AUXOTROPH: الأصل والمثال والتطبيقات - مادة الاحياء - 2025

و عوني التغذي هو قال الكائنات الحية الدقيقة التي ليست قادرة على تجميع نوع معين من المواد الغذائية أو عضوي أساسي مكون لنمو الفرد. لذلك ، يمكن أن تتكاثر هذه السلالة فقط إذا تمت إضافة المغذيات إلى وسط المزرعة. هذا المطلب الغذائي هو نتيجة طفرة في المادة الوراثية.

ينطبق هذا التعريف بشكل عام على شروط محددة. على سبيل المثال ، نقول أن الكائن الحي هو مساعد التغذية للفالين ، مما يشير إلى أن الفرد المعني يحتاج إلى هذا الحمض الأميني ليتم تطبيقه في وسط الاستزراع ، لأنه غير قادر على إنتاجه بنفسه.

المصدر: pixabay.com

وبهذه الطريقة ، يمكننا التفريق بين نمطين ظاهريين: "المتحولة" ، والتي تتوافق مع الفالين auxotroph - مع الأخذ في الاعتبار مثالنا الافتراضي السابق ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون مساعدًا لأي عنصر غذائي - و "الأصلي" أو البري ، والذي يمكنه توليف بشكل صحيح حمض أميني. هذا الأخير يسمى بروتوتروف.

يحدث نقص التغذية بسبب طفرة معينة تؤدي إلى فقدان القدرة على تخليق عنصر ، مثل حمض أميني أو مكون عضوي آخر.

في علم الوراثة ، الطفرة هي تغيير أو تعديل في تسلسل الحمض النووي. بشكل عام ، تعمل الطفرة على تعطيل نشاط إنزيم رئيسي في مسار اصطناعي.

كيف تنشأ الكائنات المساعدة؟

بشكل عام ، تتطلب الكائنات الحية الدقيقة سلسلة من العناصر الغذائية الأساسية لنموها. الحد الأدنى من احتياجاتك هو دائمًا مصدر للكربون ومصدر للطاقة وأيونات مختلفة.

الكائنات الحية التي تحتاج إلى مغذيات إضافية عن العناصر الأساسية هي مواد مساعدة لهذه المادة وتسببها طفرات في الحمض النووي.

لا تؤثر جميع الطفرات التي تحدث في المادة الجينية للكائن الحي على قدرته على النمو ضد مغذٍ معين.

قد تحدث طفرة وليس لها أي تأثير على النمط الظاهري للكائن الدقيق - وتعرف هذه الطفرات الصامتة ، لأنها لا تغير تسلسل البروتين.

وبالتالي ، فإن الطفرة تؤثر على جين معين جدًا يشفر بروتينًا أساسيًا لمسار التمثيل الغذائي الذي يصنع مادة أساسية للجسم. يجب أن تؤدي الطفرة المتولدة إلى تعطيل الجين أو التأثير على البروتين.

يؤثر بشكل عام على الإنزيمات الرئيسية. يجب أن تنتج الطفرة تغييرًا في تسلسل الحمض الأميني الذي يغير بشكل كبير بنية البروتين وبالتالي يلغي وظائفه. يمكن أن يؤثر أيضًا على الموقع النشط للإنزيم.

أمثلة في

S. cerevisiae هو فطر وحيد الخلية يعرف شعبيا باسم خميرة البيرة. يتم استخدامه لتصنيع المنتجات الصالحة للأكل للبشر مثل الخبز والبيرة.

بفضل فائدته ونموه السهل في المختبر ، فهو أحد النماذج البيولوجية الأكثر استخدامًا ، ولهذا السبب من المعروف أن طفرات معينة هي سبب الضمور العضلي.

Auxotrophs للهستيدين

الهيستيدين (يُختصر في التسمية المكونة من حرف واحد كـ H وثلاثة أحرف كـ His) هو أحد الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل البروتينات. تتكون مجموعة R لهذا الجزيء من مجموعة إيميدازول موجبة الشحنة.

على الرغم من أنه في الحيوانات ، بما في ذلك البشر ، يعتبر من الأحماض الأمينية الأساسية - أي أنها لا تستطيع تصنيعه ويجب أن تدمجه من خلال النظام الغذائي - إلا أن الكائنات الحية الدقيقة لديها القدرة على تصنيعه.

يقوم جين HIS3 في هذه الخميرة بترميز إنزيم إيميدازول فوسفات فوسفات ديهيدروجينيز ، الذي يشارك في مسار تخليق حمض الهيستيدين الأميني.

