Auxotrófia
GenetikaSzerkesztés
A genetikában, egy törzs akkor tekinthető auxotrófnak, ha olyan mutációt hordoz, amely miatt nem képes egy esszenciális vegyület szintézisére. Például egy olyan élesztőmutáns, amelynek inaktivált uracilszintézis útvonal génje uracil auxotróf (pl. ha az élesztő Orotidin 5′-foszfát dekarboxiláz génje inaktivált, az így kapott törzs uracil auxotróf). Az ilyen törzs nem képes uracilt szintetizálni, és csak akkor képes növekedni, ha az uracil felvehető a környezetből. Ez az ellentéte az uracil prototróf, vagy ebben az esetben a vad típusú törzsnek, amely uracil hiányában is képes növekedni. Az auxotróf genetikai markereket gyakran használják a molekuláris genetikában; híresek voltak Beadle és Tatum Nobel-díjas munkájában az “egy gén – egy enzim” hipotézisről, amely a génmutációkat összekapcsolja a fehérjemutációkkal. Ez azután lehetővé teszi a bioszintetikus vagy biokémiai útvonalak feltérképezését, amely segíthet meghatározni, hogy a vizsgált auxotróf baktériumtörzsekben melyik enzim vagy enzimek mutálódtak és működészavarban vannak.
A kutatók bizonyos aminosavakra auxotróf E. coli törzseket használtak nem természetes aminosavanalógok fehérjékbe történő bevitelére. Például a fenilalanin aminosavra auxotróf sejteket olyan analóggal, például para-azido fenilalaninnal kiegészített közegben lehet tenyészteni.
Sok élőlény, köztük az ember is, auxotróf a növekedéshez szükséges vegyületek nagy csoportjaira, és ezeket a vegyületeket a táplálékkal kell beszerezniük (lásd vitamin, esszenciális tápanyag, esszenciális aminosav, esszenciális zsírsav).
A vitamin auxotrófia összetett evolúciós mintázata az eukarióta életfán szorosan összefügg az élőlények közötti kölcsönös függőséggel.
A mutagenitási teszt (vagy Ames-teszt)Edit
A Salmonella mutagenezis teszt (Ames-teszt) a Salmonella typhimurium több, hisztidinre auxotróf törzsét használja annak vizsgálatára, hogy egy adott vegyszer okozhat-e mutációkat, megfigyelve a hozzáadott kémiai vegyületre adott auxotróf tulajdonságát. A mutációt, amelyet egy kémiai anyag vagy vegyület okoz, úgy mérik, hogy a baktériumokat egy hisztidint tartalmazó lemezen alkalmazzák, majd a baktériumokat egy új lemezre helyezik át, ahol nincs elegendő hisztidin a folyamatos növekedéshez. Ha az anyag nem változtatja a baktérium genomját auxotrófról hisztidinre vissza prototrófra hisztidinre, akkor a baktérium nem mutat növekedést az új lemezen. Tehát az új lemezen lévő baktériumok arányát összehasonlítva a régi lemezen lévő baktériumokkal és ugyanezzel az aránnyal a kontrollcsoport esetében, számszerűsíthető, hogy egy anyag mennyire mutagén, vagyis mennyire valószínű, hogy mutációkat okoz a DNS-ben. Egy vegyi anyag akkor tekinthető pozitívnak az Ames-teszt szempontjából, ha a megfigyelt reverziós arányt növelő mutációkat okoz, és negatívnak, ha a kontrollcsoporthoz hasonlóan mutat. Normális, de kis számú revertáns kolónia várható, ha egy auxotróf baktériumot a számára szükséges metabolitot nem tartalmazó táptalajra ültetünk, mert az visszamutálhat prototrófiába. Ennek esélye csekély, ezért nagyon kis telepek képződnek. Ha azonban mutagén anyagot adunk hozzá, a revertánsok száma láthatóan nagyobb lesz, mint a mutagén anyag nélkül. Az Ames-teszt alapvetően akkor tekinthető pozitívnak, ha egy anyag eléggé megnöveli a mutáció esélyét a baktériumok DNS-ében ahhoz, hogy számszerűsíthető különbséget okozzon a mutagén lemez és a kontrollcsoport lemezének revertánsai között. A negatív Ames-teszt azt jelenti, hogy a lehetséges mutagén nem okozta a revertánsok számának növekedését, a pozitív Ames-teszt pedig azt jelenti, hogy a lehetséges mutagén megnövelte a mutáció esélyét. A baktériumokra gyakorolt mutagén hatásokat a nagyobb szervezetekre, például az emberre gyakorolt hatások lehetséges indikátoraként kutatják. Azt feltételezik, hogy ha egy mutagén jelenlétében mutáció keletkezhet a baktériumok DNS-ében, akkor ugyanez a hatás a nagyobb szervezetekben is bekövetkezhet, rákot okozva. A negatív Ames-teszt eredmény arra utalhat, hogy az anyag nem mutagén, és nem okoz daganatképződést az élő szervezetekben. A pozitív Ames-tesztet eredményező vegyi anyagok közül azonban csak néhányat tekintettek jelentéktelennek, amikor nagyobb szervezetekben vizsgálták, de a baktériumokra vonatkozó pozitív Ames-tesztet még mindig nem lehetett egyértelműen összefüggésbe hozni a rák kifejeződésével nagyobb szervezetekben. Bár az élő szervezetek, az ember, az állatok stb. esetében a daganatok lehetséges meghatározó tényezője lehet, a következtetés levonásához még több vizsgálatot kell elvégezni.
Auxotrófián alapuló módszerek természetellenes aminosavak beépítésére fehérjékbe és proteomokbaSzerkesztés
A rekombináns fehérjékbe nagyszámú természetellenes aminosavat, amelyek alakban, méretben és kémiai tulajdonságokban hasonlítanak a kanonikus társaikhoz, auxotróf expressziós gazdatestek segítségével visznek be. Például metionin (Met) vagy triptofán (Trp) auxotróf Escherichia coli törzsek tenyészthetők meghatározott minimál közegben. Ebben a kísérleti elrendezésben lehetőség van olyan rekombináns fehérjék expresszálására, amelyeknek a kanonikus Trp- és Met-maradványait teljesen helyettesítik különböző, a táptalajjal kiegészített rokon analógokkal. Ez a módszertan a fehérjemérnökség egy új formájához vezet, amely nem a DNS-szintű kodonmanipulációval (pl. oligonukleotid-irányított mutagenezissel), hanem a fehérje transzláció szintjén, hatékony szelekciós nyomás alatt történő kodon-átcsoportosítással valósul meg. Ezért a módszert szelektív nyomásra történő beépítésnek (SPI) nevezik.
Egyetlen eddig vizsgált szervezet sem kódol a kanonikus húsz aminosavtól eltérő aminosavakat; két további kanonikus aminosavat (szelenocisztein, pirrolizin) a transzlációs terminációs jelek átkódolásával illesztünk be a fehérjékbe. Ezt a határt a metabolikusan stabil auxotróf mikrobatörzsek adaptív laboratóriumi evolúciójával lehet átlépni. Például 2015-ben tették meg az első egyértelműen sikeres kísérletet olyan Escherichia coli evolúciójára, amely kizárólag a triptofán egyetlen helyettesítőjeként a természetellenes tienopirrolyl) alanin nevű aminosavval képes életben maradni.
.