- Anwendungen
- Biochemie
- Auxotrophe Marker
- Der Ames-Test
- Andere Anwendungen für den Ames-Test
- Entwicklung neuer Stämme
- Antimutagenese
- Genotoxische Stoffwechselstudien
- Bewertung von Mutagenen in biologischen Flüssigkeiten
- Verweise
Die Prototrophen sind Organismen oder Zellen, die in der Lage sind, die Aminosäuren zu produzieren, die für ihre Lebensprozesse benötigt werden. Dieser Begriff wird im Allgemeinen in Bezug auf einen bestimmten Stoff verwendet. Es ist das Gegenteil des Begriffs Auxotroph.
Dieser letzte Begriff wird verwendet, um einen Mikroorganismus zu definieren, der in einem Kulturmedium nur dann wachsen und sich vermehren kann, wenn ihm ein bestimmter Nährstoff zugesetzt wurde. Im Falle des Prototrophen kann es ohne eine solche Substanz gedeihen, weil es in der Lage ist, es selbst zu produzieren.
Einfacher Vergleich zwischen Auxotroph und Prototroph. Entnommen und bearbeitet von: Akardoust, von Wikimedia Commons.
Ein Organismus oder ein Stamm, der beispielsweise in Abwesenheit von Lysin nicht wachsen kann, würde als auxotrophes Lysin bezeichnet. Der prototrophe Lysinstamm wächst und vermehrt sich unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Lysin im Kulturmedium.
Grundsätzlich hat ein auxotropher Stamm einen funktionellen Stoffwechselweg verloren, der es ihm ermöglichte, eine grundlegende Substanz zu synthetisieren, die für seine lebenswichtigen Prozesse wesentlich ist.
Dieser Mangel ist im Allgemeinen auf eine Mutation zurückzuführen. Die Mutation erzeugt ein Null-Allel, das nicht die biologische Fähigkeit besitzt, eine im Prototrophen vorhandene Substanz zu produzieren.
Anwendungen
Biochemie
Auxotrophe genetische Marker werden häufig in der Molekulargenetik verwendet. Jedes Gen enthält die Informationen, die für ein Protein kodieren. Dies wurde von den Forschern George Beadle und Edward Tatum in ihrer Arbeit demonstriert, die ihnen den Nobelpreis einbrachte.
Diese Spezifität der Gene ermöglicht die Kartierung von Biosynthesewegen oder biochemischen Pfaden. Eine Mutation eines Gens führt zu einer Mutation eines Proteins. Auf diese Weise kann in den auxotrophen Stämmen der untersuchten Bakterien festgestellt werden, welche Enzyme aufgrund von Mutationen dysfunktionell sind.
Eine andere Methode zur Bestimmung von Biosynthesewegen ist die Verwendung von auxotrophen Stämmen spezifischer Aminosäuren. In diesen Fällen wird der Bedarf der Stämme an solchen Aminosäuren ausgenutzt, um unnatürliche Aminosäureanaloga der Proteine in den Kulturmedien hinzuzufügen.
Zum Beispiel Substitution von Para-Azido-Phenylalanin durch Phenylalanin in Kulturen von Escherichia coli-Stämmen, die Phenylalanin auxotrophe.
Auxotrophe Marker
Mutationen in Genen, die Enzyme codieren, die an Pfaden für die Biosynthese von Stoffwechselmolekülen beteiligt sind, werden in den allermeisten genetischen Experimenten mit Hefe als Marker verwendet.
Der durch die Mutation (Auxotrophie) verursachte Nährstoffmangel kann durch Zufuhr des benötigten Nährstoffs in das Wachstumsmedium ausgeglichen werden.
Eine solche Kompensation ist jedoch nicht unbedingt quantitativ, da Mutationen verschiedene physiologische Parameter beeinflussen und synergistisch wirken können.
Aus diesem Grund wurden Studien durchgeführt, um prototrophe Stämme zu erhalten, um auxotrophe Marker zu eliminieren und die Verzerrung in physiologischen und metabolischen Studien zu verringern.
Der Ames-Test
Der Ames-Test, auch Salmonella-Mutagenese-Test genannt, wurde in den 1970er Jahren von Bruce N. Ames entwickelt, um festzustellen, ob eine Chemikalie ein Mutagen ist.
Es basiert auf dem Prinzip der umgekehrten Mutation oder der posterioren Mutation. Es werden mehrere Stämme von Salmonella typhimurium verwendet, die für Histidin auxotroph sind.
Die Fähigkeit einer Chemikalie, eine Mutation zu verursachen, wird gemessen, indem sie auf Bakterien auf einer Platte angewendet wird, die Histidin enthält. Die Bakterien werden anschließend auf eine neue histidinarme Plaque gebracht.
Wenn die Substanz nicht mutagen ist, würden die Bakterien auf der neuen Plaque kein Wachstum zeigen. In einem anderen Fall mutieren die auxotrophen Histidin-Bakterien wieder zu prototrophen Histidin-Stämmen.
