AUXOTROPH: OORSPRONG, VOORBEELD EN TOEPASSINGEN - BIOLOGIE - 2026

Een auxotroof is een micro-organisme dat niet in staat is een bepaald type voedingsstof of organische component te synthetiseren die essentieel is voor de groei van het individu. Daarom kan deze soort zich alleen verspreiden als de voedingsstof aan het kweekmedium wordt toegevoegd. Deze voedingsbehoefte is het gevolg van een mutatie in het erfelijk materiaal.

Deze definitie is over het algemeen van toepassing op specifieke voorwaarden. We zeggen bijvoorbeeld dat het organisme auxotroof is voor valine, wat aangeeft dat het individu in kwestie dit aminozuur nodig heeft om in het kweekmedium te worden toegepast, omdat het het zelf niet kan produceren.

Bron: pixabay.com

Op deze manier kunnen we onderscheid maken tussen twee fenotypes: 'de mutant', die overeenkomt met de valine auxotroof - rekening houdend met ons vorige hypothetische voorbeeld, hoewel het een auxotroof kan zijn voor elke voedingsstof - en 'de originele' of wilde, die de aminozuur. Dit laatste wordt een prototroof genoemd.

Auxotrofie wordt veroorzaakt door een specifieke mutatie die leidt tot het verlies van het vermogen om een ​​element te synthetiseren, zoals een aminozuur of een andere organische component.

In de genetica is een mutatie een verandering of wijziging van de DNA-sequentie. Over het algemeen inactiveert de mutatie een sleutelenzym in een synthetische route.

Hoe ontstaan ​​auxotrofe organismen?

Over het algemeen hebben micro-organismen een reeks essentiële voedingsstoffen nodig voor hun groei. Uw minimale behoeften zijn altijd een koolstofbron, een energiebron en verschillende ionen.

Organismen die extra voedingsstoffen nodig hebben naast de basale zijn auxotrofen voor deze stof en worden veroorzaakt door mutaties in het DNA.

Niet alle mutaties die voorkomen in het genetisch materiaal van een micro-organisme, hebben invloed op het vermogen om tegen een bepaalde voedingsstof te groeien.

Er kan een mutatie optreden en deze heeft geen effect op het fenotype van het micro-organisme - deze staan ​​bekend als stille mutaties, omdat ze de sequentie van het eiwit niet veranderen.

De mutatie beïnvloedt dus een heel specifiek gen dat codeert voor een essentieel eiwit van een metabolische route die een essentiële stof voor het lichaam synthetiseert. De gegenereerde mutatie moet het gen inactiveren of het eiwit beïnvloeden.

Het beïnvloedt over het algemeen sleutelenzymen. De mutatie moet een verandering in de sequentie van een aminozuur veroorzaken die de structuur van het eiwit aanzienlijk verandert en dus de functionaliteit ervan elimineert. Het kan ook de actieve plaats van het enzym beïnvloeden.

Voorbeelden in

S. cerevisiae is een eencellige schimmel die in de volksmond bekend staat als biergist. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van eetbare producten voor mensen, zoals brood en bier.

Dankzij zijn bruikbaarheid en gemakkelijke groei in het laboratorium is het een van de meest gebruikte biologische modellen, daarom is bekend dat specifieke mutaties de oorzaak zijn van auxotrofie.

Auxotrofen voor histidine

Histidine (in de eenletterige nomenclatuur afgekort als H en drieletter als His) is een van de 20 aminozuren waaruit eiwitten bestaan. De R-groep van dit molecuul bestaat uit een positief geladen imidazoolgroep.

Hoewel het bij dieren, inclusief mensen, een essentieel aminozuur is - dat wil zeggen dat ze het niet kunnen synthetiseren en het via de voeding moeten opnemen - hebben micro-organismen het vermogen om het te synthetiseren.

Het HIS3-gen in deze gist codeert voor het enzym imidazoolglycerolfosfaatdehydrogenase, dat deelneemt aan de synthese van het aminozuur histidine.

