponenten niet altijd veilig zijn. Van veel eetbare planten is aangetoond dat ze genotoxische effecten hebben.

De Ames-test is ook nuttig gebleken bij het opsporen van de toxische of antimutagene effecten van natuurlijke verbindingen die vaak worden gebruikt in de alternatieve geneeskunde..

Studies van genotoxisch metabolisme

Een van de zwakke punten van de Ames-test was het gebrek aan metabole activering van de genotoxische verbindingen. Dit probleem is echter opgelost door toevoeging van leverhomogenaten geïnduceerd door CYP bereid uit knaagdieren.

CYP is een hemoproteïne geassocieerd met het metabolisme van verschillende stoffen. Deze aanpassing heeft nieuwe mogelijkheden toegevoegd aan de Ames-test. Verschillende CYP-inductoren zijn bijvoorbeeld geëvalueerd, waaruit bleek dat deze enzymen door verschillende soorten verbindingen worden geïnduceerd.

Evaluatie van mutagenen in biologische vloeistoffen

Bij deze tests worden urine-, plasma- en serummonsters gebruikt. Ze kunnen nuttig zijn voor het evalueren van de vorming van N-nitroso-verbindingen in vivo uit aminozuurgeneesmiddelen.

Ze kunnen ook nuttig zijn in epidemiologische studies van menselijke populaties die blootgesteld zijn aan beroepsemuta's, rookgewoonten en blootstelling aan milieuverontreinigende stoffen..

Uit deze tests is bijvoorbeeld gebleken dat werknemers die aan afvalproducten worden blootgesteld, hogere niveaus van urine-mutagenen hebben dan degenen die in waterzuiveringsinstallaties hebben gewerkt..

Het heeft ook gediend om aan te tonen dat het gebruik van handschoenen de concentraties van mutagene stoffen in werknemers in gieterijen die worden blootgesteld aan aromatische polycyclische verbindingen vermindert.

Studies van urinaire mutagenen zijn ook een waardevol hulpmiddel voor antimutagene evaluatie, omdat, bijvoorbeeld, met deze test werd aangetoond dat de toediening van vitamine C de vorming van N-nitroso verbindingen remt.

Het diende ook om aan te tonen dat de consumptie van groene thee gedurende een maand de concentratie van urinaire mutagenen verlaagt.

referenties

1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Methoden voor het opsporen van carcinogenen en mutagene stoffen met de mutageniteitstest voor salmonella / zoogdiermicrosoom. Mutatieonderzoek / omgevingsmutagenese en verwante onderwerpen.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). De Ames-test in de eenentwintigste eeuw. Onderzoek en recensies: A Journal of Toxicology.
3. Auxotrofie. In Wikipedia. Opgehaald van https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academische pers.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Native SILAC: Metabolische labeling van eiwitten in prototrofe micro-organismen op basis van lysine synthese regulatie. Moleculaire & cellulaire proteomics.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Een prototrofische deletie mutant verzameling voor gist metabolomics en biologie systemen. Natuurbiotechnologie.