ما هو prototroph وما هي تطبيقاته؟
النماذج الأولية هي كائنات حية أو خلايا قادرة على إنتاج الأحماض الأمينية التي تحتاجها لعملياتها الحيوية. يستخدم هذا المصطلح بشكل عام فيما يتعلق بمادة معينة. هو عكس المصطلح aototrophic.
يتم استخدام المصطلح الأخير لتعريف الكائنات الحية الدقيقة القادرة على النمو والتكاثر في وسط مستنبت فقط إذا تم إضافة مادة مغذية معينة إليها. في حالة prototroph ، يمكنه أن ينمو بدون مثل هذه المادة لأنه قادر على إنتاجها بنفسه.
إن الكائن الحي أو السلالة ، على سبيل المثال ، غير قادر على النمو في غياب الليسين ، يمكن أن يطلق عليه ليسين ضار. سلالة ليسين prototrophic ، بدورها ، سوف تنمو وقد تتكاثر بشكل مستقل عن وجود أو عدم وجود يسين في وسط الثقافة.
في الأساس ، فقدت سلالة ضامة المسار الأيضي الوظيفي الذي سمح لها بتوليف مادة أساسية ، ضرورية لعملياتها الحيوية.
هذا النقص هو عادة بسبب طفرة. يولد الطفرة أليلاً لاغياً لا يمتلك القدرة البيولوجية لإنتاج مادة موجودة في النموذج الأولي.
تطبيقات
كيمياء حيوية
غالبًا ما تستخدم العلامات الوراثية المتعددة في الوراثة الجزيئية. كل جين يحتوي على المعلومات التي تشفر البروتين. وقد أظهر ذلك الباحثان جورج تشارل وإدوارد تاتوم ، في العمل الذي جعلهما دائنين لجائزة نوبل.
يسمح هذا النوع من الجينات بتحديد مسارات المسارات الحيوية أو الكيميائية الحيوية. طفرة الجين تؤدي إلى طفرة في البروتين. وبهذه الطريقة ، يمكن تحديده في السلالات المتعددة للبكتيريا التي تمت دراستها والتي تعتبر الإنزيمات المختلة وظيفياً بسبب الطفرات.
هناك طريقة أخرى لتحديد طرق التخليق الحيوي وهي استخدام سلالات متباينة للأحماض الأمينية المحددة. في هذه الحالات ، يتم استغلال الحاجة إلى هذه الأحماض الأمينية بواسطة السلالات لإضافة نظائرها غير الطبيعية للبروتينات في وسائط الثقافة.
على سبيل المثال ، فإن استبدال الفينيل ألانين بالـ "بارا أزيدو فينيل ألانين" في ثقافات بكتريا الإشريكية القولونية سلالات متباينة للفينيل ألانين.
علامات ضامة
تستخدم الطفرات داخل الجينات التي تشفر الأنزيمات المشاركة في مسارات التخليق الحيوي لجزيئات بناء التمثيل الغذائي كعلامات في الغالبية العظمى من التجارب الجينية مع الخميرة.
يمكن تعويض النقص التغذوي الناجم عن الطفرة (التآكل) عن طريق توفير المغذيات المطلوبة في وسط النمو.
ومع ذلك ، فإن هذا التعويض ليس بالضرورة كميًا لأن الطفرات تؤثر على مختلف المقاييس الفسيولوجية ويمكن أن تعمل بشكل متآزر.
ولهذا السبب ، فقد أجريت دراسات للحصول على سلالات prototrophic بهدف القضاء على علامات التآكل وتقليل التحيز في الدراسات الفسيولوجية والتمثيل الغذائي.
اختبار أميس
تم تطوير اختبار Ames ، الذي يُسمى أيضًا اختبار طفرات السالمونيلا ، بواسطة Bruce N. Ames في سبعينيات القرن الماضي لتحديد ما إذا كانت المادة الكيميائية عبارة عن طفرات.
يعتمد على مبدأ الطفرة العكسية أو الطفرة اللاحقة. توظف سلالات متعددة من السالمونيلا التيفيموريوم غير المضرة للهستيدين.
تقاس قدرة المادة الكيميائية على إحداث طفرة عن طريق تطبيقها على البكتيريا الموجودة على صفيحة تحتوي على الهستيدين. ثم يتم نقل البكتيريا إلى صفيحة جديدة سيئة في الهستيدين.
