- Как възникват ауксотрофните организми?
- Примери в
- Ауксотрофи за хистидин
- Ауксотрофи за триптофан
- Ауксотрофи за пиримидини
- Приложения
- Приложение в генното инженерство
- Препратки
Един ауксотроф е микроорганизъм, който не е в състояние за синтезиране на определен вид на хранителни вещества или органична основен компонент за растежа на споменатия индивид. Следователно, този щам може да се размножава само ако хранителното вещество се добави към хранителната среда. Това хранително изискване е резултат от мутация в генетичния материал.
Това определение обикновено се прилага за специфични условия. Например казваме, че организмът е ауксотрофен за валин, което показва, че въпросният индивид се нуждае от тази аминокиселина, за да бъде приложена в хранителната среда, тъй като не е в състояние да го произведе сам.
Източник: pixabay.com
По този начин можем да разграничим два фенотипа: „мутантът“, който съответства на валиновия ауксотроф - като вземем предвид предишния ни хипотетичен пример, въпреки че може да бъде ауксотроф за всяко хранително вещество - и „оригиналният“ или див, който може правилно да синтезира аминокиселина. Последният се нарича прототроф.
Ауксотрофията се причинява от някаква специфична мутация, която води до загуба на способността да се синтезира елемент, например аминокиселина или друг органичен компонент.
В генетиката мутация е промяна или модификация на последователността на ДНК. Обикновено мутацията инактивира ключов ензим в синтетичния път.
Как възникват ауксотрофните организми?
Като цяло микроорганизмите изискват серия от основни хранителни вещества за растежа си. Вашите минимални нужди винаги са източник на въглерод, енергиен източник и различни йони.
Организмите, които се нуждаят от допълнителни хранителни вещества към основните, са ауксотрофи за това вещество и се причиняват от мутации в ДНК.
Не всички мутации, които се срещат в генетичния материал на микроорганизма, ще повлияят на способността му да расте срещу определено хранително вещество.
Може да настъпи мутация и тя да няма ефект върху фенотипа на микроорганизма - те са известни като безшумни мутации, тъй като не променят последователността на протеина.
По този начин мутацията засяга много специфичен ген, който кодира есенциален протеин от метаболитен път, който синтезира основно вещество за организма. Генерираната мутация трябва да инактивира гена или да повлияе на протеина.
Обикновено влияе на ключовите ензими. Мутацията трябва да доведе до промяна в последователността на аминокиселина, която значително променя структурата на протеина и по този начин елиминира неговата функционалност. Той може да повлияе и на активното място на ензима.
Примери в
S. cerevisiae е едноклетъчна гъбичка, популярно известна като бирена мая. Използва се за производството на ядливи продукти за хора като хляб и бира.
Благодарение на своята полезност и лесен растеж в лабораторията, той е един от най-широко използваните биологични модели, поради което е известно, че специфичните мутации са причина за ауксотрофията.
Ауксотрофи за хистидин
Хистидин (съкратено в еднобуквената номенклатура като H и трибуквен като His) е една от 20-те аминокиселини, които изграждат протеини. R групата на тази молекула е съставена от положително заредена имидазолова група.
Въпреки че при животните, включително хората, тя е основна аминокиселина - тоест те не могат да я синтезират и трябва да я включат чрез диета - микроорганизмите имат способността да я синтезират.
HIS3 генът в тази мая кодира ензима имидазол глицерол фосфат дехидрогеназа, който участва в пътя за синтеза на аминокиселината хистидин.
Мутациите в този ген (his3 -) водят до ауститрофия на хистидин. По този начин, тези мутанти не са в състояние да се размножават в среда, лишена от хранителни вещества.
Ауксотрофи за триптофан
По същия начин триптофанът е хидрофобна аминокиселина, която има индолова група като R група. Подобно на предишната аминокиселина, тя трябва да бъде включена в диетата на животните, но микроорганизмите могат да я синтезират.
TRP1 генът кодира ензима фосфорибозил антранилат изомераза, който участва в анаболния триптофанов път. Когато настъпи промяна в този ген, се получава trp1 мутация - която деактивира тялото да синтезира аминокиселината.
Ауксотрофи за пиримидини
Пиримидините са органични съединения, които са част от генетичния материал на живите организми. По-специално те се намират в азотни основи, образуващи част от тимин, цитозин и урацил.
В тази гъбичка, URA3 генът кодира ензима оротидин-5'-фосфат декарбоксилаза. Този протеин е отговорен за катализирането на етап в синтеза на ново пиримидини. Следователно, мутациите, които засягат този ген, причиняват ауридотрофия на уридин или урацил.
Уридин е съединение, което се получава от съединението на азотната база урацил с рибозен пръстен. И двете структури са свързани с гликозидна връзка.
Приложения
Ауксотрофията е много полезна характеристика в изследвания, свързани с микробиологията, за селекция на организми в лабораторията.
Същият този принцип може да се приложи и за растенията, където чрез генно инженерство се създава ауксотрофен индивид, или за метионин, биотин, ауксин и др.
Приложение в генното инженерство
Ауксотрофните мутанти се използват широко в лаборатории, където се извършват протоколи за генно инженерство. Една от целите на тези молекулярни практики е инструкцията за плазмид, конструиран от изследователя в прокариотна система. Тази процедура е известна като „допълване на ауксотрофия“.
Плазмидът е кръгова молекула на ДНК, типична за бактериите, която се репликира независимо. Плазмидите могат да съдържат полезна информация, която се използва от бактериите, например резистентност към някакъв антибиотик или ген, който му позволява да синтезира интересно хранително вещество.
Изследователите, които искат да въведат плазмид в бактерия, могат да използват ауксотрофен щам за конкретно хранително вещество. Генетичната информация, необходима за синтеза на хранителното вещество, е кодирана в плазмида.
По този начин се приготвя минимална среда (която не съдържа хранителното вещество, което мутантният щам не може да синтезира) и бактериите се засяват с плазмида.
Само бактериите, които са включили тази част от плазмидната ДНК, ще могат да растат в средата, докато бактериите, които не успяват да уловят плазмида, ще умрат от липса на хранителни вещества.
Препратки
- Benito, C., & Espino, FJ (2012). Генетика, основни понятия. Редакция Médica Panamericana.
- Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Микробиология. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
- Izquierdo Rojo, M. (2001). Генно инженерство и трансфер на гени. Пирамида.
- Molina, JLM (2018). 90 решават проблеми на генетичното инженерство. Мигел Ернандес университет.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Въведение в микробиологията. Редакция Médica Panamericana.