Auxotrofia
GenéticaEditar
En genética, se dice que una cepa es auxotrófica si es portadora de una mutación que la hace incapaz de sintetizar un compuesto esencial. Por ejemplo, un mutante de levadura con un gen de la vía de síntesis del uracilo inactivado es un auxótrofo del uracilo (por ejemplo, si se inactiva el gen de la descarboxilasa de orotidina 5′-fosfato de la levadura, la cepa resultante es un auxótrofo del uracilo). Dicha cepa es incapaz de sintetizar uracilo y sólo podrá crecer si el uracilo puede ser tomado del medio ambiente. Esto es lo contrario de un prototrofo del uracilo, o en este caso una cepa de tipo salvaje, que todavía puede crecer en ausencia de uracilo. Los marcadores genéticos auxotróficos se utilizan a menudo en genética molecular; son famosos los trabajos de Beadle y Tatum, galardonados con el premio Nobel, sobre la hipótesis de un gen-una enzima, que conecta las mutaciones de los genes con las mutaciones de las proteínas. Esto permite trazar una ruta biosintética o bioquímica que puede ayudar a determinar qué enzima o enzimas están mutadas y son disfuncionales en las cepas auxotróficas de las bacterias que se están estudiando.
Los investigadores han utilizado cepas de E. coli auxotróficas para aminoácidos específicos para introducir análogos de aminoácidos no naturales en las proteínas. Por ejemplo, las células auxotróficas para el aminoácido fenilalanina pueden cultivarse en medios suplementados con un análogo como la para-azido-fenilalanina.
Muchos seres vivos, incluidos los humanos, son auxotróficos para grandes clases de compuestos necesarios para el crecimiento y deben obtener estos compuestos a través de la dieta (véase vitamina, nutriente esencial, aminoácido esencial, ácido graso esencial).
El complejo patrón de evolución de la auxotrofia vitamínica a lo largo del árbol de la vida eucariota está íntimamente relacionado con la interdependencia entre organismos.
La prueba de mutagenicidad (o prueba de Ames)Edit
La prueba de mutagénesis de Salmonella (prueba de Ames) utiliza múltiples cepas de Salmonella typhimurium que son auxotróficas a la histidina para probar si una sustancia química determinada puede causar mutaciones observando su propiedad auxotrófica en respuesta a un compuesto químico añadido. La mutación que provoca una sustancia o compuesto químico se mide aplicándola a las bacterias en una placa que contiene histidina y, a continuación, trasladando las bacterias a una nueva placa sin suficiente histidina para un crecimiento continuo. Si la sustancia no muta el genoma de la bacteria de auxotrófico a histidina a prototrófico a histidina, entonces la bacteria no mostraría crecimiento en la nueva placa. Por lo tanto, comparando la proporción de las bacterias en la nueva placa con la antigua y la misma proporción para el grupo de control, es posible cuantificar cuán mutagénica es una sustancia, o mejor dicho, cuán probable es que cause mutaciones en el ADN. Una sustancia química se considera positiva en la prueba de Ames si provoca mutaciones aumentando la tasa de reversión observada y negativa si se presenta de forma similar al grupo de control. Se espera un número normal, pero pequeño, de colonias revertientes cuando se siembra una bacteria auxotrófica en un medio sin el metabolito que necesita porque podría mutar de nuevo a la prototrofia. Las posibilidades de que esto ocurra son escasas y, por lo tanto, hacen que se formen colonias muy pequeñas. Sin embargo, si se añade una sustancia mutagénica, el número de revertantes sería visiblemente mayor que sin la sustancia mutagénica. La prueba de Ames, básicamente, se considera positiva si una sustancia aumenta la posibilidad de mutación en el ADN de las bacterias lo suficiente como para causar una diferencia cuantificable en los revertientes de la placa del mutágeno y de la placa del grupo de control. Una prueba de Ames negativa significa que el posible mutágeno no causó un aumento de los revertantes y una prueba de Ames positiva significa que el posible mutágeno SÍ aumentó la posibilidad de mutación. Estos efectos mutagénicos en las bacterias se investigan como un posible indicador de los mismos efectos en organismos más grandes, como los humanos. Se sugiere que si puede surgir una mutación en el ADN bacteriano en presencia de un mutágeno, entonces el mismo efecto se produciría en organismos más grandes causando cáncer. Un resultado negativo de la prueba Ames podría sugerir que la sustancia no es un mutágeno y que no causaría la formación de tumores en los organismos vivos. Sin embargo, sólo unos pocos de los productos químicos resultantes de la prueba Ames positiva se consideraron insignificantes cuando se probaron en organismos más grandes, pero la prueba Ames positiva para las bacterias todavía no se pudo relacionar de forma concluyente con la expresión del cáncer en organismos más grandes. Aunque puede ser un posible determinante de tumores para organismos vivos, humanos, animales, etc., deben completarse más estudios para llegar a una conclusión.
Métodos basados en la auxotrofía para incorporar aminoácidos no naturales en proteínas y proteomasEditar
Un gran número de aminoácidos no naturales, que son similares a sus homólogos canónicos en forma, tamaño y propiedades químicas, se introducen en las proteínas recombinantes mediante huéspedes de expresión auxotrófica. Por ejemplo, se pueden cultivar cepas de Escherichia coli auxotróficas de metionina (Met) o triptófano (Trp) en un medio mínimo definido. En esta configuración experimental es posible expresar proteínas recombinantes cuyos residuos canónicos de Trp y Met están completamente sustituidos por diferentes análogos relacionados con el medio. Esta metodología conduce a una nueva forma de ingeniería de proteínas, que no se realiza mediante la manipulación de codones a nivel del ADN (por ejemplo, mutagénesis dirigida por oligonucleótidos), sino mediante reasignaciones de codones a nivel de la traducción de proteínas bajo una presión selectiva eficiente. Por lo tanto, el método se denomina incorporación por presión selectiva (SPI).
Ningún organismo estudiado hasta ahora codifica otros aminoácidos que los veinte canónicos; dos aminoácidos canónicos adicionales (selenocisteína, pirrolisina) se insertan en las proteínas mediante la recodificación de las señales de terminación de la traducción. Este límite puede cruzarse mediante la evolución adaptativa en laboratorio de cepas microbianas auxotróficas metabólicamente estables. Por ejemplo, en 2015 se realizó el primer intento claramente exitoso de evolucionar Escherichia coli que puede sobrevivir únicamente con el aminoácido no natural tienopirrolina) alanina como único sustituto del triptófano.