تؤدي الطفرات في هذا الجين (his3 ^-) إلى ضمور الهيستيدين. وبالتالي ، فإن هذه المسوخات غير قادرة على التكاثر في وسط يفتقر إلى المغذيات.

Auxotrophs للتربتوفان

وبالمثل ، فإن التربتوفان هو حمض أميني مسعور يحتوي على مجموعة إندول كمجموعة R. مثل الأحماض الأمينية السابقة ، يجب دمجه في النظام الغذائي للحيوانات ، لكن الكائنات الحية الدقيقة يمكنها تصنيعه.

رموز الجين TRP1 لإنزيم فوسفوريبوزيل أنثرانيلات أيزوميراز ، الذي يشارك في مسار التربتوفان الابتنائي. عندما يحدث تغيير في هذا الجين ، يتم الحصول على طفرة trp1 ^- والتي تعطل الجسم لتخليق الحمض الأميني.

Auxotrophs للبيريميدين

البيريميدين هي مركبات عضوية تشكل جزءًا من المادة الوراثية للكائنات الحية. على وجه التحديد ، توجد في القواعد النيتروجينية ، وتشكل جزءًا من الثايمين والسيتوزين واليوراسيل.

في هذه الفطريات ، ترمز الجينات URA3 لأنزيم orotidine-5'-phosphate decarboxylase. هذا البروتين مسؤول عن تحفيز خطوة في تخليق دي نوفو للبيريميدين. لذلك ، فإن الطفرات التي تؤثر على هذا الجين تسبب ضمور اليوريدين أو اليوراسيل.

اليوريدين مركب ناتج عن اتحاد اليوراسيل ذو القاعدة النيتروجينية مع حلقة الريبوز. كلا الهيكلين مرتبطان برابطة جليكوسيدية.

التطبيقات

Auxotrophy هي خاصية مفيدة للغاية في الدراسات المتعلقة بعلم الأحياء الدقيقة ، لاختيار الكائنات الحية في المختبر.

يمكن تطبيق هذا المبدأ نفسه على النباتات ، حيث يتم من خلال الهندسة الوراثية إنشاء فرد مساعد ، إما للميثيونين ، والبيوتين ، والأوكسين ، إلخ.

التطبيق في الهندسة الوراثية

تستخدم المسوخات المساعدة على نطاق واسع في المختبرات حيث يتم تنفيذ بروتوكولات الهندسة الوراثية. أحد أهداف هذه الممارسات الجزيئية هو تعليم البلازميد الذي أنشأه الباحث في نظام بدائيات النواة. يُعرف هذا الإجراء باسم "تكملة التغذية المساعدة".

البلازميد هو جزيء دنا دائري ، نموذجي للبكتيريا ، يتكاثر بشكل مستقل. يمكن أن تحتوي البلازميدات على معلومات مفيدة تستخدمها البكتيريا ، على سبيل المثال مقاومة بعض المضادات الحيوية أو الجين الذي يسمح لها بتوليف عنصر غذائي مهم.

يمكن للباحثين الذين يرغبون في إدخال البلازميد في بكتيريا استخدام سلالة مساعدة لمغذيات معينة. المعلومات الوراثية اللازمة لتخليق المغذيات مشفرة في البلازميد.

بهذه الطريقة ، يتم تحضير وسيط ضئيل (لا يحتوي على العناصر الغذائية التي لا تستطيع السلالة الطافرة تصنيعها) ويتم زرع البذرة في البكتيريا بالبلازميد.

فقط البكتيريا التي دمجت هذا الجزء من DNA البلازميد ستكون قادرة على النمو في الوسط ، بينما البكتيريا التي فشلت في التقاط البلازميد ستموت بسبب نقص المغذيات.

المراجع

1. Benito ، C. ، & Espino ، FJ (2012). علم الوراثة والمفاهيم الأساسية. افتتاحية Médica Panamericana.
2. Brock، TD، & Madigan، MT (1993). علم الاحياء المجهري. Prentice-Hall Hispanoamericana و.
3. Griffiths، AJ، Wessler، SR، Lewontin، RC، Gelbart، WM، Suzuki، DT، & Miller، JH (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
4. إزكويردو روجو ، م. (2001). الهندسة الوراثية ونقل الجينات. هرم.
5. مولينا ، JLM (2018). 90 حل مشاكل الهندسة الوراثية. جامعة ميغيل هيرنانديز.
6. Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. افتتاحية Médica Panamericana.