Auxotrofi
GenetikRedigera
In genetik, en stam sägs vara auxotrof om den bär på en mutation som gör att den inte kan syntetisera en viktig förening. Exempelvis är en jästmutant med en inaktiverad gen för uracilsyntesvägen en uracil auxotrof (om t.ex. genen för orotidin-5′-fosfatdekarboxylas i jäst inaktiveras är den resulterande stammen en uracil auxotrof). En sådan stam kan inte syntetisera uracil och kan bara växa om uracil kan tas upp från miljön. Detta är motsatsen till en uracilprototrof, eller i detta fall en vildtypstam, som fortfarande kan växa i avsaknad av uracil. Auxotrofa genetiska markörer används ofta inom molekylärgenetiken; de användes som bekant i Beadle och Tatums nobelprisbelönade arbete om hypotesen om en gen och ett enzym, som kopplar samman mutationer av gener med proteinmutationer. Detta gör det möjligt att kartlägga biosyntetiska eller biokemiska vägar som kan hjälpa till att fastställa vilket eller vilka enzymer som är muterade och dysfunktionella i de auxotrofa bakteriestammar som studeras.
Forskare har använt stammar av E. coli som är auxotrofa för specifika aminosyror för att införa icke-naturliga aminosyraanaloger i proteiner. Till exempel kan celler som är auxotrofa för aminosyran fenylalanin odlas i medier som är kompletterade med en analog, t.ex. para-azidofenylalanin.
Många levande varelser, inklusive människor, är auxotrofa för stora klasser av föreningar som krävs för tillväxt och måste få dessa föreningar genom kosten (se vitamin, essentiell näring, essentiell aminosyra, essentiell fettsyra).
Det komplexa utvecklingsmönstret för vitamin auxotrofi över det eukaryotiska livsträdet är intimt förknippat med det ömsesidiga beroendet mellan organismer.
Mutagenitetstestet (eller Ames-testet)Edit
Salmonella Mutagenesetestet (Ames-testet) använder flera stammar av Salmonella typhimurium som är auxotrofa för histidin för att testa om en viss kemikalie kan orsaka mutationer genom att observera dess auxotrofa egenskap som svar på en tillsatt kemisk förening. Den mutation som en kemisk substans eller förening orsakar mäts genom att den appliceras på bakterierna på en platta som innehåller histidin och sedan flyttas bakterierna till en ny platta utan tillräckligt med histidin för kontinuerlig tillväxt. Om ämnet inte muterar bakteriernas arvsmassa från auxotrofa till histidin tillbaka till prototrofa till histidin, skulle bakterierna inte visa tillväxt på den nya plattan. Genom att jämföra förhållandet mellan bakterierna på den nya plattan och den gamla plattan och samma förhållande för kontrollgruppen är det alltså möjligt att kvantifiera hur mutagent ett ämne är, eller snarare hur sannolikt det är att det orsakar mutationer i DNA. En kemikalie anses vara positiv för Ames-testet om den orsakar mutationer som ökar den observerade reversionshastigheten och negativ om den uppvisar liknande resultat som kontrollgruppen. Det finns ett normalt, men litet, antal revertantkolonier som förväntas när en auxotrof bakterie odlas på ett medium utan den metabolit som den behöver, eftersom den kan mutera tillbaka till prototrofi. Chansen för detta är liten och orsakar därför att mycket små kolonier bildas. Om en mutagen substans tillsätts skulle dock antalet revertanter vara synligt högre än utan den mutagena substansen. Ames-testet anses i princip vara positivt om ett ämne ökar chansen till mutation i bakteriernas DNA tillräckligt mycket för att orsaka en kvantifierbar skillnad i antalet revertanter på den mutagena plattan och kontrollgruppsplattan. Ett negativt Ames-test innebär att det eventuella mutagenet inte orsakade någon ökning av antalet revertanter och ett positivt Ames-test innebär att det eventuella mutagenet ökade chansen till mutation. Dessa mutagena effekter på bakterier undersöks som en möjlig indikator på samma effekter på större organismer, som människor. Man menar att om en mutation kan uppstå i bakteriers DNA i närvaro av en mutagen, skulle samma effekt kunna uppstå i större organismer och orsaka cancer. Ett negativt resultat av Ames-testet skulle kunna tyda på att ämnet inte är en mutagen substans och inte skulle orsaka tumörbildning i levande organismer. Endast ett fåtal av de kemikalier som resulterade i ett positivt Ames-test ansågs dock vara obetydliga när de testades i större organismer, men det positiva Ames-testet för bakterier kunde fortfarande inte slutgiltigt kopplas till uttryck av cancer i större organismer. Även om det kan vara en möjlig bestämningsfaktor för tumörer för levande organismer, människor, djur och så vidare, måste fler studier genomföras för att komma fram till en slutsats.
Auxotrofi-baserade metoder för att införliva onaturliga aminosyror i proteiner och proteomEdit
Ett stort antal onaturliga aminosyror, som liknar sina kanoniska motsvarigheter i form, storlek och kemiska egenskaper, införs i de rekombinanta proteinerna med hjälp av auxotrofa expressionsvärdar. Exempelvis kan metionin (Met) eller tryptofan (Trp) auxotrofa Escherichia coli-stammar odlas i ett definierat minimalt medium. I denna experimentella uppställning är det möjligt att uttrycka rekombinanta proteiner vars kanoniska Trp- och Met-rester är helt ersatta med olika mediumsförsedda relaterade analoger. Denna metodik leder till en ny form av proteinteknik, som inte utförs genom kodonmanipulering på DNA-nivå (t.ex. oligonukleotidstyrd mutagenes), utan genom kodonomläggningar på proteinöversättningsnivå under effektivt selektivt tryck. Därför kallas metoden för selektiv tryckinkorporering (SPI).
Ingen hittills studerad organism kodar för andra aminosyror än de tjugo kanoniska; två ytterligare kanoniska aminosyror (selenocystein, pyrrolysin) infogas i proteiner genom omkodning av översättningstermineringssignaler. Denna gräns kan överskridas genom adaptiv laboratorieevolution av metaboliskt stabila auxotrofa mikrobiella stammar. Till exempel gjordes 2015 det första klart framgångsrika försöket att utveckla Escherichia coli som kan överleva enbart på den onaturliga aminosyran tiopyrrolyl) alanin som enda substitut för tryptofan.