Apa itu prototrof dan apa aplikasinya?

prototrof adalah organisme atau sel yang mampu menghasilkan asam amino yang membutuhkan untuk proses hidup mereka. Istilah ini umumnya digunakan dalam kaitannya dengan beberapa zat tertentu. Ini kebalikan dari istilah auksotrof.

Istilah terakhir ini digunakan untuk mendefinisikan mikroorganisme yang mampu tumbuh dan berkembang biak dalam media kultur hanya jika nutrisi tertentu telah ditambahkan ke dalamnya. Dalam kasus prototrof, ia dapat berkembang tanpa zat tersebut karena ia mampu memproduksinya sendiri.

Perbandingan sederhana antara auksotrof dan prototrof. Diambil dan diedit dari: Akardoust [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons.

Organisme atau strain, misalnya, tidak dapat tumbuh tanpa adanya lisin, akan disebut lisin auksotrofik. Strain lisin prototrofik, pada bagiannya, akan tumbuh dan dapat bereproduksi secara independen dari ada atau tidak adanya lisin dalam media kultur.

Pada dasarnya, strain auxotrophic telah kehilangan jalur metabolisme fungsional yang memungkinkannya mensintesis zat fundamental, penting untuk proses vitalnya.

Kekurangan ini umumnya karena mutasi. Mutasi menghasilkan alel nol yang tidak memiliki kapasitas biologis untuk menghasilkan zat yang ada di prototrof.

Indeks artikel

Kegunaan

Biokimia

Penanda genetik auksotrofik sering digunakan dalam genetika molekuler. Setiap gen berisi informasi yang mengkode protein. Hal ini ditunjukkan oleh peneliti George Beadle dan Edward Tatum, dalam karya yang membuat mereka mendapatkan Hadiah Nobel.

Kekhususan gen ini memungkinkan pemetaan jalur biosintetik atau biokimia. Mutasi gen menyebabkan mutasi protein. Dengan cara ini, dapat ditentukan pada strain bakteri auksotrofik yang sedang dipelajari enzim mana yang tidak berfungsi karena mutasi.

Metode lain untuk menentukan jalur biosintetik adalah penggunaan strain auxotrophic dari asam amino tertentu. Dalam kasus ini, kebutuhan asam amino tersebut oleh galur dimanfaatkan untuk menambahkan analog asam amino tidak alami dari protein dalam media kultur.

Misalnya, substitusi fenilalanin untuk para-azido fenilalanin dalam kultur Escherichia coli strain auxotrophic untuk fenilalanin.

Penanda auksotrofik

Mutasi di dalam gen yang mengkode enzim yang berpartisipasi dalam jalur biosintesis molekul pembangun metabolisme digunakan sebagai penanda di sebagian besar eksperimen genetik dengan ragi.

Kekurangan nutrisi yang disebabkan oleh mutasi (auxotrophy) dapat dikompensasi dengan menyediakan nutrisi yang dibutuhkan dalam media pertumbuhan.

Namun, kompensasi tersebut belum tentu kuantitatif karena mutasi mempengaruhi beberapa parameter fisiologis dan dapat bertindak secara sinergis.

Karena itu, penelitian telah dilakukan untuk mendapatkan galur prototrofik dengan maksud untuk menghilangkan penanda auxotrophic dan mengurangi bias dalam studi fisiologis dan metabolik.

Tes Ames

Tes Ames, juga disebut tes Salmonella mutagenesis , dikembangkan oleh Bruce N. Ames pada 1970-an untuk menentukan apakah suatu bahan kimia adalah mutagen.

Ini didasarkan pada prinsip mutasi terbalik atau mutasi posterior. Ini menggunakan beberapa strain Salmonella typhimurium auxotrophic untuk histidin.

Kekuatan bahan kimia untuk menyebabkan mutasi diukur dengan menerapkannya pada bakteri di piring yang mengandung histidin. Bakteri kemudian dipindahkan ke plak baru yang miskin histidin.

Jika zat tersebut tidak bersifat mutagenik, bakteri tidak akan menunjukkan pertumbuhan pada plak baru. Dalam kasus lain, bakteri histidin auxotrophic akan kembali bermutasi menjadi strain histidin prototrofik.

Kultur bakteri prototrofik Salmonella typhimurium. Diambil dan diedit dari: Sun14916 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Perbandingan proporsi pertumbuhan bakteri di piring dengan dan tanpa pengobatan memungkinkan untuk mengukur kekuatan mutagenik senyawa pada bakteri.

Kemungkinan efek mutagenik pada bakteri ini menunjukkan kemungkinan menyebabkan efek yang sama pada organisme lain, termasuk manusia.

