AUXOTROPH: SZÁRMAZÁS, PÉLDA ÉS ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

Az auxotróf olyan mikroorganizmus, amely nem képes az említett egyén növekedéséhez szükséges bizonyos típusú tápanyagok vagy szerves komponensek szintetizálására. Ezért ez a törzs csak akkor szaporodhat, ha a tápanyagot hozzáadjuk a tápközeghez. Ez a táplálkozási igény a genetikai anyag mutációjának eredménye.

Ez a meghatározás általában meghatározott feltételekre vonatkozik. Például azt mondjuk, hogy a szervezet valin esetében auxotróf hatású, ami azt jelzi, hogy a kérdéses egyénnek szüksége van ennek az aminosavnak a táptalajban való felhasználására, mivel nem képes önmagában előállítani.

Forrás: pixabay.com

Ily módon két fenotípust megkülönböztethetünk: a „mutáns”, amely megfelel a valin auxotrófnak - figyelembe véve az előző hipotetikus példánkat, bár ez bármilyen tápanyag számára lehet auxotróf - és az „eredeti” vagy vad, amely helyesen képes szintetizálni a aminosav. Ez utóbbit prototrófnak hívják.

Az auxotrófiát valamilyen specifikus mutáció okozza, amely egy elem, például aminosav vagy más szerves komponens szintézisének képességének elvesztéséhez vezet.

A genetikában a mutáció a DNS-szekvencia megváltoztatása vagy módosítása. A mutáció általában kulcsfontosságú enzimet inaktivál egy szintetikus úton.

Hogyan származnak auxotróf szervezetek?

Általában a mikroorganizmusok növekedésükhöz számos alapvető tápanyagot igényelnek. Minimális szükséglete mindig szénforrás, energiaforrás és különféle ionok.

Azok a szervezetek, amelyeknek az alapvető tápanyagokhoz extra tápanyagokra van szükségük, ezen anyag auxotrófjai, és ezeket a DNS mutációi okozzák.

A mikroorganizmus genetikai anyagában előforduló összes mutáció nem befolyásolja annak képességét, hogy egy adott tápanyag ellen növekedjen.

Előfordulhat mutáció, és nincs hatással a mikroorganizmus fenotípusára - ezeket néma mutációknak nevezzük, mivel nem változtatják meg a fehérje szekvenciáját.

Így a mutáció egy nagyon különleges gént érint, amely egy metabolikus út alapvető fehérjét kódol, amely a szervezet számára nélkülözhetetlen anyagot szintetizál. A létrehozott mutációnak inaktiválnia kell a gént vagy be kell hatnia a fehérjét.

Általában érinti a kulcsfontosságú enzimeket. A mutációnak meg kell változtatnia egy aminosav szekvenciáját, amely jelentősen megváltoztatja a fehérje szerkezetét, és így kiküszöböli annak funkcionalitását. Befolyásolhatja az enzim aktív helyét is.

Példák a

Az S. cerevisiae egysejtű gomba, amelyet népszerûen sörélesztõnek neveznek. Emberi ehető termékek - például kenyér és sör - gyártására használják.

Használhatóságának és a laboratóriumi könnyű növekedésnek köszönhetően ez a legszélesebb körben alkalmazott biológiai modellek, ezért ismert, hogy az auxotrophia specifikus mutációk.

A hisztidin auxotrófjai

A hisztidin (az egybetűs nómenklatúrában rövidítve H-ként és három betűs His-ként) az a 20 aminosav közül, amelyek fehérjéket alkotnak. Ennek a molekulának az R csoportját pozitív töltésű imidazolcsoport alkotja.

Bár az állatokban, beleértve az embereket, esszenciális aminosav - vagyis nem képesek szintetizálni és étrend útján beépíteni -, a mikroorganizmusok képesek szintetizálni.

Ebben az élesztőben a HIS3 gén az imidazol-glicerin-foszfát-dehidrogenáz enzimet kódolja, amely részt vesz a hisztidin aminosav szintézisének útjában.

