מהו פרוטרופ ומה היישומים שלו? - ביולוגיה - 2025

Prototrophs הם אורגניזמים או תאים המסוגלים לייצר את חומצות אמינו שדורשים עבור תהליכי החיים שלהם. מונח זה משמש בדרך כלל ביחס לחומר מסוים. זה מנוגד למונח auxotroph.

מונח אחרון זה משמש להגדרת מיקרואורגניזם המסוגל לצמוח ולהתרבות במדיום תרבות רק אם נוספה אליו חומר מזין ספציפי. במקרה של הפרוטרופ, הוא יכול לשגשג ללא חומר כזה מכיוון שהוא מסוגל לייצר אותו בעצמו.

השוואה פשוטה בין auxotroph ו- prototroph. צולם ונערך מתוך: Akardoust, מתוך Wikimedia Commons.

אורגניזם או זן, למשל, שאינם מסוגלים לצמוח בהעדר ליזין, ייקראו ליזין אוקסוטרופי. זן הליזין הפרוטרופי, מצידו, יצמח ויתרבה ללא תלות בנוכחות או בהעדר ליזין במדיום התרבות.

בעיקרון, זן עזרוטרופי איבד מסלול מטבולי פונקציונאלי שאיפשר לו לסנתז חומר מהותי, החיוני לתהליכים החיוניים שלו.

חסר זה בדרך כלל נובע ממוטציה. המוטציה יוצרת אלל בטל שאין לו יכולת ביולוגית לייצר חומר שנמצא בפרוטרופ.

יישומים

בִּיוֹכִימִיָה

סמנים אוקסוטרופיים משמשים לרוב בגנטיקה מולקולרית. כל גן מכיל את המידע המקודד לחלבון. זה הוכיח על ידי החוקרים ג'ורג 'בידל ואדוארד טאטום, בעבודתם שזכתה בהם בפרס נובל.

ספציפיות זו של הגנים מאפשרת מיפוי של דרכים ביו-סינטטיות או ביוכימיות. מוטציה של גן מובילה למוטציה של חלבון. בדרך זו ניתן לקבוע בזנים האקסוטרופיים של החיידקים הנחקרים אילו אנזימים אינם מתפקדים כתוצאה ממוטציות.

שיטה נוספת לקביעת מסלולי ביו-סינתטיים היא השימוש בזנים אקוטרופיים של חומצות אמינו ספציפיות. במקרים אלה, מנוצל הצורך של הזנים בחומצות אמינו כאלה כדי להוסיף אנלוגים של חומצות אמינו לא טבעיות של החלבונים בתקשורת התרבית.

לדוגמה, החלפת פנילאלנין לפנילאלנין para-azido בתרבויות של זני Escherichia coli מסייעות ל- פנילאלנין.

סמנים אוקסוטרופיים

מוטציות בתוך גנים המקודדים אנזימים המשתתפים במסלולי הביוסינתזה של מולקולות בנייה מטבוליות משמשות כסמנים ברוב המוחלט של הניסויים הגנטיים עם שמרים.

ניתן לפצות את החסר התזונתי הנגרם על ידי המוטציה (אוקסופרופיה) על ידי אספקת החומר התזונתי הנדרש במדיום הגידול.

עם זאת, פיצוי כזה אינו בהכרח כמותי מכיוון שהמוטציות משפיעות על פרמטרים פיזיולוגיים שונים ויכולים לפעול בסינרגיה.

מסיבה זו, נערכו מחקרים להשגת זנים פרוטרופיים במטרה לחסל סמנים עזרוטרופיים ולהפחית הטיה במחקרים פיזיולוגיים ומטבוליים.

מבחן איימס

מבחן איימס, המכונה גם מבחן מוטגנזה של סלמונלה, פותח על ידי ברוס נ. אמס בשנות השבעים כדי לקבוע אם חומר כימי הוא מוטגן.

זה מבוסס על העיקרון של מוטציה הפוכה או מוטציה אחורית. הוא משתמש במספר זנים של סלמונלה טיפימוריום אוקסוטרופי להיסטידין.

כוחו של כימיקל לגרום למוטציה נמדד על ידי החלתו על חיידקים בצלחת המכילה היסטידין. לאחר מכן, החיידקים מועברים ללוח חדש העוני בהיסטידין.

אם החומר אינו מוטגן, החיידקים לא היו מראים צמיחה בלוחית החדשה. במקרה אחר, החיידקים האקסוטרופיים ההיסטידין ישובו להשתנות לזני היסטודין פרוטרופיים.

תרבית של החיידק הפרוטוטרופי סלמונלה טיפימוריום. צולם ונערך מתוך: Sun14916, מתוך Wikimedia Commons

השוואה בין שיעור גידול החיידקים בצלחות עם וללא טיפול מאפשר לכמת את הכוח המוטגני של התרכובת על חיידקים.

השפעה מוטאנית אפשרית זו בחיידקים מצביעה על אפשרות לגרום לאותן השפעות באורגניזמים אחרים, כולל בני אדם.