إذا لم تكن المادة مسببة للطفرات ، فلن تظهر البكتيريا نموًا في اللوحة الجديدة. في حالة أخرى ، ستتحور بكتيريا الهستيدين العاكسة إلى سلالات prototrophic إلى الهستيدين.
تسمح المقارنة بين نسبة النمو البكتيري في الصفائح مع وبدون علاج بتقدير القدرة الطفرية للمركب على البكتيريا.
يشير هذا التأثير المحتمل للطفرات في البكتيريا إلى احتمال أنه يسبب نفس التأثيرات في الكائنات الأخرى ، بما في ذلك البشر.
يُعتقد أن المركب القادر على إحداث طفرة في الحمض النووي الجرثومي 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 في النتريودوكتاز.
وتستخدم هذه السلالات لدراسة عملية التمثيل الغذائي للأجانب الحيوي وأنظمة إصلاح الحمض النووي. لقد كانت مفيدة أيضًا في تقييم آليات التمثيل الغذائي لمجموعات النيتروجين لإنتاج طفرات نشطة ، وكذلك آليات نترات المركبات السامة للجينات.
Antimutagénesis
تم استخدام اختبار أميس أيضًا كأداة لدراسة وتصنيف المواد المضادة للأدوية الطبيعية. مضادات الملوثات هي مركبات يمكن أن تقلل من تلف الحمض النووي المغير ، وذلك بشكل رئيسي عن طريق تحسين أنظمة الإصلاح الخاصة بها.
بهذه الطريقة ، تتجنب هذه المركبات الخطوات الأولية لتطور السرطان. منذ أوائل الثمانينيات (من القرن العشرين) ، أجرى أميس وزملاؤه دراسات لتقييم تخفيضات الجينات الوراثية ومخاطر السرطان من خلال اتباع نظام غذائي غني بالمضادات الحيوية.
ولاحظوا أن السكان الذين لديهم وجبات تحتوي على مستويات عالية من العقاقير المضادة للالتهابات لديهم خطر أقل للإصابة بسرطان الجهاز الهضمي.
تم استخدام اختبار أميس على نطاق واسع لدراسة العديد من المستخلصات النباتية المعروفة بتقليل الطفرات. أظهرت هذه الدراسات أيضًا أن مكونات النبات ليست آمنة دائمًا. لقد ثبت أن العديد من النباتات الصالحة للأكل لها تأثيرات سامة للجينات.
أظهر اختبار Ames أيضًا أنه مفيد للكشف عن التأثيرات السامة أو المضادات للميكروبات للمركبات الطبيعية التي تستخدم بكثرة في الطب البديل.
دراسات استقلاب السمية الوراثية
واحدة من نقاط الضعف في اختبار أميس هو عدم تنشيط التمثيل الغذائي للمركبات السامة للجينات. ومع ذلك ، تم حل هذه المشكلة عن طريق إضافة متجانسات الكبد الناجم عن CYP أعدت من القوارض.
CYP هو البروتين المصاحب المرتبط بعملية التمثيل الغذائي للمواد المختلفة. أضاف هذا التعديل قدرات جديدة لاختبار أميس. على سبيل المثال ، تم تقييم العديد من محرضات CYP ، مما أظهر أن هذه الإنزيمات يتم تحفيزها بواسطة أنواع مختلفة من المركبات.
تقييم المطفرات في السوائل البيولوجية
تستخدم هذه الاختبارات عينات البول والبلازما والمصل. قد تكون مفيدة لتقييم تكوين مركبات N- نيتروسو في الجسم الحي من الأدوية الأمينية.
قد تكون مفيدة أيضًا في الدراسات الوبائية للسكان البشر المعرضين للطفرات المهنية وعادات التدخين والتعرض للملوثات البيئية.
وقد أظهرت هذه الاختبارات ، على سبيل المثال ، أن العمال المعرضين للنفايات لديهم مستويات أعلى من المطفرات البولية مقارنة بأولئك الذين يعملون في مرافق معالجة المياه.
وقد ساعد أيضًا على إثبات أن استخدام القفازات يقلل من تركيزات المطفرات في عمال المسبك المعرضين لمركبات متعددة الحلقات العطرية.
تُعد دراسات المطفرات البولية أيضًا أداة قيّمة لتقييم مضادات الفطريات ، حيث أظهر هذا الاختبار ، على سبيل المثال ، أن تناول فيتامين C يمنع تكوين مركبات N-nitroso.
وقد ساعد أيضًا على إظهار أن استهلاك الشاي الأخضر لمدة شهر يقلل من تركيز المسرات البولية.