Mutaties in dit gen (his3 ^- ) resulteren in histidine-auxotrofie. Deze mutanten zijn dus niet in staat zich te vermenigvuldigen in een medium dat de voedingsstof mist.

Auxotrofen voor tryptofaan

Evenzo is tryptofaan een hydrofoob aminozuur met een indoolgroep als R-groep. Net als het vorige aminozuur moet het in de voeding van dieren worden opgenomen, maar micro-organismen kunnen het synthetiseren.

Het TRP1-gen codeert voor het enzym fosforibosylanthranilaatisomerase, dat betrokken is bij de anabole route van tryptofaan. Wanneer er een verandering in dit gen optreedt, wordt een trp1-mutatie verkregen ^- waardoor het lichaam het aminozuur niet kan synthetiseren.

Auxotrofen voor pyrimidinen

Pyrimidines zijn organische verbindingen die deel uitmaken van het genetisch materiaal van levende organismen. Specifiek worden ze aangetroffen in stikstofhoudende basen, die deel uitmaken van thymine, cytosine en uracil.

Bij deze schimmel codeert het URA3-gen voor het enzym orotidine-5'-fosfaatdecarboxylase. Dit eiwit is verantwoordelijk voor het katalyseren van een stap in de de novo synthese van pyrimidines. Daarom veroorzaken de mutaties die dit gen beïnvloeden, uridine of uracil-auxotrofie.

Uridine is een verbinding die het resultaat is van de vereniging van de stikstofbasis uracil met een ribosering. Beide structuren zijn verbonden door een glycosidebinding.

Toepassingen

Auxotrofie is een zeer nuttige eigenschap in onderzoeken die verband houden met microbiologie, voor de selectie van organismen in het laboratorium.

Ditzelfde principe kan worden toegepast op planten, waar door genetische manipulatie een auxotroof individu wordt gecreëerd, hetzij voor methionine, biotine, auxine, enz.

Toepassing in genetische manipulatie

Auxotrofe mutanten worden veel gebruikt in laboratoria waar genetische manipulatieprotocollen worden uitgevoerd. Een van de doelen van deze moleculaire praktijken is de instructie van een plasmide dat door de onderzoeker in een prokaryotisch systeem is geconstrueerd. Deze procedure staat bekend als "auxotrofie-complementatie".

Een plasmide is een circulair DNA-molecuul, typisch voor bacteriën, dat onafhankelijk repliceert. Plasmiden kunnen nuttige informatie bevatten die door de bacteriën wordt gebruikt, bijvoorbeeld resistentie tegen een bepaald antibioticum of een gen waarmee het een voedingsstof van belang kan synthetiseren.

Onderzoekers die een plasmide in een bacterie willen introduceren, kunnen een auxotrofe stam gebruiken voor een specifieke voedingsstof. De genetische informatie die nodig is voor de synthese van de voedingsstof wordt gecodeerd in het plasmide.

Op deze manier wordt een minimaal medium (dat niet de voedingsstof bevat die de gemuteerde stam niet kan synthetiseren) bereid en worden de bacteriën gezaaid met het plasmide.

Alleen bacteriën die dit deel van plasmide-DNA hebben opgenomen, zullen in het medium kunnen groeien, terwijl bacteriën die het plasmide niet hebben kunnen vangen, zullen sterven door een gebrek aan voedingsstof.

Referenties

1. Benito, C., en Espino, FJ (2012). Genetica, essentiële concepten. Redactioneel Médica Panamericana.
2. Brock, TD en Madigan, MT (1993). Microbiologie. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT en Miller, JH (2005). Een inleiding tot genetische analyse. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Genetische manipulatie en genoverdracht. Piramide.
5. Molina, JLM (2018). 90 opgeloste problemen van genetische manipulatie. Miguel Hernández Universiteit.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Inleiding tot microbiologie. Redactioneel Médica Panamericana.