PROTOTROPH LÀ GÌ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA NÓ LÀ GÌ? - SINH HỌC

Các prototrophs là sinh vật hoặc các tế bào có khả năng sản xuất các axit amin cần cho quá trình cuộc sống của họ. Thuật ngữ này thường được sử dụng liên quan đến một chất cụ thể. Nó đối lập với thuật ngữ auxotroph.

Thuật ngữ cuối cùng này được sử dụng để xác định một vi sinh vật có khả năng phát triển và nhân lên trong môi trường nuôi cấy chỉ khi một chất dinh dưỡng cụ thể đã được thêm vào nó. Trong trường hợp của prototroph, nó có thể phát triển mà không cần một chất như vậy vì nó có khả năng tự sản sinh ra nó.

So sánh đơn giản giữa auxotroph và prototroph. Lấy và chỉnh sửa từ: Akardoust, từ Wikimedia Commons.

Ví dụ, một sinh vật hoặc một chủng không thể phát triển trong điều kiện thiếu lysine, sẽ được gọi là lysine hỗ trợ dưỡng sinh. Về phần mình, chủng lysine nguyên dưỡng sẽ phát triển và sinh sản độc lập với sự có mặt hay không có mặt của lysine trong môi trường nuôi cấy.

Về cơ bản, một dòng sinh dưỡng đã mất một con đường trao đổi chất chức năng cho phép nó tổng hợp một chất cơ bản, cần thiết cho các quá trình quan trọng của nó.

Sự thiếu hụt này nói chung là do đột biến. Đột biến tạo ra một alen rỗng không có khả năng sinh học để tạo ra một chất có trong nguyên sinh chất.

Các ứng dụng

Hóa sinh

Dấu hiệu di truyền tự dưỡng thường được sử dụng trong di truyền học phân tử. Mỗi gen chứa thông tin mã hóa cho một loại protein. Điều này đã được chứng minh bởi các nhà nghiên cứu George Beadle và Edward Tatum, trong công trình mang về cho họ giải Nobel.

Tính đặc hiệu này của các gen cho phép lập bản đồ các con đường sinh tổng hợp hoặc sinh hóa. Đột biến gen dẫn đến đột biến prôtêin. Bằng cách này, có thể xác định được trong các chủng vi khuẩn hỗ trợ đang nghiên cứu loại enzym nào bị rối loạn chức năng do đột biến.

Một phương pháp khác để xác định con đường sinh tổng hợp là sử dụng các chủng tự dưỡng của các axit amin cụ thể. Trong những trường hợp này, nhu cầu của các chủng đối với các axit amin như vậy được khai thác để bổ sung các chất tương tự axit amin không tự nhiên của protein trong môi trường nuôi cấy.

Ví dụ, thay thế phenylalanin cho phenylalanin para-azido trong môi trường nuôi cấy các chủng Escherichia coli hỗ trợ cho phenylalanin.

Các điểm đánh dấu phụ trợ

Các đột biến trong gen mã hóa các enzym tham gia vào các con đường sinh tổng hợp các phân tử xây dựng quá trình trao đổi chất được sử dụng làm chất đánh dấu trong phần lớn các thí nghiệm di truyền với nấm men.

Sự thiếu hụt dinh dưỡng do đột biến gây ra (auxotrophy) có thể được bù đắp bằng cách cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết trong môi trường sinh trưởng.

Tuy nhiên, sự bù đắp như vậy không nhất thiết là định lượng bởi vì các đột biến ảnh hưởng đến các thông số sinh lý khác nhau và có thể tác động hiệp đồng.

Do đó, các nghiên cứu đã được tiến hành để thu được các chủng nguyên dưỡng nhằm loại bỏ các dấu hiệu trợ dưỡng và giảm sai lệch trong các nghiên cứu sinh lý và trao đổi chất.

Bài kiểm tra Ames

Thử nghiệm Ames, còn được gọi là thử nghiệm gây đột biến Salmonella, được phát triển bởi Bruce N. Ames vào những năm 1970 để xác định xem hóa chất có phải là chất gây đột biến hay không.

Nó dựa trên nguyên tắc đột biến ngược hoặc đột biến gen sau. Nó sử dụng nhiều chủng Salmonella typhimurium hỗ trợ cho histidine.

Khả năng gây đột biến của hóa chất được đo bằng cách bôi nó lên vi khuẩn trên đĩa có chứa histidine. Sau đó, vi khuẩn được di chuyển đến một mảng bám nghèo histidine mới.

Nếu chất này không gây đột biến, vi khuẩn sẽ không phát triển trên mảng bám mới. Trong một trường hợp khác, vi khuẩn dưỡng histidine sẽ lại đột biến thành các chủng histidine nguyên dưỡng.

Nuôi cấy vi khuẩn nguyên sinh Salmonella typhimurium. Lấy và chỉnh sửa từ: Sun14916, từ Wikimedia Commons

So sánh tỷ lệ vi khuẩn phát triển trong các đĩa có và không có xử lý giúp xác định được khả năng gây đột biến của hợp chất trên vi khuẩn.

Tác động có thể gây đột biến này ở vi khuẩn cho thấy khả năng gây ra tác động tương tự ở các sinh vật khác, kể cả con người.

