thumb|500x500px| Ovo je vizualni prikaz uvjeta koji bi omogućili rast auksotrofa (gornji red medija: Kolonije auksotrofne prema argininu) u usporedbi s kolonijama koje pokazuju prototrofiju (donji red medija). Auksotrofija (grč αὐξάνω -aukso "povećati"; τροφή "ishrana") jeste nemogućnost organizma da sintetizira određeni organski spoj potreban za njegov rast (kako je definirano od strane IUPAC). Auksotrof je organizam koji pokazuje ovu karakteristiku; "auksotrof" je odgovarajući pridjev. Auksotrofija je suprotnost prototrofiji, koju karakterizira sposobnost sinteze svih spojeva potrebnih za rast. Prototrofne ćelije su samodovoljni proizvođači svih potrebnih metabolita (npr. aminokiselina, lipida, kofaktora), dok auksotrofi zahtijevaju medij s metabolitom koji ne mogu proizvesti. Naprimjer, auksotrofna ćelija za metionin mogla bi rasti samo na mediju koji sadrži metionin; u suprotnom bi gladovala. U ovom primjeru, to je zato što nije u stanju proizvesti vlastiti metionin. Međutim, prototrofna ćelija za metionin mogla bi funkcionirati i replicirati se na mediju sa ili bez metionina. Replikacijsko presađivanje je tehnika kojom se kolonije prenose s jedne ploče na drugu na istom mjestu kao i posljednja ploča, tako da se različite ploče s podlogama mogu upoređivat i jedna pored druge. Koristi se za poređenje rasta istih kolonija na različitim pločama s podlogama, kako bi se utvrdilo u kojim okruženjima bakterijska kolonija može ili ne može rasti (ovo daje uvid u moguće auksotrofne karakteristike). Metoda replikacijskog presađivanja, koju su implementirali Joshua i Esther Lederberg uključivala je auksotrofe koji su bili osjetljivi na temperaturu; to jest, njihova sposobnost sinteze ovisila je o temperaturi. (Auksotrofi obično nisu ovisni o temperaturi. Mogu ovisiti i o drugim faktorima.) Također je moguće da je organizam auksotrofan prema više od samo jednog organskog spoja, koji mu je potreban za rast.
Aplikacije
Genetika thumb|582x582px| Replike ploča auksotrofnih kolonija A, B, C i D; kolonije A, B, C i D su zasijane na različite podloge, kako bi se testirala auksotrofija i biosintetski put (vidi sliku 2B i 2C) U genetici, soj jeste auksotrofan ako nosi mutaciju koja ga čini nesposobnim za sintezu esencijalnog spoja. Naprimjer, mutant kvasca s inaktiviranim genom puta sinteze uracila jeste uracilni auksotrof (npr. ako je gen kvasca za orotidin 5'-fosfat-dekarboksilazu inaktiviran, rezultirajući soj je uracilni auksotrof). Takav soj nije u stanju sintetizirati uracil i moći će rasti samo ako se uracil može apsorbirati iz okoline. Ovo je suprotno od uracilnog prototrofa, ili u ovom slučaju soja divljeg tipa, koji i dalje može rasti u odsustvu uracila. Auksotrofni genetički markeri često se koriste u molekularnoj genetici; poznato su korišteni u radu Beadlea i Tatuma, koji su dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu, za hipotezu o jedan gen – jedan enzim, povezujući mutacije gena s mutacijama proteina. To zatim omogućava mapiranje biosintetskih ili biohemijskih puteva, koje može pomoći u određivanju koji su enzim ili enzimi mutirani i disfunkcionalni u auksotrofnim sojevima bakterija koje se proučavaju. Istraživači su koristili sojeve E. coli auksotrofne za specifične aminokiseline, kako bi uveli analoge neprirodnih aminokiselina u proteine. Naprimjer, ćelije auksotrofne za aminokiselinu fenilalanin mogu se uzgajati u medijima obogaćenim analogom kao što je para-azido fenilalanin. Mnoga živa bića, uključujući ljude, auksotrofi su za velike klase spojeva potrebnih za rast i moraju ih unositi putem prehrane (vidi vitamin, esencijalni nutrijent, esencijalna aminokiselina, esencijalna masna kiselina).
Složeni obrazac evolucije vitaminske auksotrofije u eukariotskom stablu života usko je povezan s međuzavisnošću između organizama. thumb|578x578px| Slika 2B Biosintetski (biohemijski) put, naprimjer na slici 2A
Test mutagenosti (Amesov test) thumb|589x589px| Sl. 2C Tabela koja sažima i povezuje informacije iz primjera na Sl. 2A i 2B. Test mutageneze salmonele (Amesov test) koristi više sojeva Salmonella typhimurium koji su auksotrofni prema histidinu, kako bi se testiralo da li određena hemikalija može izazvati mutacije, posmatrajući njeno auksotrofno svojstvo kao odgovor na dodani hemijski spoj. Mutacija koju uzrokuje hemijska supstanca ili spoj mjeri se nanošenjem na bakterije na ploči koja sadrži histidin, a zatim premještanjem bakterija na novu ploču bez dovoljno histidina za kontinuirani rast. Ako supstanca ne mutira genom bakterije iz auksotrofnog u histidin nazad u prototrofni u histidin, tada bakterija neće pokazati rast na novoj ploči. Dakle, poređenjem odnosa bakterija na novoj ploči sa starom pločom i istog odnosa za kontrolnu grupu, moguće je kvantificirati koliko je supstanca mutagena, odnosno, koliko je vjerovatno da će izazvati mutacije u DNK. Hemikalija se smatra pozitivnom na Amesovom testu ako uzrokuje mutacije koje povećavaju uočenu stopu reverzije, a negativnom ako se pokazuje slično kao i kod kontrolne grupe. Očekuje se normalan, ali mali broj revertantnih kolonija kada se auksotrofna bakterija nasadi na medij bez metabolita koji joj je potreban, jer bi mogla mutirati natrag u prototrofiju. Šanse za to su male i stoga uzrokuju formiranje vrlo malih kolonija. Međutim, ako se doda mutagena supstanca, broj revertanata bi bio vidljivo veći nego bez mutagene supstance. Amesov test se, u osnovi, smatra pozitivnim ako supstanca povećava vjerovatnoću mutacije u DNK bakterije dovoljno da izazove kvantitativnu razliku u revertantima ploče s mutagenom i ploče kontrolne grupe. Negativan Amesov test znači da mogući mutagen DID nije uzrokovao povećanje revertanata, a pozitivan Amesov test označava da mogući mutagen DID povećava vjerovatnoću mutacije. Ovi mutageni efekti na bakterije istražuju se kao mogući pokazatelj istih efekata na veće organizme, poput ljudi. Pretpostavlja se da ako mutacija može nastati u bakterijskoj DNK u prisustvu mutagena, onda bi se isti efekat pojavio i kod većih organizama koji uzrokuju rak. Negativan rezultat Amesovog testa mogao bi sugerirati da supstanca nije mutagen i da ne bi uzrokovala stvaranje tumora u živim organizmima. Međutim, samo nekoliko hemikalija koje su rezultirale pozitivnim rezultatom Amesovog testa smatrane su beznačajnim kada su testirane na većim organizmima, ali pozitivan Amesov test za bakterije i dalje nije mogao biti konačno povezan sa ekspresijom raka u većim organizmima. Iako mutagen može biti moguća odrednica tumora kod živih organizama, ljudi, životinja itd., potrebno je provesti više studija da bi se došlo do zaključka.
Metode zasnovane na auksotrofiji za ugradnju neprirodnih aminokiselina u proteine i proteome Veliki broj neprirodnih aminokiselina, koje su slične svojim kanonskim ekvivalentima po obliku, veličini i hemijskim svojstvima, uvode se u rekombinantne proteine pomoću auksotrofičnih ekspresijskih domaćina. Naprimjer, auksotrofni sojevi Escherichia coli koji potiču od metionina (Met) ili triptofana (Trp) mogu se kultivirati u definiranom minimalnom mediju. U ovom eksperimentalnom okruženju moguće je eksprimirati rekombinantne proteine čiji su kanonski ostaci Trp i Met potpuno zamijenjeni različitim srodnim analozima s dodatkom medija. Ova metoda vodi novom obliku proteinskog inženjerstva, koji se ne izvodi manipulacijom kodonima na nivou DNK (npr. mutageneza usmjerena na oligonukleotide), već preraspodjelom kodona na nivou translacije proteina pod efikasnim selekcijskim pritiskom. Stoga se metoda naziva selektivna inkorporacija pod pritiskom (SPI). Nijedan do sada proučavan organizam ne kodira druge aminokiseline, osim kanonskih dvadeset; dvije dodatne kanonske aminokiseline (selenocistein, pirolizin) ubacuju se u proteine prekodiranjem signala terminacije translacije. Ova granica može se prijeći adaptivnom laboratorijskom evolucijom metabolički stabilnih auksotrofnih mikrobnih sojeva. Naprimjer, prvi očigledno uspješan pokušaj evolucije Escherichia coli koja može preživjeti isključivo na neprirodnoj aminokiselini tieno[3,2-b]pirolil) alaninu, kao jedinoj zamjeni za triptofan napravljen je 2015. U popularnoj kulturi Film iz 1993. godine Jurski park (zasnovan na istoimenom romanu Michaela Crichtona iz 1990. godine pod istim imenom) prikazuje dinosaure koji su genetićki modificirani tako da nisu mogli proizvoditi aminokiselinu lizin. Ovo je bilo poznato kao "lizinska kontingentnost" i trebalo je spriječiti klonirane dinosaure da prežive izvan parka, prisiljavajući ih da budu ovisni o dodacima lizina koje obezbjeđuje veterinarsko osoblje parka. U stvarnosti, nijedna životinja nije sposobna proizvesti lizin (to je esencijalna aminokiselina).
Također pogledajte Autotrof Braditrof
Reference
Vanjski linkovi "Regulation of endosomal clathrin and retromer-mediated endosome to Golgi retrograde transport by the J-domain protein RME-8" - The EMBO Journal "Pleiotropic effects of purine auxotrophy inRhizobium meliloti on cell surface molecules" - Springerlink "Auxotrophy and Organic Compounds in the Nutrition of Marine Phytoplankton"
Kategorija:Molekularna genetika