La auxotrofia ( griego antiguo : αὐξάνω "aumentar"; τροφή "nutrición") es la incapacidad de un organismo para sintetizar un compuesto orgánico particular requerido para su crecimiento (como lo define la IUPAC ). Un auxótrofo es un organismo que presenta esta característica; auxotrophic es el adjetivo correspondiente. La auxotrofia es lo opuesto a la prototrofia, que se caracteriza por la capacidad de sintetizar todos los compuestos necesarios para el crecimiento.
Las células protótrofas (también denominadas " tipo salvaje ") son productoras autosuficientes de todos los metabolitos necesarios (por ejemplo, aminoácidos , lípidos , cofactores ), mientras que los auxótrofos necesitan estar en un medio con el metabolito que no pueden producir. [1] Por ejemplo, decir que una célula es auxotrófica de metionina significa que debería estar en un medio que contenga metionina o, de lo contrario, no podría replicarse. En este ejemplo, esto se debe a que no puede producir su propia metionina (auxótrofo de metionina). Sin embargo, un protótrofo o una célula prototrófica de metionina podría funcionar y replicarse en un medio con o sin metionina. [2]
La placa de réplica es una técnica que transfiere colonias de una placa a otra en el mismo lugar que la última placa para que las diferentes placas de medios puedan compararse una al lado de la otra. Se utiliza para comparar el crecimiento de las mismas colonias en diferentes placas de medios para determinar en qué entornos la colonia bacteriana puede o no crecer (esto da una idea de las posibles características auxotróficas. El método de replicación en placas implementado por Joshua Lederberg y Esther Lederberg incluyó auxótrofos que eran sensibles a la temperatura; es decir, su capacidad para sintetizar dependía de la temperatura. [3] (Los auxótrofos generalmente no dependen de la temperatura. También pueden depender de otros factores). También es posible que un organismo sea auxótrofo para más de un compuesto orgánico que requiere para el crecimiento. [4]
Aplicaciones
Genética
En genética , se dice que una cepa es auxotrófica si porta una mutación que la hace incapaz de sintetizar un compuesto esencial. Por ejemplo, un mutante de levadura con un gen de la vía de síntesis de uracilo inactivado es un auxótrofo de uracilo (por ejemplo, si el gen de la orotidina 5'-fosfato descarboxilasa de levadura está inactivado, la cepa resultante es un auxótrofo de uracilo). Dicha cepa no puede sintetizar uracilo y solo podrá crecer si el uracilo se puede absorber del medio ambiente. Esto es lo opuesto a un protótrofo de uracilo, o en este caso una cepa de tipo salvaje , que aún puede crecer en ausencia de uracilo. Los marcadores genéticos auxotróficos se utilizan a menudo en genética molecular ; se utilizaron en la famosa obra de Beadle y Tatum , ganadora del premio Nobel, sobre la hipótesis de un gen, una enzima , que conecta mutaciones de genes con mutaciones de proteínas. Esto luego permite el mapeo de la ruta biosintética o bioquímica que puede ayudar a determinar qué enzima o enzimas están mutadas y son disfuncionales en las cepas auxotróficas de bacterias que se están estudiando. [2]
Los investigadores han utilizado cepas de E. coli auxotróficas para aminoácidos específicos para introducir análogos de aminoácidos no naturales en proteínas . Por ejemplo, las células auxotróficas para el aminoácido fenilalanina pueden cultivarse en medios complementados con un análogo tal como para-azido fenilalanina.
Muchos seres vivos, incluidos los humanos, son auxótrofos para grandes clases de compuestos necesarios para el crecimiento y deben obtener estos compuestos a través de la dieta (ver vitamina , nutriente esencial , aminoácido esencial , ácido graso esencial ).
