ما هو البروتوتروف وما هي تطبيقاته؟ - مادة الاحياء - 2025

و prototrophs والكائنات الحية أو الخلايا التي هي قادرة على انتاج الأحماض الأمينية التي تتطلب لعمليات حياتهم. يستخدم هذا المصطلح بشكل عام فيما يتعلق بمادة معينة. إنه عكس مصطلح auxotroph.

يستخدم هذا المصطلح الأخير لتعريف الكائن الدقيق القادر على النمو والتكاثر في وسط مستنبت فقط إذا تمت إضافة عنصر غذائي معين إليه. في حالة البروتوتروف ، يمكن أن تزدهر بدون هذه المادة لأنها قادرة على إنتاجها بنفسها.

مقارنة بسيطة بين auxotroph و prototroph. مأخوذة وتحرير من: Akardoust ، من ويكيميديا ​​كومنز.

كائن حي أو سلالة ، على سبيل المثال ، غير قادرة على النمو في غياب ليسين ، يمكن أن تسمى ليسين مساعد. ستنمو سلالة اللايسين البدائية من جانبها وتتكاثر بشكل مستقل عن وجود أو عدم وجود ليسين في وسط الاستزراع.

في الأساس ، فقدت السلالة المساعدة مسارًا استقلابيًا وظيفيًا سمح لها بتوليف مادة أساسية ضرورية لعملياتها الحيوية.

هذا النقص بشكل عام بسبب طفرة. تولد الطفرة أليلًا لا يمتلك القدرة البيولوجية على إنتاج مادة موجودة في البروتوتروف.

التطبيقات

الكيمياء الحيوية

غالبًا ما تستخدم الواسمات الجينية المساعدة في علم الوراثة الجزيئي. يحتوي كل جين على المعلومات التي ترمز للبروتين. وقد أظهر ذلك الباحثان جورج بيدل وإدوارد تاتوم في عملهما الذي أكسبهما جائزة نوبل.

تسمح خصوصية الجينات هذه برسم خرائط لمسارات التخليق الحيوي أو الكيمياء الحيوية. تؤدي طفرة الجين إلى حدوث طفرة في البروتين. وبهذه الطريقة ، يمكن تحديد الإنزيمات التي تعاني من خلل وظيفي بسبب الطفرات في السلالات المساعدة للبكتيريا قيد الدراسة.

طريقة أخرى لتحديد مسارات التخليق الحيوي هي استخدام سلالات مساعدة من أحماض أمينية معينة. في هذه الحالات ، يتم استغلال حاجة السلالات لمثل هذه الأحماض الأمينية لإضافة نظائر الأحماض الأمينية غير الطبيعية للبروتينات في وسط المزرعة.

على سبيل المثال ، استبدال فينيل ألانين لبارا أزيدو فينيل ألانين في ثقافات الإشريكية القولونية سلالات مساعدة للفينيل ألانين.

علامات مساعدة

تُستخدم الطفرات داخل الجينات التي تشفر الإنزيمات التي تشارك في مسارات التخليق الحيوي لجزيئات البناء الأيضي كواسمات في الغالبية العظمى من التجارب الجينية مع الخميرة.

يمكن تعويض النقص الغذائي الناجم عن الطفرة (الضمور المساعد) عن طريق توفير العناصر الغذائية المطلوبة في وسط النمو.

ومع ذلك ، فإن هذا التعويض ليس بالضرورة كميًا لأن الطفرات تؤثر على العديد من المعلمات الفسيولوجية ويمكن أن تعمل بشكل تآزري.

لهذا السبب ، أجريت دراسات للحصول على سلالات أولية بهدف القضاء على العلامات المساعدة وتقليل التحيز في الدراسات الفسيولوجية والتمثيل الغذائي.

اختبار أميس

تم تطوير اختبار Ames ، الذي يُطلق عليه أيضًا اختبار تحور السالمونيلا ، بواسطة Bruce N. Ames في السبعينيات لتحديد ما إذا كانت المادة الكيميائية مطفرة.

يقوم على مبدأ الطفرة العكسية أو الطفرة الخلفية. يستخدم سلالات متعددة من Salmonella typhimurium auxotrophic to histidine.

تُقاس قدرة مادة كيميائية على إحداث طفرة بتطبيقها على البكتيريا الموجودة على صفيحة تحتوي على الهيستيدين. يتم بعد ذلك نقل البكتيريا إلى طبقة جديدة فقيرة من مادة الهيستيدين.

إذا لم تكن المادة مطفرة ، فلن تظهر البكتيريا نموًا على اللويحة الجديدة. في حالة أخرى ، ستتحول بكتيريا الهيستيدين المساعدة مرة أخرى إلى سلالات هيستيدين أولية التغذية.

زراعة بكتيريا السالمونيلا تيفيموريوم بدائية التغذية. مأخوذة وتحرير من: Sun14916 ، من ويكيميديا ​​كومنز

تتيح المقارنة بين نسبة النمو البكتيري في الصفائح مع العلاج وبدونه إمكانية تحديد قوة الطفرات الوراثية للمركب على البكتيريا.

يشير هذا التأثير المطفر المحتمل في البكتيريا إلى إمكانية التسبب في نفس التأثيرات في الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك البشر.

يُعتقد أن المركب القادر على إحداث طفرة في الحمض النووي البكتيري قد يكون قادرًا أيضًا على إنتاج طفرات يمكن أن تسبب السرطان.

