PROTOTROF NEDIR VE UYGULAMALARI NELERDIR? - BIYOLOJI - 2025

Prototrofları yaşam süreçleri için gerekli amino asitleri üretebilen organizmalar veya hücreler bulunmaktadır. Bu terim genellikle belirli bir maddeyle ilgili olarak kullanılır. Oksotrof teriminin tam tersidir.

Bu son terim, yalnızca belirli bir besin eklenmişse bir kültür ortamında büyüyebilen ve çoğalabilen bir mikroorganizmayı tanımlamak için kullanılır. Prototrof durumunda, böyle bir madde olmadan gelişebilir çünkü kendisini üretme yeteneğine sahiptir.

Oksotrof ve prototrof arasında basit karşılaştırma. Alındı ​​ve düzenlendi: Akardoust, Wikimedia Commons.

Örneğin lizin yokluğunda gelişemeyen bir organizma veya suş, oksotrofik lizin olarak adlandırılır. Prototrofik lizin suşu, kültür ortamında lizinin varlığından veya yokluğundan bağımsız olarak büyüyecek ve çoğalacaktır.

Temel olarak, bir oksotrofik suş, hayati süreçleri için gerekli olan temel bir maddeyi sentezlemesine izin veren işlevsel bir metabolik yolu kaybetti.

Bu eksiklik genellikle bir mutasyona bağlıdır. Mutasyon, prototrofta bulunan bir maddeyi üretmek için biyolojik kapasiteye sahip olmayan boş bir alel üretir.

Uygulamalar

Biyokimya

Oksotrofik genetik belirteçler genellikle moleküler genetikte kullanılır. Her gen, bir proteini kodlayan bilgileri içerir. Bu, araştırmacılar George Beadle ve Edward Tatum tarafından kendilerine Nobel Ödülü kazandıran çalışmalarında gösterildi.

Genlerin bu özgüllüğü, biyosentetik veya biyokimyasal yolların haritalanmasına izin verir. Bir genin mutasyonu, bir proteinin mutasyonuna yol açar. Bu şekilde, incelenen bakterilerin oksotrofik suşlarında, mutasyonlardan dolayı hangi enzimlerin işlevsiz olduğu belirlenebilir.

Biyosentetik yolları belirlemenin başka bir yöntemi, spesifik amino asitlerin oksotrofik suşlarının kullanılmasıdır. Bu durumlarda, suşların bu tür amino asitlere olan ihtiyacı, kültür ortamındaki proteinlerin doğal olmayan amino asit analoglarını eklemek için kullanılır.

Örneğin, Escherichia coli suşlarının kültürlerinde fenilalanin için oksotrofik olan para-azido fenilalanin yerine fenilalaninin ikamesi.

Oksotrofik belirteçler

Metabolik yapı moleküllerinin biyosentezi için yollara katılan enzimleri kodlayan genlerdeki mutasyonlar, maya ile yapılan genetik deneylerin büyük çoğunluğunda belirteç olarak kullanılmaktadır.

Mutasyonun (oksotrofi) neden olduğu beslenme yetersizliği, büyüme ortamında gerekli besin maddesi sağlanarak telafi edilebilir.

Bununla birlikte, mutasyonlar çeşitli fizyolojik parametreleri etkilediğinden ve sinerjik olarak hareket edebildiğinden, bu tür bir telafi mutlaka nicel değildir.

Bu nedenle, fizyolojik ve metabolik çalışmalarda oksotrofik belirteçleri ortadan kaldırmak ve yanlılığı azaltmak amacıyla prototrofik suşlar elde etmek için çalışmalar yapılmıştır.

Ames testi

Salmonella mutagenez testi olarak da adlandırılan Ames testi, 1970'lerde Bruce N. Ames tarafından bir kimyasalın mutajen olup olmadığını belirlemek için geliştirildi.

Ters mutasyon veya arka mutasyon ilkesine dayanır. Histidine karşı çok sayıda Salmonella typhimurium oksotrofik türü kullanır.

Bir kimyasalın mutasyona neden olma gücü, histidin içeren bir tabak üzerindeki bakterilere uygulanarak ölçülür. Bakteriler daha sonra yeni bir histidinden fakir plağa taşınır.

Madde mutajenik değilse, bakteri yeni plakta üreme göstermeyecektir. Başka bir durumda, histidin oksotrofik bakteriler tekrar prototrofik histidin suşlarına dönüşecektir.

Prototrofik bakteri Salmonella typhimurium kültürü. Alındı ​​ve düzenlendi: Sun14916, Wikimedia Commons'tan

Plakalardaki bakteri üreme oranının muameleli ve muamelesiz olarak karşılaştırılması, bileşiğin bakteriler üzerindeki mutajenik gücünün ölçülmesini mümkün kılar.

Bakterilerdeki bu olası mutajenik etki, insanlar dahil diğer organizmalarda da aynı etkilere neden olma olasılığını gösterir.