Người ta tin rằng một hợp chất có khả năng gây đột biến DNA của vi khuẩn cũng có thể có khả năng tạo ra các đột biến có thể gây ung thư.

Các ứng dụng khác cho bài kiểm tra Ames

Phát triển các chủng mới

Thử nghiệm Ames đã được áp dụng để thu được các chủng vi khuẩn mới. Ví dụ, các chủng thiếu nitroreductase đã được phát triển.

Các chủng này được sử dụng để nghiên cứu chuyển hóa xenobiotic và hệ thống sửa chữa DNA. Chúng cũng rất hữu ích để đánh giá cơ chế trao đổi chất của các nhóm nitrog để tạo ra các đột biến hoạt động, cũng như cơ chế nitrat hóa của các hợp chất gây độc gen.

Antimutagenesis

Bài kiểm tra Ames cũng đã được sử dụng như một công cụ để nghiên cứu và phân loại antimutagens tự nhiên. Antimutagens là các hợp chất có thể làm giảm các tổn thương đột biến trong DNA, chủ yếu bằng cách cải thiện hệ thống sửa chữa của chúng.

Bằng cách này, các hợp chất như vậy tránh được các bước phát triển ban đầu của ung thư. Từ đầu những năm 1980 (thế kỷ 20), Ames và các cộng sự đã tiến hành các nghiên cứu để đánh giá mức độ giảm genotoxin và nguy cơ ung thư thông qua một chế độ ăn giàu antimutagens.

Họ quan sát thấy rằng những quần thể có chế độ ăn với lượng antimutagens cao có nguy cơ phát triển ung thư dạ dày thấp hơn.

Thử nghiệm Ames đã được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các chất chiết xuất từ thực vật khác nhau được biết là làm giảm khả năng gây đột biến. Những nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng các thành phần thực vật không phải lúc nào cũng an toàn. Nhiều loại thực vật ăn được đã được chứng minh là có tác dụng gây độc gen.

Thử nghiệm Ames cũng đã được chứng minh là hữu ích trong việc phát hiện các tác dụng độc hại hoặc chống tác dụng phụ của các hợp chất tự nhiên thường được sử dụng trong y học thay thế.

Nghiên cứu chuyển hóa độc tố gen

Một trong những điểm yếu của thử nghiệm Ames là thiếu sự kích hoạt trao đổi chất của các hợp chất gây độc gen. Tuy nhiên, vấn đề này đã được giải quyết bằng cách bổ sung các chất đồng nhất ở gan do CYP được điều chế từ loài gặm nhấm.

CYP là một loại hemoprotein liên quan đến quá trình chuyển hóa các chất khác nhau. Sửa đổi này đã thêm các khả năng mới cho thử nghiệm Ames. Ví dụ, các chất cảm ứng khác nhau của CYP đã được đánh giá, cho thấy rằng các enzym này được cảm ứng bởi các loại hợp chất khác nhau.

Đánh giá các đột biến trong chất lỏng sinh học

Các xét nghiệm này sử dụng mẫu nước tiểu, huyết tương và huyết thanh. Chúng có thể hữu ích để đánh giá sự hình thành các hợp chất N-nitroso in vivo từ các loại thuốc amin.

Chúng cũng có thể hữu ích trong các nghiên cứu dịch tễ học về quần thể người tiếp xúc với các đột biến nghề nghiệp, thói quen hút thuốc và tiếp xúc với các chất ô nhiễm môi trường.

Ví dụ, những thử nghiệm này đã chỉ ra rằng những công nhân tiếp xúc với chất thải có mức độ đột biến đường tiết niệu cao hơn những người làm việc trong các cơ sở xử lý nước.

Nó cũng chứng minh rằng việc sử dụng găng tay làm giảm nồng độ chất gây đột biến ở những công nhân xưởng đúc tiếp xúc với các hợp chất thơm đa vòng.

Các nghiên cứu về sự đột biến trong nước tiểu cũng là một công cụ có giá trị để đánh giá tình trạng kháng sinh, ví dụ, thử nghiệm này chứng minh rằng việc sử dụng vitamin C ức chế sự hình thành các hợp chất N-nitroso.

Nó cũng chứng minh rằng tiêu thụ trà xanh trong một tháng làm giảm nồng độ của các đột biến trong nước tiểu.

Người giới thiệu

BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Phương pháp phát hiện chất gây ung thư và chất gây đột biến bằng thử nghiệm gây đột biến vi khuẩn salmonella / động vật có vú. Nghiên cứu đột biến / Gây đột biến môi trường và các đối tượng liên quan.
B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Bài kiểm tra Ames trong thế kỷ 21. Nghiên cứu & Đánh giá: Tạp chí Độc chất.
Chất trợ lực. Trên Wikipedia. Được phục hồi từ https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Báo chí Học thuật.
F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). SILAC bản địa: Ghi nhãn trao đổi chất của protein trong vi sinh vật nguyên sinh dựa trên quy định tổng hợp lysine. Phân tử & Proteomics tế bào.
M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Một bộ sưu tập đột biến mất dinh dưỡng cho sinh học hệ thống và chuyển hóa nấm men. Bản chất Công nghệ sinh học.

PROTOTROPH LÀ GÌ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA NÓ LÀ GÌ? - SINH HỌC - 2026