Kultur des prototrophen Bakteriums Salmonella typhimurium. Entnommen und bearbeitet von: Sun14916, von Wikimedia Commons
Ein Vergleich des Anteils des Bakterienwachstums in Platten mit und ohne Behandlung ermöglicht es, die mutagene Kraft der Verbindung auf Bakterien zu quantifizieren.
Diese mögliche mutagene Wirkung bei Bakterien weist auf die Möglichkeit hin, die gleichen Wirkungen bei anderen Organismen, einschließlich Menschen, zu verursachen.
Es wird angenommen, dass eine Verbindung, die eine Mutation in bakterieller DNA verursachen kann, auch Mutationen erzeugen kann, die Krebs verursachen können.
Andere Anwendungen für den Ames-Test
Entwicklung neuer Stämme
Der Ames-Test wurde angewendet, um neue Bakterienstämme zu erhalten. Beispielsweise wurden Stämme mit Nitroreduktase-Mangel entwickelt.
Diese Stämme werden verwendet, um den xenobiotischen Metabolismus und DNA-Reparatursysteme zu untersuchen. Sie waren auch nützlich, um die Stoffwechselmechanismen von Nitrogruppen zur Produktion aktiver Mutagene sowie die Nitrierungsmechanismen genotoxischer Verbindungen zu bewerten.
Antimutagenese
Der Ames-Test wurde auch als Instrument zur Untersuchung und Klassifizierung natürlicher Antimutagene verwendet. Antimutagene sind Verbindungen, die mutagene Läsionen in der DNA reduzieren können, hauptsächlich durch Verbesserung ihrer Reparatursysteme.
Auf diese Weise vermeiden solche Verbindungen die ersten Schritte der Krebsentstehung. Seit den frühen 1980er Jahren (20. Jahrhundert) haben Ames et al. Studien durchgeführt, um die Reduzierung von Genotoxinen und das Krebsrisiko durch eine Ernährung zu bewerten, die reich an Antimutagenen ist.
Sie beobachteten, dass Populationen mit Diäten mit hohem Gehalt an Antimutagenen ein geringeres Risiko hatten, an Magen-Darm-Krebs zu erkranken.
Der Ames-Test wurde ausgiebig verwendet, um verschiedene Pflanzenextrakte zu untersuchen, von denen bekannt ist, dass sie die Mutagenität verringern. Diese Studien haben auch gezeigt, dass Pflanzenkomponenten nicht immer sicher sind. Es wurde gezeigt, dass viele essbare Pflanzen genotoxische Wirkungen haben.
Der Ames-Test hat sich auch als nützlich erwiesen, um die toxischen oder antimutagenen Wirkungen natürlicher Verbindungen nachzuweisen, die in der Alternativmedizin häufig verwendet werden.
Genotoxische Stoffwechselstudien
Eine der Schwächen des Ames-Tests war das Fehlen einer metabolischen Aktivierung genotoxischer Verbindungen. Dieses Problem wurde jedoch durch Zugabe von CYP-induzierten Leberhomogenaten gelöst, die aus Nagetieren hergestellt wurden.
CYP ist ein Hämoprotein, das mit dem Metabolismus verschiedener Substanzen assoziiert ist. Diese Änderung fügte dem Ames-Test neue Funktionen hinzu. Zum Beispiel wurden verschiedene Induktoren von CYPs bewertet, die zeigten, dass diese Enzyme durch verschiedene Arten von Verbindungen induziert werden.
Bewertung von Mutagenen in biologischen Flüssigkeiten
Diese Tests verwenden Urin-, Plasma- und Serumproben. Sie können nützlich sein, um die Bildung von N-Nitrosoverbindungen in vivo aus Amino-Wirkstoffen zu bewerten.
Sie können auch in epidemiologischen Studien an menschlichen Populationen nützlich sein, die Berufsmutagenen, Rauchgewohnheiten und Umweltschadstoffen ausgesetzt sind.
Diese Tests haben zum Beispiel gezeigt, dass Arbeitnehmer, die Abfallprodukten ausgesetzt sind, einen höheren Gehalt an Harnmutagenen aufweisen als Arbeitnehmer, die in Wasseraufbereitungsanlagen gearbeitet haben.
Es hat auch gezeigt, dass die Verwendung von Handschuhen die Konzentrationen von Mutagenen in Gießereiarbeitern verringert, die polycyclischen aromatischen Verbindungen ausgesetzt sind.
Harnmutagenstudien sind auch ein wertvolles Instrument für die antimutagene Bewertung, da beispielsweise dieser Test zeigte, dass die Verabreichung von Vitamin C die Bildung von N-Nitrosoverbindungen hemmt.
Es diente auch dazu zu demonstrieren, dass der Konsum von grünem Tee für einen Monat die Konzentration von Harnmutagenen verringert.
Verweise
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