Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Это визуальное изображение того, какие условия позволят иметь ауксотроф (верхний ряд сред: колонии, ауксотрофные по аргинину) по сравнению с колониями, которые проявляют прототрофию (нижний ряд сред).

Ауксотрофия ( древнегреческий : αὐξάνω «увеличивать»; τροφή «питание») - это неспособность организма синтезировать определенное органическое соединение, необходимое для его роста (по определению IUPAC ). Ауксотроф - это организм, который проявляет эту характеристику; ауксотрофный - соответствующее прилагательное. Ауксотрофия - это противоположность прототрофии, которая характеризуется способностью синтезировать все соединения, необходимые для роста.

Прототрофные клетки (также называемые « диким типом ») являются самодостаточными продуцентами всех необходимых метаболитов (например, аминокислот , липидов , кофакторов ), в то время как ауксотрофы должны находиться в среде с метаболитом, который они не могут продуцировать. [1] Например, утверждение, что клетка является ауксотрофной по метионину, 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 (ауксотроф метионина). Однако прототроф или прототрофная метиониновая клетка сможет функционировать и реплицироваться в среде с метионином или без него. [2]

Посев на реплики - это метод, при котором колонии переносятся с одного планшета на другой в том же месте, что и последний планшет, чтобы можно было сравнивать разные планшеты со средой бок о бок. Он используется для сравнения роста одних и тех же колоний на разных чашках со средой, чтобы определить, в какой среде бактериальная колония может или не может расти (это дает представление о возможных ауксотрофных характеристиках. Метод посева реплик, реализованный Джошуа Ледерберг и Эстер Ледерберг, включал ауксотрофы, которые были чувствительны к температуре, то есть их способность к синтезу зависела от температуры [3].(Ауксотрофы обычно не зависят от температуры. Они также могут зависеть от других факторов.) Также возможно, что организм ауксотрофен более чем по одному органическому соединению, необходимому для роста. [4]

Приложения [ править ]

Генетика [ править ]

Колонии A, B, C и D высевают на разные среды для проверки ауксотрофности и пути биосинтеза (см. Рис. 2B и 2C).

В генетике , штамм называются ауксотрофным , если она несет в себе мутацию , которая делает его неспособным синтезировать эфирное соединение. Например, дрожжевой мутант с инактивированным геном пути синтеза урацила является ауксотрофом урацила (например, если ген дрожжевой оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы 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 противоположность прототрофу урацила или, в данном случае, штамму дикого типа , который все еще может расти в отсутствие урацила. Ауксотрофные генетические маркеры часто используются вмолекулярная генетика ; они были использованы в классно Beadle и Татум «ы Нобелевской премии выигрывающая работу над одним геном одного фермента гипотезы , соединяя мутации генов белков мутаций. Затем это позволяет составить биосинтетическое или биохимическое картирование путей, которое может помочь определить, какой фермент или ферменты мутированы и дисфункциональны в ауксотрофных штаммах изучаемых бактерий. [2]

Исследователи использовали штаммы кишечной палочки, ауксотрофные по определенным аминокислотам, чтобы ввести в белки аналоги неприродных аминокислот . Например, клетки, ауксотрофные по аминокислоте фенилаланину, можно выращивать в среде, дополненной аналогом, таким 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 , незаменимые питательные вещества , незаменимые аминокислоты , незаменимые жирные кислоты ).

Сложная модель эволюции ауксотрофии витаминов на эукариотическом древе жизни тесно связана с взаимозависимостью между организмами. [5]

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

Тест на мутагенность (или тест Эймса) [ править ]

Фиг. 2C. Таблица, обобщающая и относящаяся к информации из примеров на фиг. 2A и 2B.

Тест на мутагенез сальмонеллы (тест Эймса ) использует несколько штаммов Salmonella typhimurium , которые ауксотрофны по отношению к гистидину, чтобы проверить, может ли данное химическое вещество вызывать мутации , наблюдая его ауксотрофные свойства в ответ на добавленное химическое соединение. [6]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, то 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. [7]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 высевают 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 количественное различие ревертантов 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 такого 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.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.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.[6] Отрицательный результат теста Эймса может свидетельствовать о том, 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 факторов, определяющих опухоли для живых организмов, людей, животных и т. Д., Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы прийти к заключению. [8]

Методы, основанные на ауксотрофии, для включения неприродных аминокислот в белки и протеомы [ править ]

Большое количество неприродных аминокислот, которые подобны своим каноническим аналогам по форме, размеру и химическим свойствам, вводятся в рекомбинантные белки посредством хозяев ауксотрофной экспрессии. [9] 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. [10]Эта методология приводит 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 под эффективным селективным давлением. [11] Таким образом, этот метод называется селективным включением давления (SPI). [12]

Ни один из изученных до сих пор 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 [13].