ההערכה היא כי תרכובת המסוגלת לגרום למוטציה ב- DNA חיידקי עשויה גם להיות מסוגלת לייצר מוטציות שעלולות לגרום לסרטן.

יישומים אחרים למבחן איימס

פיתוח זנים חדשים

מבחן איימס הוחל על מנת להשיג זני חיידקים חדשים. לדוגמה, פותחו זנים חסרי nitroreductase.

זנים אלו משמשים לחקר מטבוליזם קסנו-ביוטי ומערכות תיקון DNA. הם שימשו גם כדי להעריך את המנגנונים המטבוליים של קבוצות ניטרו לייצור מוטגנים פעילים, כמו גם את מנגנוני החנקה של תרכובות גנווטוקסיות.

אנטימוטגנזיס

מבחן איימס שימש גם ככלי לחקר ולסיווג אנטי-מוטגנים טבעיים. אנטי-מוטגנים הם תרכובות שיכולות להפחית נגעים מוטגניים ב- DNA, בעיקר על ידי שיפור מערכות התיקון שלהם.

בדרך זו, תרכובות כאלה נמנעות מהצעדים הראשונים להתפתחות סרטן. מאז תחילת שנות השמונים (המאה ה -20) ערכו אמס ואח 'מחקרים להערכת הפחתת גנו-טוקסינים וסיכוני סרטן באמצעות תזונה עשירה באנטימוטגן.

הם הבחינו כי באוכלוסיות שיש בהן דיאטות עם רמות גבוהות של אנטי-מוטגנים היו סיכונים נמוכים יותר להתפתחות סרטן במערכת העיכול.

מבחן איימס שימש בהרחבה לחקר תמציות צמחים שונות הידועות כמפחיתות מוטאניות. מחקרים אלה הראו גם כי רכיבי הצמח אינם תמיד בטוחים. צמחים אכילים רבים הוכחו כבעלי השפעות גנווטוקסיות.

כמו כן, הוכח כי בדיקת איימס היא שימושית באיתור ההשפעות הרעילות או האנטי-מוטגניות של תרכובות טבעיות המשמשות לעתים קרובות ברפואה אלטרנטיבית.

מחקרי חילוף חומרים גנטוטוקסיים

אחת החולשות בבדיקת איימס הייתה היעדר הפעלה מטבולית של תרכובות גנווטוקסיות. עם זאת, בעיה זו נפתרה על ידי תוספת של homogenates כבד המושרה על ידי CYP שהוכנו מכרסמים.

CYP הוא המופרוטאין הקשור למטבוליזם של חומרים שונים. שינוי זה הוסיף יכולות חדשות למבחן איימס. לדוגמא, הערכות של גורמים מעורבים שונים של CYPs הראו כי אנזימים אלו מושרשים על ידי סוגים שונים של תרכובות.

הערכת מוטגנים בנוזלים ביולוגיים

בבדיקות אלו משתמשים בדגימות שתן, פלזמה וסרום. הם יכולים להיות שימושיים כדי להעריך את היווצרותם של תרכובות N-nitroso in vivo מתרופות אמיניות.

הם יכולים להועיל גם במחקרים אפידמיולוגיים על אוכלוסיות אנושיות שנחשפות למוטגנים תעסוקתיים, הרגלי עישון וחשיפה למזהמים סביבתיים.

בדיקות אלה הראו, למשל, כי לעובדים שנחשפו למוצרי פסולת יש רמות גבוהות יותר של מוטאגן בשתן מאשר אלו שעבדו במתקני טיפול במים.

זה גם שימש להפגין כי השימוש בכפפות מפחית את ריכוזי המוטגנים בעובדי יציקה שנחשפו לתרכובות ארומטיות פוליציקליות.

מחקרי מוטאגן בשתן הם גם כלי חשוב להערכה אנטי-מוטגנית, שכן, למשל, בדיקה זו הראתה כי מתן ויטמין C מעכב היווצרות של תרכובות N-nitroso.

זה גם שימש להפגין כי צריכת תה ירוק למשך חודש מפחיתה את ריכוז המוטגנים בשתן.

הפניות

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). שיטות לגילוי חומרים מסרטנים ומוטגנים בבדיקת המוטאניות של יונקים-מיקרו-סם. מחקר מוטציה / מוטגנזה סביבתי ונושאים קשורים.
2. ב. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). מבחן איימס במאה העשרים ואחת. מחקר וביקורות: כתב עת לטוקסיקולוגיה.
3. אוקסוטרופיה. בויקיפדיה. התאושש מ- https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. ש 'בנר (2001). אנציקלופדיה לגנטיקה. עיתונות אקדמית.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). SILAC היליד: תיוג מטבולי של חלבונים במיקרואורגניזמים פרוטרופיים על בסיס ויסות סינתזת ליזין. חלבון מולקולרי וסלולרי.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). אוסף מוטציות למחיקה פרוטרופית למחוללי חילוף חומרים של שמרים וביולוגיה של מערכות. ביוטכנולוגיה טבע.