Dipercaya bahwa suatu senyawa yang mampu menyebabkan mutasi pada DNA bakteri mungkin juga mampu menghasilkan mutasi yang dapat menyebabkan kanker.

Kegunaan lain untuk tes Ames

Pengembangan strain baru

Tes Ames telah diterapkan untuk mendapatkan strain bakteri baru. Misalnya, strain yang kekurangan nitroreduktase telah dikembangkan.

Strain ini digunakan untuk mempelajari metabolisme xenobiotik dan sistem perbaikan DNA. Mereka juga berguna untuk mengevaluasi mekanisme metabolisme kelompok nitro untuk menghasilkan mutagen aktif, serta mekanisme nitrasi senyawa genotoksik.

Antimutagenesis

Tes Ames juga telah digunakan sebagai alat untuk mempelajari dan mengklasifikasikan antimutagen alami. Antimutagen adalah senyawa yang dapat mengurangi lesi mutagenik pada DNA, terutama dengan memperbaiki sistem perbaikannya.

Dengan cara ini, senyawa tersebut menghindari langkah awal perkembangan kanker. Sejak awal 1980-an (abad ke-20), Ames dkk telah melakukan penelitian untuk mengevaluasi pengurangan genotoksin dan risiko kanker melalui diet kaya antimutagen.

Mereka mengamati bahwa populasi yang memiliki diet dengan tingkat antimutagen yang tinggi memiliki risiko lebih rendah terkena kanker gastroenterik.

Uji Ames telah digunakan secara luas untuk mempelajari berbagai ekstrak tumbuhan yang diketahui dapat mengurangi mutagenisitas. Studi ini juga menunjukkan bahwa komponen tanaman tidak selalu aman. Banyak tanaman yang dapat dimakan telah terbukti memiliki efek genotoksik.

Tes Ames juga telah terbukti berguna dalam mendeteksi efek toksik atau antimutagenik dari senyawa alami yang sering digunakan dalam pengobatan alternatif.

Studi metabolisme genotoksik

Salah satu kelemahan uji Ames adalah kurangnya aktivasi metabolik senyawa genotoksik. Namun, masalah ini telah dipecahkan dengan penambahan homogenat hati yang diinduksi CYP yang dibuat dari hewan pengerat.

CYP adalah hemoprotein yang terkait dengan metabolisme berbagai zat. Modifikasi ini menambahkan kemampuan baru ke tes Ames. Misalnya, berbagai penginduksi CYP telah dievaluasi, menunjukkan bahwa enzim ini diinduksi oleh berbagai jenis senyawa.

Evaluasi mutagen dalam cairan biologis

Tes ini menggunakan sampel urin, plasma dan serum. Mereka dapat berguna untuk mengevaluasi pembentukan senyawa N-nitroso in vivo dari obat amino.

Mereka juga dapat berguna dalam studi epidemiologi populasi manusia yang terpapar mutagen kerja, kebiasaan merokok, dan paparan polutan lingkungan.

Tes ini telah menunjukkan, misalnya, bahwa pekerja yang terpapar produk limbah memiliki tingkat mutagen urin yang lebih tinggi daripada mereka yang bekerja di fasilitas pengolahan air.

Ini juga berfungsi untuk menunjukkan bahwa penggunaan sarung tangan mengurangi konsentrasi mutagen pada pekerja pengecoran yang terpapar senyawa aromatik polisiklik.

Studi mutagen urin juga merupakan alat yang berharga untuk evaluasi antimutagenik, karena, misalnya, tes ini menunjukkan bahwa pemberian vitamin C menghambat pembentukan senyawa N-nitroso.

Ini juga menunjukkan bahwa mengonsumsi teh hijau selama sebulan mengurangi konsentrasi mutagen urin.

Referensi

  1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metode untuk mendeteksi karsinogen dan mutagen dengan uji mutagenisitas salmonella / mamalia-mikrosom. Penelitian Mutasi / Mutagenesis Lingkungan dan Mata Pelajaran Terkait.
  2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Tes Ames di Abad Kedua Puluh Satu. Penelitian & Ulasan: Jurnal Toksikologi.
  3. auksotrofi. Di Wikipedia. Dipulihkan dari https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
  4. S.Benner (2001). Ensiklopedia Genetika. Pers Akademik.
  5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). SILAC Asli: Pelabelan metabolik protein dalam mikroorganisme prototrof berdasarkan regulasi sintesis lisin. Proteomik Molekuler & Seluler.
  6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Koleksi mutan penghapusan prototrofik untuk metabolisme ragi dan biologi sistem. Bioteknologi Alam.