В популярной культуре [ править ]

1993 фильм Парк Юрского (на основе 1990 Майкла Крайтона романа с таким же названием ) особенности динозавров , которые были генетически изменены так , чтобы они не могли производить аминокислоты лизина . [14] 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. На самом деле ни одно животное не способно вырабатывать лизин (это незаменимая аминокислота ). [15]

См. Также [ править ]

  • Автотроф
  • Брадитроф

Сноски [ править ]

  1. ^ Генетика: от генов к геномам . Хартвелл, Лиланд. (4-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. 2011. ISBN. 9780073525266. OCLC  317623365 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  2. ^ а б ЛаРосса, РА (2001). «Пищевые мутации». Энциклопедия генетики . С. 1362–1363. DOI : 10,1006 / rwgn.2001.0920 . ISBN 9780122270802.
  3. ^ Ледерберг, Джошуа; Ледерберг, Эстер М. (март 1952 г.). «Посев реплик и непрямой отбор бактериальных мутантов» . Журнал бактериологии . 63 (3): 399–406. DOI : 10.1128 / JB.63.3.399-406.1952 . ISSN 0021-9193 . PMC 169282 . PMID 14927572 .   
  4. ^ Гриффитс, Энтони JF; Миллер, Джеффри Х .; Судзуки, Дэвид Т .; Левонтин, Ричард С .; Гелбарт, Уильям М. (2000). «Мутантные типы» . Cite journal requires |journal= (help)
  5. ^ Хелливелл, Кэтрин Е .; и другие. (2013). «Широко распространенный распад витаминно-зависимых путей: совпадение или следствие?» . Тенденции в генетике . 29 (8): 469–478. DOI : 10.1016 / j.tig.2013.03.003 . PMID 23623319 . 
  6. ^ a b Ахерн, Кевин (2017). Биохимия - бесплатно для всех . DavinciPress.
  7. ^ Эймс, Брюс N .; Макканн, Джойс; Ямасаки, Эдит (1975). «Методы обнаружения канцерогенов и мутагенов с помощью теста на мутагенность сальмонелл / микросом млекопитающих». Мутационные исследования / Мутагенез в окружающей среде и связанные предметы . 31 (6): 347–363. DOI : 10.1016 / 0165-1161 (75) 90046-1 . PMID 768755 . 
  8. ^ Киркланд, Дэвид; Зейгер, Эррол; Мадиа, Федерика; Гудерхэм, Найджел; Каспер, Питер; Линч, Энтони; Морита, Такеши; Уэдраого, Глэдис; Морте, Хуан Мануэль Парра (2014). «Могут ли результаты теста на генотоксичность клеток млекопитающих in vitro использоваться для дополнения положительных результатов теста Эймса и для прогнозирования канцерогенной или генотоксической активности in vivo? I. Отчеты отдельных баз данных, представленные на семинаре EURL ECVAM» . Мутационные исследования / Генетическая токсикология и мутагенез в окружающей среде . 775–776: 55–68. DOI : 10.1016 / j.mrgentox.2014.10.005 . PMID 25435356 . 
  9. ^ Ссылка, Джеймс; Мок, Марисса; Тиррелл, Дэвид (2003). «Неканонические аминокислоты в белковой инженерии». Curr. Соч. Biotechnol . 14 (6): 603–609. DOI : 10.1016 / j.copbio.2003.10.011 . PMID 14662389 . 
  10. ^ Будиса, Недилько; Пал, Праджня Парамита (1 июня 2005 г.). «Разработка новых спектральных классов белков с расширенным триптофаном генетическим кодом». Биол. Chem . 385 (10): 893–904. DOI : 10.1515 / BC.2004.117 . PMID 15551863 . S2CID 42436705 .  
  11. ^ Будиса, Недилько; Норкс, Кэролайн; Алефельдер, Стефан; Венгер, Вальтрауд; Донг, Фумин; Мородер, Луис; Хубер, Хубер (1 января 1999 г.). «К экспериментальному перераспределению кодонов in vivo: построение белка с расширенным репертуаром аминокислот». FASEB J . 13 (1): 41–51. DOI : 10.1096 / fasebj.13.1.41 . PMID 9872928 . S2CID 2887572 .  
  12. ^ Норкс, Кэролайн; Алефельдер, Стефан; Мородер, Луис; Хубер, Роберт; Будиса, Недилько (2000). «На пути к новой протеиновой инженерии: создание и складывание белковых челноков in vivo для доставки лекарств и нацеливания методом селективного включения под давлением (SPI)». Тетраэдр . 56 (48): 9431–9442. DOI : 10.1016 / S0040-4020 (00) 00827-9 .
  13. ^ Hoesl, MG; Oehm, S .; Durkin, P .; Darmon, E .; Peil, L .; Aerni, H.-R .; Rappsilber, J .; Rinehart, J .; Leach, D .; Söll, D .; Будиса, Н. (2015). «Химическая эволюция бактериального протеома» . Angewandte Chemie International Edition . 54 (34): 10030–10034. DOI : 10.1002 / anie.201502868 . PMC 4782924 . PMID 26136259 .  
  14. ↑ Coyne JA (10 октября 1999 г.). «Истина далеко» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 6 апреля 2008 .
  15. ↑ Wu G (май 2009 г.). «Аминокислоты: обмен веществ, функции и питание». Аминокислоты . 37 (1): 1–17. DOI : 10.1007 / s00726-009-0269-0 . PMID 19301095 . S2CID 1870305 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • «Регулирование эндосомного клатрина и ретромерной эндосомы для ретроградного транспорта Гольджи с помощью J-домена белка RME-8» - Журнал EMBO
  • «Плейотропные эффекты ауксотрофии пуринов в Rhizobium meliloti на молекулы клеточной поверхности» - Springerlink
  • «Ауксотрофия и органические соединения в питании морского фитопланктона»