A gén mutációi (his3 ^-) hisztidin auxotrófiát eredményeznek. Így ezek a mutánsok nem képesek szaporodni olyan táptalajban, amelyben nincs tápanyag.

A triptofán auxotrófjai

Hasonlóképpen, a triptofán egy hidrofób aminosav, amelynek indolcsoportja R csoport. Mint az előző aminosavat, azt be kell építeni az állatok táplálékába, de a mikroorganizmusok képesek szintézisre.

A TRP1 gén a foszforibozil-antraranilát izomeráz enzimet kódolja, amely részt vesz az anabolikus triptofán útban. Ha változás történik ebben a génben, egy trp1 mutációt kapunk ^- amely kikapcsolja a szervezet szintetizálni az aminosav.

Pirimidinek auxotrófjai

A pirimidinek olyan szerves vegyületek, amelyek az élő szervezetek genetikai anyagának részét képezik. Pontosabban nitrogénbázisokban találhatók, amelyek a timin, a citozin és az uracil részét képezik.

Ebben a gombaban az URA3 gén az orotidin-5'-foszfát-dekarboxiláz enzimet kódolja. Ez a fehérje felelős a pirimidinek de novo szintézisének egy lépésének katalizálásáért. Ezért az ezt a gént befolyásoló mutációk uridin vagy uracil auxotrófiát okoznak.

Az uridin egy olyan vegyület, amely a nitrogénbázisú uracil és a ribóz gyűrű összekapcsolódásából származik. Mindkét szerkezetet glikozidos kötés köti össze.

Alkalmazások

Az auxotrófia nagyon hasznos tulajdonság a mikrobiológiával kapcsolatos vizsgálatokban, az organizmusok laboratóriumi kiválasztására.

Ugyanez az elv alkalmazható a növényekre is, ahol géntechnológiával auxotróf egyén jön létre, akár metionin, biotin, auxin, stb.

Alkalmazás a géntechnikában

Az auxotróf mutánsokat széles körben alkalmazzák azokban a laboratóriumokban, ahol géntechnikai protokollokat készítenek. Ezen molekuláris gyakorlatok egyik célja a kutató által prokarióta rendszerben előállított plazmid oktatása. Ezt az eljárást „auxotrophia komplementációnak” nevezik.

A plazmid egy kör alakú DNS-molekula, jellemző a baktériumokra, amely függetlenül replikálódik. A plazmidok hasznos információkat tartalmazhatnak, amelyeket a baktériumok használnak, például valamilyen antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát vagy egy gént, amely lehetővé teszi az érdekes tápanyag szintézisét.

Azok a kutatók, akik plazmidot akarnak bejuttatni egy baktériumba, egy auxotróf törzset használhatnak egy adott tápanyaghoz. A tápanyag szintéziséhez szükséges genetikai információt a plazmid kódolja.

Ily módon minimális tápközeget (amely nem tartalmazza azt a tápanyagot, amelyet a mutáns törzs nem képes szintetizálni) készítjük el, és a baktériumokat beoltjuk a plazmidba.

Csak azok a baktériumok képesek növekedni a tápközegben, amelyek beépítették a plazmid DNS ezt a részét, míg azok a baktériumok, amelyek nem képesek elfogni a plazmidot, meghalnak a tápanyag hiánya miatt.

Irodalom

1. Benito, C. és Espino, FJ (2012). Genetika, alapvető fogalmak. Szerkesztő Médica Panamericana.
2. Brock, TD és Madigan, MT (1993). Mikrobiológia. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT és Miller, JH (2005). Bevezetés a genetikai elemzésbe. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Géntechnika és génátadás. Piramis.
5. Molina, JLM (2018). 90 megoldott genetikai tervezés problémáját. Miguel Hernández Egyetem.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Bevezetés a mikrobiológiába. Szerkesztő Médica Panamericana.