El complejo patrón de evolución de la auxotrofia de vitaminas a través del árbol eucariota de la vida está íntimamente relacionado con la interdependencia entre organismos. [5]
La prueba de mutagenicidad (o prueba de Ames)
La prueba de mutagénesis de Salmonella (prueba de Ames ) utiliza múltiples cepas de Salmonella typhimurium que son auxotróficas a la histidina para probar si una sustancia química determinada puede causar mutaciones al observar su propiedad auxotrófica en respuesta a un compuesto químico añadido. [6] La mutación que causa una sustancia o compuesto químico se mide aplicándola a la bacteria en una placa que contiene histidina y luego moviendo la bacteria a una nueva placa sin suficiente histidina para un crecimiento continuo. Si la sustancia no muta el genoma de la bacteria de auxotrófica a histidina de nuevo a prototrófica a histidina, entonces las bacterias no mostrarían crecimiento en la nueva placa. Entonces, al comparar la proporción de bacterias en la placa nueva con la placa anterior y la misma proporción para el grupo de control, es posible cuantificar qué tan mutagénica es una sustancia, o más bien, qué tan probable es que cause mutaciones en el ADN. [7] Una sustancia química se considera positiva para la prueba de Ames si causa mutaciones que aumentan la tasa de reversión observada y negativa si se presenta de manera similar al grupo de control. Se espera un número normal, pero pequeño, de colonias revertidas cuando una bacteria auxotrófica se coloca en placa en un medio sin el metabolito que necesita porque podría mutar de nuevo a prototrofia. Las posibilidades de que esto ocurra son bajas y, por tanto, provocan la formación de colonias muy pequeñas. Sin embargo, si se agrega una sustancia mutagénica, el número de revertientes sería visiblemente mayor que sin la sustancia mutagénica. La prueba de Ames, básicamente, se considera positiva si una sustancia aumenta la posibilidad de mutación en el ADN de la bacteria lo suficiente como para causar una diferencia cuantificable en los revertientes de la placa de mutágeno y la placa del grupo de control. La prueba de Ames negativa significa que el posible mutágeno DID no causó un aumento en los revertientes y la prueba de Ames positiva significa que el posible mutágeno DID aumenta la posibilidad de mutación. Estos efectos mutagénicos sobre las bacterias se investigan como un posible indicador de los mismos efectos en organismos más grandes, como los humanos. Se sugiere que si puede surgir una mutación en el ADN bacteriano en presencia de un mutágeno, se produciría el mismo efecto para organismos más grandes que causan cáncer. [6] Un resultado negativo de la prueba de Ames podría sugerir que la sustancia no es un mutágeno y no causaría la formación de tumores en los organismos vivos. Sin embargo, solo unos pocos de los productos químicos resultantes de la prueba de Ames positiva se consideraron insignificantes cuando se probaron en organismos más grandes, pero la prueba de Ames positiva para bacterias aún no pudo vincularse de manera concluyente a la expresión del cáncer en organismos más grandes. Si bien puede ser un posible determinante de tumores para organismos vivos, humanos, animales, etc., se deben completar más estudios para llegar a una conclusión. [8]
Métodos basados en auxotrofia para incorporar aminoácidos no naturales en proteínas y proteomas.
Un gran número de aminoácidos no naturales, que son similares a sus homólogos canónicos en forma, tamaño y propiedades químicas, se introducen en las proteínas recombinantes por medio de huéspedes de expresión auxotróficos. [9] Por ejemplo, las cepas auxotróficas de Escherichia coli con metionina (Met) o triptófano (Trp) se pueden cultivar en un medio mínimo definido. En esta configuración experimental, es posible expresar proteínas recombinantes cuyos residuos canónicos de Trp y Met están completamente sustituidos con diferentes análogos relacionados suplementados con el medio. [10] Esta metodología conduce a una nueva forma de ingeniería de proteínas, que no se realiza mediante manipulación de codones a nivel de ADN (por ejemplo, mutagénesis dirigida por oligonucleótidos), sino mediante reasignaciones de codones a nivel de traducción de proteínas bajo presión selectiva eficiente. [11] Por lo tanto, el método se denomina incorporación de presión selectiva (SPI). [12]
Ningún organismo estudiado hasta ahora codifica otros aminoácidos que los veinte canónicos; Se insertan dos aminoácidos canónicos adicionales (selenocisteína, pirrolisina) en las proteínas recodificando las señales de terminación de la traducción. Este límite puede cruzarse mediante la evolución adaptativa en el laboratorio de cepas microbianas auxotróficas metabólicamente estables. Por ejemplo, el primer intento claramente exitoso de desarrollar Escherichia coli que pueda sobrevivir únicamente con el aminoácido antinatural tieno [3,2-b] pirrolil) alanina como único sustituto del triptófano se realizó en 2015 [13].
En la cultura popular
La película de 1993 Jurassic Park (basada en la novela homónima de Michael Crichton de 1990 ) presenta dinosaurios que fueron alterados genéticamente para que no pudieran producir el aminoácido lisina . [14] Esto se conocía como la "contingencia de lisina" y se suponía que evitaba que los dinosaurios clonados sobrevivieran fuera del parque, lo que los obligaba a depender de los suplementos de lisina proporcionados por el personal veterinario del parque. En realidad, ningún animal es capaz de producir lisina (es un aminoácido esencial ). [15]
Ver también
- Autótrofo
- Braditrofo
Notas al pie
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- ^ Kirkland, David; Zeiger, Errol; Madia, Federica; Gooderham, Nigel; Kasper, Peter; Lynch, Anthony; Morita, Takeshi; Ouedraogo, Gladys; Morte, Juan Manuel Parra (2014). "¿Se pueden utilizar los resultados de la prueba de genotoxicidad de células de mamíferos in vitro para complementar los resultados positivos en la prueba de Ames y ayudar a predecir la actividad carcinógena o genotóxica in vivo? I. Informes de bases de datos individuales presentados en un taller de EURL ECVAM" . Investigación de mutaciones / toxicología genética y mutagénesis ambiental . 775–776: 55–68. doi : 10.1016 / j.mrgentox.2014.10.005 . PMID 25435356 .
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enlaces externos
- "Regulación de la clatrina endosomal y el endosoma mediado por retrómeros al transporte retrógrado de Golgi por la proteína de dominio J RME-8" - The EMBO Journal
- "Efectos pleiotrópicos de la auxotrofia de purina en Rhizobium meliloti sobre las moléculas de la superficie celular" - Springerlink
- "Auxotrofia y compuestos orgánicos en la nutrición del fitoplancton marino"