АУКСОТРОФ: ПОХОДЖЕННЯ, ПРИКЛАД ТА ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ауксотрофи є мікроорганізм , який не здатний синтезувати певний тип поживних речовин або органічного компонента , необхідних для росту зазначеного індивідуума. Тому цей штам може розмножуватися лише за умови додавання поживної речовини в культуральне середовище. Ця харчова потреба є результатом мутації генетичного матеріалу.

Це визначення, як правило, стосується конкретних умов. Наприклад, ми говоримо, що організм є ауксотрофним для валіну, що вказує на те, що відповідний індивід потребує застосування цієї амінокислоти в культуральному середовищі, оскільки він не здатний виробляти її сам.

Джерело: pixabay.com

Таким чином ми можемо диференціювати два фенотипи: "мутант", що відповідає валіновому ауксотрофу - з урахуванням нашого попереднього гіпотетичного прикладу, хоча це може бути ауксотрофом для будь-якого поживного речовини - і "оригінальним" або диким, який може правильно синтезувати амінокислота. Останній називається прототрофом.

Ауксотрофія викликана деякою специфічною мутацією, яка призводить до втрати здатності синтезувати елемент, наприклад амінокислоту або інший органічний компонент.

У генетиці мутація - це зміна або модифікація послідовності ДНК. Як правило, мутація інактивує ключовий фермент синтетичним шляхом.

Як походять ауксотрофні організми?

В цілому мікроорганізми потребують ряду необхідних поживних речовин для свого зростання. Ваші мінімальні потреби - це завжди джерело вуглецю, джерело енергії та різні іони.

Організми, яким потрібні додаткові поживні речовини до основних, є ауксотрофами цієї речовини і викликаються мутаціями в ДНК.

Не всі мутації, які відбуваються в генетичному матеріалі мікроорганізму, впливатимуть на його здатність рости проти певної поживної речовини.

Може виникнути мутація, яка не впливає на фенотип мікроорганізму - вони відомі як мовчазні мутації, оскільки вони не змінюють послідовності білка.

Таким чином, мутація впливає на дуже конкретний ген, який кодує необхідний білок метаболічного шляху, який синтезує важливу для організму речовину. Створена мутація повинна інактивувати ген або впливати на білок.

Він, як правило, впливає на ключові ферменти. Мутація повинна викликати зміну послідовності амінокислоти, яка істотно змінює структуру білка і тим самим виключає його функціональність. Це також може впливати на активний сайт ферменту.

Приклади в

S. cerevisiae - це одноклітинний грибок, широко відомий як пивні дріжджі. Його використовують для виготовлення їстівних продуктів для людини, таких як хліб та пиво.

Завдяки своїй корисності та легкому зростанню в лабораторії це одна з найбільш широко використовуваних біологічних моделей, саме тому відомо, що специфічні мутації є причиною ауксотрофії.

Ауксотрофи для гістидину

Гістидин (скорочено в однобуквеній номенклатурі як Н, а трибуквенна як Його) - одна з 20 амінокислот, що складають білки. R група цієї молекули складається з позитивно зарядженої групи імідазолу.

Хоча для тварин, включаючи людей, це незамінна амінокислота - тобто вони не можуть її синтезувати і повинні включати її через дієту - мікроорганізми мають здатність її синтезувати.

Ген HIS3 в цих дріжджах кодує фермент імідазол гліцерину фосфатдегідрогеназу, який бере участь у шляху синтезу амінокислоти гістидин.

Мутації цього гена (his3 ^- ) призводять до ауститрофії гістидину. Таким чином, ці мутанти не в змозі розмножуватися в середовищі, де бракує поживних речовин.

Ауксотрофи для триптофану

Аналогічно триптофан - це гідрофобна амінокислота, яка має індольну групу як R-групу. Як і попередня амінокислота, її необхідно включати в раціон тварин, але мікроорганізми можуть її синтезувати.

Ген TRP1 кодує фермент фосфорибозил антранілат ізомераза, який бере участь в анаболічному триптофановому шляху. Коли в цьому гені відбувається зміна, отримується мутація trp1 ^- яка не дає організму синтезувати амінокислоту.

Ауксотрофи для піримідинів

Піримідини - це органічні сполуки, що входять до генетичного матеріалу живих організмів. Зокрема, вони містяться в азотистих основах, що входять до складу тиміну, цитозину та урацилу.

У цьому грибі ген URA3 кодує фермент оротидин-5'-фосфатдекарбоксилази. Цей білок відповідає за каталізацію етапу синтезу піримідинів de novo. Тому мутації, які впливають на цей ген, викликають ауритротрофію уридину або урацилу.

Уридин - це сполука, яка є результатом об'єднання урацилу основи азоту з рибозним кільцем. Обидві структури пов'язані глікозидною зв'язком.

Програми

Ауксотрофія є дуже корисною характеристикою в дослідженнях, пов'язаних з мікробіологією, для відбору організмів у лабораторії.

Цей самий принцип можна застосувати і до рослин, де за допомогою генної інженерії створюється ауксотрофна особина, як для метіоніну, біотину, ауксину тощо.

Застосування в генній інженерії

Ауксотрофні мутанти широко застосовуються в лабораторіях, де виконуються протоколи генетичної інженерії. Однією з цілей цих молекулярних практик є інструктаж плазміди, побудованої дослідником у прокаріотичній системі. Ця процедура відома як «доповнення ауксотрофії».

Плазміда - це кругова молекула ДНК, типова для бактерій, яка розмножується незалежно. Плазміди можуть містити корисну інформацію, яку використовують бактерії, наприклад, стійкість до якогось антибіотика або ген, який дозволяє синтезувати цікаву для цього поживну речовину.

Дослідники, які хочуть ввести плазміду в бактерію, можуть використовувати ауксотрофний штам для конкретного поживного речовини. Генетична інформація, необхідна для синтезу поживного речовини, кодується у плазміді.

Таким чином готується мінімальне середовище (яке не містить поживної речовини, яку мутантний штам не може синтезувати) і бактерії висівають у плазміду.

Тільки бактерії, які включили цю частину плазмідної ДНК, зможуть рости в середовищі, тоді як бактерії, які не змогли захопити плазміду, загинуть від нестачі поживних речовин.

Список літератури

1. Benito, C., & Espino, FJ (2012). Генетика, істотні поняття. Редакція Médica Panamericana.
2. Brock, TD, & Madigan, MT (1993). Мікробіологія. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Вступ до генетичного аналізу. Макміллан.
4. Іск'єрдо Рохо, М. (2001). Генна інженерія та передача генів. Піраміда.
5. Моліна, JLM (2018). 90 вирішили проблеми генетичної інженерії. Університет Мігеля Ернандеса
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Вступ до мікробіології. Редакція Médica Panamericana.