Bakteriyel DNA'da bir mutasyona neden olabilen bir bileşiğin kansere neden olabilecek mutasyonlar da üretebileceğine inanılmaktadır.

Ames testinin diğer uygulamaları

Yeni türlerin geliştirilmesi

Yeni bakteri suşları elde etmek için Ames testi uygulanmıştır. Örneğin, nitroredüktaz eksikliği olan suşlar geliştirilmiştir.

Bu suşlar, ksenobiyotik metabolizma ve DNA onarım sistemlerini incelemek için kullanılır. Aktif mutajenler üretmek için nitrogrupların metabolik mekanizmalarının yanı sıra genotoksik bileşiklerin nitrasyon mekanizmalarını değerlendirmek için de faydalı olmuşlardır.

Antimutagenez

Ames testi ayrıca doğal antimutajenleri incelemek ve sınıflandırmak için bir araç olarak kullanılmıştır. Antimutajenler, esas olarak onarım sistemlerini geliştirerek DNA'daki mutajenik lezyonları azaltabilen bileşiklerdir.

Bu şekilde, bu tür bileşikler, kanser gelişiminin ilk adımlarından kaçınıyor. 1980'lerin başından (20. yüzyıl) beri Ames ve arkadaşları, genotoksin azalmalarını ve kanser risklerini antimutajen bakımından zengin bir diyet yoluyla değerlendirmek için çalışmalar yürüttüler.

Yüksek düzeyde antimutajen içeren diyetlere sahip popülasyonların gastroenterik kanser gelişme riskinin daha düşük olduğunu gözlemlediler.

Ames testi, mutajenisiteyi azalttığı bilinen çeşitli bitki özlerini incelemek için yoğun bir şekilde kullanılmıştır. Bu çalışmalar ayrıca bitki bileşenlerinin her zaman güvenli olmadığını göstermiştir. Pek çok yenilebilir bitkinin genotoksik etkileri olduğu gösterilmiştir.

Ames testinin, alternatif tıpta sıklıkla kullanılan doğal bileşiklerin toksik veya antimutajenik etkilerinin saptanmasında da faydalı olduğu gösterilmiştir.

Genotoksik metabolizma çalışmaları

Ames testinin zayıf yönlerinden biri, genotoksik bileşiklerin metabolik aktivasyonunun olmamasıydı. Bununla birlikte, bu sorun, kemirgenlerden hazırlanan CYP ile uyarılan karaciğer homojenatlarının eklenmesiyle çözülmüştür.

CYP, çeşitli maddelerin metabolizmasıyla ilişkili bir hemoproteindir. Bu değişiklik, Ames testine yeni yetenekler ekledi. Örneğin, çeşitli CYP indükleyicileri değerlendirildi ve bu, bu enzimlerin farklı tipte bileşikler tarafından indüklendiğini gösterdi.

Biyolojik sıvılardaki mutajenlerin değerlendirilmesi

Bu testler idrar, plazma ve serum örneklerini kullanır. Amino ilaçlardan in vivo olarak N-nitroso bileşiklerinin oluşumunu değerlendirmek için faydalı olabilirler.

Mesleki mutajenlere, sigara içme alışkanlıklarına ve çevresel kirletici maddelere maruz kalan insan popülasyonlarının epidemiyolojik çalışmalarında da yararlı olabilirler.

Bu testler, örneğin, atık ürünlere maruz kalan işçilerin, su arıtma tesislerinde çalışanlara göre daha yüksek düzeyde üriner mutajenlere sahip olduğunu göstermiştir.

Ayrıca eldiven kullanımının polisiklik aromatik bileşiklere maruz kalan dökümhane işçilerinde mutajen konsantrasyonlarını azalttığını göstermeye hizmet etmiştir.

İdrar mutajenleri çalışmaları da antimutajenik değerlendirme için değerli bir araçtır, çünkü örneğin bu test, C vitamini uygulamasının N-nitroso bileşiklerinin oluşumunu engellediğini göstermiştir.

Ayrıca, bir ay boyunca yeşil çay tüketmenin üriner mutajen konsantrasyonunu azalttığını göstermeye hizmet etti.

Referanslar

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Salmonella / memeli mikrozom mutajenite testi ile kanserojenleri ve mutajenleri saptama yöntemleri. Mutasyon Araştırması / Çevresel Mutagenez ve İlgili Konular.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Yirmi Birinci Yüzyılda Ames Testi. Araştırma ve İncelemeler: Bir Toksikoloji Dergisi.
3. Oksotrofi. Wikipedia'da. Https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy adresinden kurtarıldı.
4. S. Benner (2001). Genetik Ansiklopedisi. Akademik Basın.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Doğal SILAC: Lizin sentez düzenlemesine dayalı prototrof mikroorganizmalardaki proteinlerin metabolik etiketlemesi. Moleküler ve Hücresel Proteomik.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Maya metabolomikleri ve sistem biyolojisi için prototrofik bir silme mutantı koleksiyonu. Doğa Biyoteknolojisi.