- aplicacions
- Bioquímica
- marcadors auxotróficos
- La prova d'Ames
- Altres aplicacions a la prova d'Ames
- Desenvolupament de nous ceps
- Antimutagénesis
- Estudis de el metabolisme genotòxic
- Avaluació de mutàgens en fluids biològics
- referències
Els protótrofos són organismes o cèl·lules que són capaços de produir els aminoàcids que requereixen per als seus processos vitals. Aquest terme s'empra generalment en relació amb alguna substància en particular. És oposat a terme auxótrofo.
Aquest últim terme és emprat per definir a un microorganisme que és capaç de créixer i multiplicar-se en un mitjà de cultiu només si a aquest se li ha afegit un nutrient específic. En el cas de l'protótrofo, pot prosperar sense aquesta substància perquè és capaç de produir-la ell mateix.
Comparació simple entre auxótrofo i protótrofo. Presa i editada de: Akardoust, from Wikimedia Commons.
Un organisme o un cep, per exemple, incapaç de créixer en absència de lisina, seria denominada lisina auxotrófica. El cep lisina prototrófica, per la seva banda creixerà i podrà reproduir independentment de la presència o absència de lisina en el medi de cultiu.
Bàsicament, un cep auxotrófica ha perdut una ruta metabòlica funcional que li permetia sintetitzar una substància fonamental, indispensable per als seus processos vitals.
Aquesta mancança es deu, generalment, a una mutació. La mutació genera un al·lel nul que no posseeix la capacitat biològica de produir una substància present en el protótrofo.
aplicacions
Bioquímica
Els marcadors genètics auxotróficos s'usen sovint en genètica molecular. Cada gen conté la informació que codifica una proteïna. Això va ser demostrat pels investigadors George Beadle i Edward Tatum, a la feina que els va fer creditors de el premi Nobel.
Aquesta especificitat dels gens permet el mapeig de rutes biosintètiques o bioquímiques. Una mutació d'un gen comporta a una mutació d'una proteïna. D'aquesta manera, es pot determinar en els ceps auxotróficas dels bacteris que s'estudien quins enzims són disfuncionals a causa de les mutacions.
Un altre mètode per determinar rutes biosintètiques, és l'ocupació de ceps auxotróficas d'aminoàcids específics. En aquests casos, s'aprofita la necessitat de tals aminoàcids per part dels ceps per afegir aminoàcids anàlegs no naturals de les proteïnes en els mitjans de cultiu.
Per exemple, la substitució de fenilalanina per per-azido fenilalanina en cultius de soques d'Escherichia coli auxotróficas per fenilalanina.
marcadors auxotróficos
Les mutacions dins dels gens que codifiquen enzims que participen en vies per a la biosíntesi de molècules de construcció metabòliques, són usades com a marcadors en la gran majoria dels experiments genètics amb llevat.
La deficiència nutricional causada per la mutació (auxotrófia) es pot compensar subministrant el nutrient requerit en el medi de creixement.
No obstant això, tal compensació no és necessàriament quantitativa perquè les mutacions influeixen en diversos paràmetres fisiològics i poden actuar de forma sinèrgica.
A causa d'això, s'han realitzat estudis per obtenir ceps prototróficas amb vista a eliminar els marcadors auxotróficos i reduir el biaix en els estudis fisiològics i metabòlics.
La prova d'Ames
La prova d'Ames, també anomenada prova de mutagènesi de Salmonella, va ser desenvolupada per Bruce N. Ames en la dècada de 1970 per determinar si un químic és un mutagen.
Es basa en el principi de mutació inversa o mutació posterior. Empra múltiples soques de Salmonella typhimurium auxotróficas a la histidina.
El poder d'una substància química per causar mutació es mesura aplicant-la als bacteris en una placa que conté histidina. Els bacteris són posteriorment mogudes a una nova placa pobra en histidina.
Si la substància no és mutagènica, els bacteris no mostrarien creixement en la nova placa. En un altre cas, els bacteris auxotróficas a histidina mutessin de nou a ceps prototróficas a histidina.
Cultiu del bacteri protótrofa Salmonella typhimurium. Presa i editada de: Sun14916, from Wikimedia Commons
La comparació de la proporció de creixement bacterià en plaques amb i sense tractament, permet quantificar el poder mutagènic de l'compost sobre els bacteris.
