La auxotrofia ( griego antiguo : αὐξάνω "aumentar"; τροφή "alimento") es la incapacidad de un organismo para sintetizar un compuesto orgánico particular requerido para su crecimiento (según lo define la IUPAC ). Un auxótrofo es un organismo que muestra esta característica; auxotrófico 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 prototróficas (también denominadas " tipo salvaje ") son productoras autosuficientes de todos los metabolitos necesarios (por ejemplo, aminoácidos , lípidos , cofactores ), mientras que las auxótrofas requieren estar en un medio con el metabolito que no pueden producir. [1] Por ejemplo, decir que una célula es auxótrofa de metionina significa que necesitaría 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, una célula protótrofa o prototrófica de metionina podría funcionar y replicarse en un medio con o sin metionina. [2]
El cultivo de réplicas 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 se puedan comparar 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 ambientes puede o no crecer la colonia bacteriana (esto da una idea de posibles características auxotróficas. El método de réplica en placas implementado por Joshua Lederberg y Esther Lederberg incluyó auxótrofos que eran sensibles a la temperatura, es decir, su capacidad de sintetizar dependía de la temperatura [3] (los auxótrofos generalmente no dependen de la temperatura. También pueden depender de otros factores). necesita más de un compuesto orgánico para crecer. [4]
En genética , se dice que una cepa es auxótrofa si porta una mutación que la incapacita para 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 (p. ej., si el gen de la orotidina 5'-fosfato descarboxilasa de levadura está inactivado, la cepa resultante es un auxótrofo de uracilo). Una cepa de este tipo es incapaz de sintetizar uracilo y sólo podrá crecer si se puede absorber uracilo 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 ; fueron utilizados en el famoso trabajo de Beadle y Tatum , ganador del premio Nobel, sobre la hipótesis de un gen, una enzima , que conecta mutaciones de genes con mutaciones de proteínas. Esto luego permite mapear vías biosintéticas o bioquímicas que pueden 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 las proteínas . Por ejemplo, las células auxotróficas para el aminoácido fenilalanina pueden cultivarse en medios suplementados con un análogo tal como paraazidofenilalanina.
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 vitamínica a lo largo del árbol de la vida eucariota está íntimamente relacionado con la interdependencia entre organismos. [5]
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 determinada sustancia química puede causar mutaciones observando su propiedad auxotrófica en respuesta a un compuesto químico agregado. [6] La mutación que causa una sustancia o compuesto químico se mide aplicándola a las bacterias en una placa que contiene histidina y luego moviendo las bacterias a una nueva placa sin suficiente histidina para un crecimiento continuo. Si la sustancia no muta el genoma de la bacteria de auxótrofo a histidina a prototrófico 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 probabilidad hay de 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 similar al grupo de control. Se espera un número normal, pero pequeño, de colonias revertidas cuando una bacteria auxotrófica se coloca en un medio sin el metabolito que necesita porque podría volver a mutar a prototrofia. Las posibilidades de que esto ocurra son bajas y, por lo tanto, provocan que se formen colonias muy pequeñas. Sin embargo, si se añade una sustancia mutagénica, el número de revertidos sería visiblemente mayor que sin la sustancia mutagénica. La prueba de Ames, básicamente, se considera positiva si una sustancia aumenta la probabilidad de mutación en el ADN de la bacteria lo suficiente como para causar una diferencia cuantificable en los revertidos de la placa de mutágeno y la placa del grupo de control. La prueba de Ames negativa significa que el posible mutágeno SÍ no causó un aumento en los revertidos y la prueba de Ames positiva significa que el posible mutágeno SÍ aumentó las posibilidades 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, entonces se produciría el mismo efecto en 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 organismos vivos. Sin embargo, sólo unos pocos de los productos químicos resultantes de la prueba de Ames positivos 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 con la expresión de cáncer en organismos más grandes. Si bien puede ser un posible determinante de tumores en organismos vivos, humanos, animales, etc., se deben completar más estudios para llegar a una conclusión. [8]
Una gran cantidad de aminoácidos no naturales, que son similares a sus homólogos canónicos en forma, tamaño y propiedades químicas, se introducen en las proteínas recombinantes mediante 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 Trp y Met están completamente sustituidos con diferentes análogos relacionados suplementados con 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 a oligonucleótidos), sino mediante reasignaciones de codones a nivel de traducción de proteínas bajo una presión selectiva eficiente. [11] Por lo tanto, el método se conoce como 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 mediante la recodificación de señales de terminación de la traducción. Este límite puede cruzarse mediante la evolución adaptativa de laboratorio de cepas microbianas auxotróficas metabólicamente estables. Por ejemplo, en 2015 se realizó el primer intento claramente exitoso de desarrollar Escherichia coli que pueda sobrevivir únicamente con el aminoácido no natural tieno[3,2-b]pirrolil)alanina como único sustituto del triptófano. [13]
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 conoció como la "contingencia de lisina" y se suponía que evitaría que los dinosaurios clonados sobrevivieran fuera del parque, obligándolos 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]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )