Auxotrophy

редактировать
Это визуальное изображение того, какие условия позволили бы ауксотрофу (верхний ряд сред: колонии, ауксотрофные по аргинину) по сравнению с колониями, которые проявляют прототрофию (нижний ряд сред).

Ауксотрофия (Древний Греческий : αὐξάνω «увеличивать»; τροφή «питание») - это неспособность организма синтезировать определенное органическое соединение, необходимое для его роста (как определено в IUPAC ). Ауксотроф - это организм, который проявляет это свойство; ауксотрофный - соответствующее прилагательное. Ауксотрофия - это противоположность прототрофии, которая характеризуется способностью синтезировать все соединения, необходимые для роста.

Прототрофные клетки (также называемые «дикого типа ») являются самодостаточными продуцентами всех необходимых метаболитов (например, аминокислот, липидов, кофакторы ), в то время как ауксотрофы должны находиться в среде с метаболитом, который они не могут продуцировать. Например, утверждение, что клетка метионин ауксотрофна, означает, что она должна находиться в среде, содержащей метионин, иначе она не сможет реплицироваться. В этом примере это связано с тем, что он не может производить собственный метионин (метиониновый ауксотроф). Однако прототроф или прототрофная метиониновая клетка будут способны функционировать и реплицироваться в среде с метионином или без него.

Посев на реплики - это метод, при котором колонии переносятся с одной чашки на другую в том же месте, что и предыдущая. пластины, чтобы можно было сравнивать разные мультимедийные пластины. Он используется для сравнения роста одних и тех же колоний на разных чашках со средой, чтобы определить, в каких средах бактериальная колония может или не может расти (это дает представление о возможных ауксотрофных характеристиках. Метод посева реплик, реализованный Джошуа Ледерберг и Эстер Ледерберг включали ауксотрофы, чувствительные к температуре; то есть их способность к синтезу зависела от температуры (ауксотрофы обычно не зависят от температуры. Они также могут зависеть от от других факторов.) Также возможно, что организм ауксотрофен более чем по одному органическому соединению, необходимому для роста.

Содержание

  • 1 Приложения
    • 1.1 Генетика
    • 1.2 Тест на мутагенность (или Тест Эймса)
    • 1.3 Основанные на ауксотрофии методы включения неестественных аминокислот в белки и протеомы
  • 2 В популярной культуре
  • 3 См. Также
  • 4 Сноски
  • 5 Внешние ссылки

Приложения

Генетика

Колонии A, B, C и D высевают на разных nt media для проверки ауксотрофности и пути биосинтеза (см. рис. 2B и 2C)

В генетике штамм считается ауксотрофным, если он несет мутацию что делает его неспособным синтезировать необходимое соединение. Например, мутант дрожжей с инактивированным геном пути синтеза урацила является ауксотрофом урацила (например, если ген оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы дрожжей инактивирован, полученный штамм является ауксотрофом урацила). Такой штамм не может синтезировать урацил и сможет расти только в том случае, если урацил может быть поглощен из окружающей среды. Это противоположно прототрофу урацила или, в данном случае, штамму дикого типа, который все еще может расти в отсутствие урацила. Ауксотрофные генетические маркеры часто используются в молекулярной генетике ; они были широко использованы в работе Бидла и Татума Нобелевской премии - работы над гипотезой один ген - один фермент, связывающей мутации генов к белковым мутациям. Затем это позволяет составить карту биосинтетических или биохимических путей, которая может помочь определить, какой фермент или ферменты мутированы и дисфункциональны в ауксотрофных штаммах изучаемых бактерий.

Исследователи использовали штаммы E. coli, ауксотрофный по конкретным аминокислотам для введения аналогов неприродных аминокислот в белки. Например, клетки, ауксотрофные по аминокислоте фенилаланину, можно выращивать в среде с добавлением аналога, такого как пара-азидо фенилаланин.

Многие живые существа, включая человека, являются ауксотрофными по отношению к большим классам соединений, необходимых для роста, и должны получать эти соединения с пищей (см. витамин, необходимое питательное вещество, незаменимая аминокислота, незаменимая жирная кислота ).

Сложный паттерн эволюции ауксотрофии витаминов на эукариотическом древе жизни тесно связан с взаимозависимостью между организмами.

Рис. 2B Биосинтетический (биохимический) путь, например, на рисунке 2A

Тест на мутагенность (или тест Эймса)

Таблица 2C, обобщающая и соотносящая информацию из примеров на рисунках 2A и 2B.

Тест на мутагенез сальмонелл (тест Эймса ) использует несколько штаммов Salmonella typhimurium, которые являются ауксотрофными по отношению к гистидину, чтобы проверить, может ли данное химическое вещество вызывать мутации, наблюдая его ауксотрофные свойства в ответ на добавленное химическое соединение. Мутация, вызываемая химическим веществом или соединением, измеряется путем его нанесения на бактерии на чашке, содержащей гистидин, а затем путем перемещения бактерий на новую чашку без достаточного количества гистидина для непрерывного роста. Если вещество не изменяет геном бактерий с ауксотрофного на гистидин обратно на прототрофный на гистидин, тогда бактерии не будут расти на новой пластине. Таким образом, сравнивая соотношение бактерий на новой чашке и старой чашке и такое же соотношение для контрольной группы, можно количественно оценить, насколько мутагенным является вещество, или, скорее, насколько вероятно, что оно вызовет мутации в ДНК. Химическое вещество считается положительным для теста Эймса, если оно вызывает мутации, увеличивающие наблюдаемую скорость реверсии, и отрицательным, если оно аналогично контрольной группе. Ожидается нормальное, но небольшое количество ревертантных колоний, когда ауксотрофные бактерии помещаются на среду без необходимого метаболита, поскольку они могут снова мутировать в прототрофию. Шансы на это невелики, и поэтому образуются очень маленькие колонии. Однако при добавлении мутагенного вещества количество ревертантов будет заметно выше, чем без мутагенного вещества. Тест Эймса, в основном, считается положительным, если вещество увеличивает вероятность мутации в ДНК бактерий настолько, чтобы вызвать количественную разницу в ревертантах на пластине мутагена и пластине контрольной группы. Отрицательный тест Эймса означает, что возможный мутаген DID не вызывает увеличения ревертантов, а положительный тест Эймса означает, что возможный мутаген DID увеличивает вероятность мутации. Эти мутагенные эффекты на бактерии исследуются как возможный индикатор того же воздействия на более крупные организмы, такие как люди. Предполагается, что если в бактериальной ДНК может возникнуть мутация в присутствии мутагена, то такой же эффект будет иметь место для более крупных организмов, вызывающих рак. Отрицательный результат теста Эймса может указывать на то, что это вещество не является мутагеном и не вызывает опухолевого образования в живых организмах. Однако только несколько из положительных химических веществ, полученных в результате теста Эймса, были признаны незначительными при тестировании на более крупных организмах, но положительный результат теста Эймса на бактерии все еще не мог быть окончательно связан с проявлением рака у более крупных организмов. Хотя это может быть одним из возможных детерминант опухолей для живых организмов, людей, животных и т. Д., Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы сделать вывод.

Методы, основанные на ауксотрофии, для включения неестественных аминокислот в белки и протеомы

Большое количество неприродных аминокислот, которые похожи на их канонические аналоги по форме, размеру и химическим свойствам, вводятся в рекомбинантные белки посредством хозяев ауксотрофной экспрессии. Например, ауксотрофные по метионину (Met) или триптофану (Trp) штаммы Escherichia coli можно культивировать в определенной минимальной среде. В этой экспериментальной установке можно экспрессировать рекомбинантные белки, канонические остатки Trp и Met которых полностью замещены различными родственными аналогами с добавлением среды. Эта методология ведет к новой форме белковой инженерии, которая выполняется не путем манипулирования кодонами на уровне ДНК (например, олигонуклеотид-направленный мутагенез), а путем переназначения кодонов на уровне трансляции белка при эффективном избирательном давлении. Следовательно, этот метод называется селективным включением под давлением (SPI).

Ни один из изученных на данный момент организмов не кодирует другие аминокислоты, кроме канонической двадцати; две дополнительные канонические аминокислоты (селеноцистеин, пирролизин) вставляются в белки путем перекодирования сигналов терминации трансляции. Эту границу может пересечь адаптивная лабораторная эволюция метаболически стабильных ауксотрофных штаммов микробов. Например, первая явно успешная попытка вывести Escherichia coli, способную выжить исключительно на неприродной аминокислоте тиено [3,2-b] пирролил) аланине в качестве единственного заменителя триптофана, была предпринята в 2015 году.

В популярная культура

В фильме 1993 года Парк Юрского периода (по мотивам одноименного романа Майкла Крайтона 1990 года с тем же названием ) показаны динозавры, которые были генетически изменены так, что они не могли продуцировать аминокислоту лизин. Это было известно как «непредвиденный случай лизина» и должно было предотвратить выживание клонированных динозавров за пределами парка, заставляя их зависеть от добавок лизина, предоставляемых ветеринарным персоналом парка. В действительности, никакие животные не способны продуцировать лизин (это незаменимая аминокислота ).

См. Также

Сноски

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-12 19:38:50
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте