APA ITU PROTOTROF DAN APA APLIKASINYA? - BIOLOGI - 2025

The prototrophs adalah organisma atau sel-sel yang mampu menghasilkan asid amino yang perlu untuk proses kehidupan mereka. Istilah ini umumnya digunakan berkaitan dengan bahan tertentu. Ia bertentangan dengan istilah auxotroph.

Istilah terakhir ini digunakan untuk menentukan mikroorganisma yang mampu tumbuh dan berkembang biak dalam medium kultur hanya jika nutrien tertentu telah ditambahkan kepadanya. Dalam kes prototrof, ia dapat berkembang tanpa bahan seperti itu kerana ia mampu menghasilkannya sendiri.

Perbandingan sederhana antara auxotroph dan prototroph. Diambil dan diedit dari: Akardoust, dari Wikimedia Commons.

Organisme atau ketegangan, misalnya, tidak dapat tumbuh dengan ketiadaan lisin, akan disebut lisin auxotrophic. Strain lisin prototropik, sebahagiannya, akan tumbuh dan membiak secara bebas dari kehadiran atau ketiadaan lisin dalam medium kultur.

Pada dasarnya, ketegangan auxotrophic telah kehilangan jalan metabolik berfungsi yang memungkinkannya mensintesis bahan asas, penting untuk proses pentingnya.

Kekurangan ini umumnya disebabkan oleh mutasi. Mutasi menghasilkan alel nol yang tidak mempunyai keupayaan biologi untuk menghasilkan bahan yang terdapat dalam prototrof.

Permohonan

Biokimia

Penanda genetik Auxotrophic sering digunakan dalam genetik molekul. Setiap gen mengandungi maklumat yang mengkod protein. Ini ditunjukkan oleh penyelidik George Beadle dan Edward Tatum, dalam karya mereka yang memperoleh mereka Hadiah Nobel.

Kekhususan gen ini memungkinkan pemetaan laluan biosintetik atau biokimia. Mutasi gen membawa kepada mutasi protein. Dengan cara ini, dapat ditentukan pada strain auxotrophic bakteria yang dikaji, enzim mana yang tidak berfungsi kerana mutasi.

Kaedah lain untuk menentukan laluan biosintetik adalah penggunaan strain auxotrophic asid amino tertentu. Dalam kes ini, keperluan strain untuk asid amino seperti itu dieksploitasi untuk menambahkan analog asid amino yang tidak wajar dari protein dalam media kultur.

Sebagai contoh, penggantian fenilalanin untuk para-azido fenilalanin dalam kultur strain Escherichia coli auxotrophic untuk fenilalanin.

Penanda Auxotrophic

Mutasi dalam gen yang mengekod enzim yang berpartisipasi dalam jalur untuk biosintesis molekul bangunan metabolik digunakan sebagai penanda dalam sebilangan besar percubaan genetik dengan ragi.

Kekurangan nutrisi yang disebabkan oleh mutasi (auxotrophy) dapat diatasi dengan membekalkan nutrien yang diperlukan dalam medium pertumbuhan.

Walau bagaimanapun, pampasan tersebut tidak semestinya bersifat kuantitatif kerana mutasi mempengaruhi pelbagai parameter fisiologi dan dapat bertindak secara sinergis.

Oleh kerana itu, kajian telah dilakukan untuk mendapatkan strain prototrofik dengan tujuan untuk menghilangkan penanda auxotrophic dan mengurangkan bias dalam kajian fisiologi dan metabolik.

Ujian Ames

Ujian Ames, juga disebut ujian mutagenesis Salmonella, dikembangkan oleh Bruce N. Ames pada tahun 1970-an untuk menentukan sama ada bahan kimia itu adalah mutagen.

Ia berdasarkan prinsip mutasi terbalik atau mutasi posterior. Ia menggunakan pelbagai jenis Salmonella typhimurium auxotrophic hingga histidine.

Kekuatan bahan kimia untuk menyebabkan mutasi diukur dengan menerapkannya pada bakteria pada piring yang mengandung histidin. Bakteria kemudian dipindahkan ke plak miskin histidin baru.

Sekiranya bahan tersebut tidak mutagenik, bakteria tidak akan menunjukkan pertumbuhan pada plak baru. Dalam kes lain, bakteria histidin auxotrophic sekali lagi akan bermutasi menjadi strain histidin prototropik.

Kultur bakteria prototropik Salmonella typhimurium. Diambil dan diedit dari: Sun14916, dari Wikimedia Commons

Perbandingan bahagian pertumbuhan bakteria pada plat dengan dan tanpa rawatan memungkinkan untuk mengukur kekuatan mutagenik sebatian pada bakteria.

Kemungkinan kesan mutagenik pada bakteria menunjukkan kemungkinan menimbulkan kesan yang sama pada organisma lain, termasuk manusia.

Adalah dipercayai bahawa sebatian yang mampu menyebabkan mutasi pada DNA bakteria juga dapat menghasilkan mutasi yang dapat menyebabkan barah.

Aplikasi lain untuk ujian Ames

Perkembangan strain baru

Ujian Ames telah diterapkan untuk mendapatkan strain bakteria baru. Sebagai contoh, strain kekurangan nitroreductase telah dikembangkan.

Strain ini digunakan untuk mengkaji metabolisme xenobiotik dan sistem pembaikan DNA. Mereka juga berguna untuk menilai mekanisme metabolisme nitrogroup untuk menghasilkan mutagen aktif, serta mekanisme nitrasi sebatian genotoksik.

Antimutagenesis

Ujian Ames juga telah digunakan sebagai alat untuk mengkaji dan mengklasifikasikan antimutagens semula jadi. Antimutagens adalah sebatian yang dapat mengurangkan lesi mutagenik dalam DNA, terutamanya dengan memperbaiki sistem pembaikannya.

Dengan cara ini, sebatian tersebut dapat mengelakkan langkah awal perkembangan barah. Sejak awal 1980-an (abad ke-20), Ames et al. Telah menjalankan kajian untuk menilai pengurangan genotoksin dan risiko barah melalui diet yang kaya dengan antimutagens.

Mereka memerhatikan bahawa populasi yang mempunyai diet dengan antimutagens yang tinggi mempunyai risiko lebih rendah terkena barah gastroenterik.

Ujian Ames telah digunakan secara meluas untuk mengkaji pelbagai ekstrak tumbuhan yang diketahui dapat mengurangkan mutagenisiti. Kajian-kajian ini juga menunjukkan bahawa komponen tanaman tidak selalu selamat. Banyak tumbuh-tumbuhan yang dimakan telah terbukti mempunyai kesan genotoksik.

Ujian Ames juga terbukti berguna dalam mengesan kesan toksik atau antimutagenik sebatian semula jadi yang sering digunakan dalam ubat alternatif.

Kajian metabolisme genotoksik

Salah satu kelemahan ujian Ames adalah kurangnya pengaktifan metabolik sebatian genotoksik. Walau bagaimanapun, masalah ini telah diselesaikan dengan penambahan homogenat hati yang disebabkan oleh CYP yang dibuat daripada tikus.

CYP adalah hemoprotein yang berkaitan dengan metabolisme pelbagai bahan. Pengubahsuaian ini menambahkan keupayaan baru untuk ujian Ames. Sebagai contoh, pelbagai pemicu CYP telah dinilai, yang menunjukkan bahawa enzim ini disebabkan oleh pelbagai jenis sebatian.

Penilaian mutagen dalam cecair biologi

Ujian ini menggunakan sampel air kencing, plasma dan serum. Mereka boleh berguna untuk menilai pembentukan sebatian N-nitroso in vivo dari ubat amino.

Mereka juga berguna dalam kajian epidemiologi populasi manusia yang terdedah kepada mutagen pekerjaan, tabiat merokok, dan pendedahan kepada pencemaran alam sekitar.

Ujian ini telah menunjukkan, misalnya, bahawa pekerja yang terdedah kepada produk buangan mempunyai kadar mutagen kencing yang lebih tinggi daripada mereka yang bekerja di kemudahan rawatan air.

Hal ini juga dapat menunjukkan bahawa penggunaan sarung tangan mengurangkan kepekatan mutagen pada pekerja pengecoran yang terdedah kepada sebatian aromatik polikiklik.

Kajian mutagen urin juga merupakan alat yang berharga untuk penilaian antimutagenik, kerana, sebagai contoh, ujian ini menunjukkan bahawa pemberian vitamin C menghalang pembentukan sebatian N-nitroso.

Hal ini juga menunjukkan bahwa pengambilan teh hijau selama sebulan dapat mengurangkan kepekatan mutagen urin.

Rujukan

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Kaedah untuk mengesan karsinogen dan mutagen dengan ujian mutagenisiti salmonella / mamalia-mikrosom. Penyelidikan Mutasi / Mutagenesis Alam Sekitar dan Subjek Berkaitan.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Ujian Ames pada Abad ke-21. Penyelidikan & Ulasan: Jurnal Toksikologi.
3. Auxotrophy. Di Wikipedia. Dipulihkan dari https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Ensiklopedia Genetik. Akhbar Akademik.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Asli SILAC: Pelabelan metabolik protein dalam mikroorganisma prototrof berdasarkan peraturan sintesis lisin. Proteomik Molekul & Selular.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Koleksi mutan penghapusan prototrofik untuk metabolisme ragi dan biologi sistem. Bioteknologi Alam.