تطبيقات أخرى لاختبار أميس

تطوير سلالات جديدة

تم تطبيق اختبار أميس للحصول على سلالات بكتيرية جديدة. على سبيل المثال ، تم تطوير سلالات ناقصة النيتروجينتاز.

تستخدم هذه السلالات لدراسة التمثيل الغذائي للأحياء الغريبة وأنظمة إصلاح الحمض النووي. لقد كانت مفيدة أيضًا في تقييم آليات التمثيل الغذائي للمجموعات النيتروجينية لإنتاج المطفرات النشطة ، وكذلك آليات نترات المركبات السامة للجينات.

Antimutagenesis

تم استخدام اختبار أميس أيضًا كأداة لدراسة وتصنيف مضادات المخثرات الطبيعية. مضادات المخثرات هي مركبات يمكن أن تقلل الآفات الطفرية في الحمض النووي ، وذلك عن طريق تحسين أنظمة إصلاحها بشكل أساسي.

بهذه الطريقة ، تتجنب هذه المركبات الخطوات الأولية لتطور السرطان. منذ أوائل الثمانينيات (القرن العشرين) ، أجرى أميس وآخرون دراسات لتقييم التخفيضات من السموم الجينية ومخاطر الإصابة بالسرطان من خلال نظام غذائي غني بمضادات الأدوية.

لاحظوا أن السكان الذين لديهم نظام غذائي يحتوي على مستويات عالية من مضادات الفطريات لديهم مخاطر أقل للإصابة بسرطان المعدة والأمعاء.

تم استخدام اختبار أميس على نطاق واسع لدراسة المستخلصات النباتية المختلفة المعروفة بتقليل الطفرات الجينية. أظهرت هذه الدراسات أيضًا أن مكونات النبات ليست آمنة دائمًا. ثبت أن العديد من النباتات الصالحة للأكل لها تأثيرات سامة وراثية.

كما ثبت أن اختبار أميس مفيد في الكشف عن التأثيرات السامة أو المضادة للطفرات للمركبات الطبيعية التي كثيرًا ما تستخدم في الطب البديل.

دراسات التمثيل الغذائي السامة للجينات

كانت إحدى نقاط الضعف في اختبار أميس هي نقص التنشيط الأيضي للمركبات السامة للجينات. ومع ذلك ، تم حل هذه المشكلة عن طريق إضافة متجانسات الكبد التي يسببها CYP المحضرة من القوارض.

CYP هو بروتين دم مرتبط بعملية التمثيل الغذائي للمواد المختلفة. أضاف هذا التعديل قدرات جديدة لاختبار أميس. على سبيل المثال ، تم تقييم محرضات مختلفة لـ CYPs ، مما أظهر أن هذه الإنزيمات يتم تحفيزها بواسطة أنواع مختلفة من المركبات.

تقييم المطفرات في السوائل البيولوجية

تستخدم هذه الاختبارات عينات البول والبلازما والمصل. يمكن أن تكون مفيدة لتقييم تكوين مركبات N-nitroso في الجسم الحي من الأدوية الأمينية.

يمكن أن تكون مفيدة أيضًا في الدراسات الوبائية للسكان البشريين المعرضين للطفرات المهنية وعادات التدخين والتعرض للملوثات البيئية.

أظهرت هذه الاختبارات ، على سبيل المثال ، أن العمال المعرضين للنفايات لديهم مستويات أعلى من المطفرات البولية من أولئك الذين عملوا في مرافق معالجة المياه.

وقد ساعد أيضًا في إثبات أن استخدام القفازات يقلل من تركيزات المطفرات في عمال المسابك المعرضين لمركبات عطرية متعددة الحلقات.

تعد دراسات المطفرات البولية أيضًا أداة قيمة لتقييم مضادات الجراثيم ، حيث أظهر هذا الاختبار ، على سبيل المثال ، أن إعطاء فيتامين C يمنع تكوين مركبات N-nitroso.

كما أنه أثبت أن تناول الشاي الأخضر لمدة شهر يقلل من تركيز المطفرات البولية.

المراجع

1. بي إن أميس ، ج. ماكان ، إي ياماساكي (1975). طرق الكشف عن المواد المسببة للسرطان والمطفرة باستخدام اختبار طفرات السالمونيلا / الثدييات الدقيقة. أبحاث الطفرات / الطفرات البيئية والمواضيع ذات الصلة.
2. B. Arriaga-Alba، R. Montero-Montoya، JJ Espinosa (2012). اختبار أميس في القرن الحادي والعشرين. الأبحاث والمراجعات: مجلة علم السموم.
3. مساعدة. على ويكيبيديا. تم الاسترجاع من
4. بينر (2001). موسوعة علم الوراثة. الصحافة الأكاديمية.
5. Fröhlich، R. Christiano، TC Walther (2013). SILAC الأصلي: وضع العلامات الأيضية للبروتينات في الكائنات الحية الدقيقة الأولية بناءً على تنظيم تخليق ليسين. البروتينات الجزيئية والخلوية.
6. إم مولدر ، إف كابوانو ، بي بير ، إس. كريستين ، يو سوير ، إس جي أوليفر ، إم رالسر (2012). مجموعة متحولة حذف التغذية الأولية لاستقلاب الخميرة وبيولوجيا الأنظمة. التكنولوجيا الحيوية الطبيعة.