Aquest possible efecte mutagènic en bacteris indica la possibilitat que causi els mateixos efectes en altres organismes, incloent els humans.
Es creu que un compost que és capaç de causar una mutació en l'ADN bacterià, també pot ser capaç de produir mutacions que puguin causar càncer.
Altres aplicacions a la prova d'Ames
Desenvolupament de nous ceps
La prova d'Ames ha estat aplicada per a l'obtenció de noves soques bacterianes. Per exemple, s'han desenvolupat ceps deficients en nitrorreductasas.
Aquestes soques són usades per estudiar el metabolisme dels xenobiòtics i els sistemes de reparació de l'ADN. També han estat útils per avaluar els mecanismes metabòlics dels nitrogrupos per produir mutàgens actius, així com els mecanismes de nitració de compostos genotòxics.
Antimutagénesis
La prova d'Ames també ha estat emprada com una eina per estudiar i classificar els antimutágenos naturals. Els antimutágenos són compostos que poden reduir les lesions mutagèniques en l'ADN, principalment a l'millorar els seus sistemes de reparació.
D'aquesta manera, com compostos eviten els passos inicials de el desenvolupament de el càncer. Des de principis dels anys 80 (de el segle XX), Ames i col·laboradors han realitzat estudis per avaluar les reduccions de genotoxinas i riscos de càncer a través d'una dieta rica en antimutágenos.
Van observar que poblacions que tenien dietes amb alts nivells de antimutágenos presentaven menys riscos de desenvolupar càncer gastroentèric.
La prova Ames ha estat emprada àmpliament per estudiar diversos extractes de plantes que se sap que redueixen la mutagenicitat. Aquests estudis també han demostrat que els components de les plantes no sempre són innocus. Moltes plantes comestibles han demostrat tenir efectes genotòxics.
La prova d'Ames també ha mostrat ser útil per detectar els efectes tòxics o antimutagènics dels compostos naturals que s'empren amb freqüència en la medicina alternativa.
Estudis de el metabolisme genotòxic
Una de les debilitats de la prova d'Ames era la manca d'activació metabòlica dels compostos genotòxics. No obstant això, aquest problema ha estat resolt mitjançant l'addició d'homogeneïtzats de fetge induïts per CYP preparats a partir de rosegadors.
CYP és una hemoproteína associada a el metabolisme de diverses substàncies. Aquesta modificació va afegir noves capacitats a la prova d'Ames. Per exemple, s'han avaluat diversos inductors de CYP, que van mostrar que aquests enzims són induïdes per diferents tipus de compostos.
Avaluació de mutàgens en fluids biològics
Aquestes proves fan servir mostres d'orina, plasma i sèrum. Poden ser útils per avaluar la formació de compostos N-nitrós in vivo a partir de fàrmacs aminats.
També poden ser útils en estudis epidemiològics de poblacions humanes exposades a mutàgens ocupacionals, hàbits de fumar i exposició a contaminants ambientals.
Gràcies a aquestes proves s'ha demostrat, per exemple, que treballadors exposats a productes de rebuig presenten nivells més alts de mutàgens urinaris que els que treballaven en instal·lacions de tractament d'aigua.
També ha servit per demostrar que l'ús de guants redueix les concentracions de mutàgens en treballadors de fosa exposats a compostos policíclics aromàtics.
Els estudis de mutàgens urinaris també són una eina valuosa per a l'avaluació antimutagènica, ja que, per exemple, amb aquesta prova es va demostrar que l'administració de vitamina C inhibeix la formació de compostos N-nitrosos.
També va servir per demostrar que el consum de te verd durant un mes redueix la concentració de mutàgens urinaris.
referències
- BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Methods for Detecting carcinogens and mutagens with the salmonel·la / mammalian-microsome mutagenicity test. Mutation Research / Environmental mutagènesi and Related Subjects.
- B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). The Ames Test in Twenty-first Century. Research & Reviews: A Journal of Toxicology.
- Auxotrophy. En Wikipedia. Recuperat de
- S. Benner (2001). Encyclopedia of Genetics. Academic Press.
- F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). Native SILAC: Metabolic labeling of proteins in prototroph Microorganisms based on lysine synthesis regulation. Molecular & Cellular Proteomics.
- M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). A prototrophic deletion mutant collection for yeast metabolòmica and systems biology. Nature Biotechnology.