La auxotrofia ( del griego antiguo αὐξάνω «aumentar»; τροφή «nutrición») es la incapacidad de un organismo para sintetizar un compuesto orgánico particular necesario para su crecimiento (según la definición de 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 conocidas como " tipo salvaje ") son productoras autosuficientes de todos los metabolitos necesarios (por ejemplo, aminoácidos , lípidos , cofactores ), mientras que las auxótrofas necesitan 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 prototrófica o prototrófica de metionina podría funcionar y replicarse en un medio con o sin metionina. [2]
La técnica de replicación en placa consiste en transferir colonias de una placa a otra en el mismo lugar que la última placa, de modo 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 entornos puede o no crecer la colonia bacteriana (esto proporciona información sobre posibles características auxotróficas). El método de replicación en placa implementado por Joshua Lederberg y Esther Lederberg incluía auxótrofos que eran sensibles a la temperatura; es decir, su capacidad de sintetizar dependía de la temperatura. [3] (Los auxótrofos normalmente no dependen de la temperatura. También pueden depender de otros factores). También es posible que un organismo sea auxótrofo a más de un compuesto orgánico que requiere para crecer. [4]
En genética , se dice que una cepa es auxótrofa si presenta 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 (p. ej., si el gen de la levadura Orotidina 5'-fosfato descarboxilasa está inactivado, la cepa resultante es un auxótrofo de uracilo). Una cepa de este tipo es incapaz de sintetizar uracilo y solo podrá crecer si el uracilo puede ser absorbido 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 auxótrofos se utilizan a menudo en genética molecular ; se utilizaron en el famoso trabajo de Beadle y Tatum , ganador del premio Nobel, sobre la hipótesis de un gen, una enzima , que conecta las mutaciones de los genes con las mutaciones de las proteínas. Esto permite entonces el mapeo de vías biosintéticas o bioquímicas que pueden ayudar a determinar qué enzima o enzimas están mutadas y son disfuncionales en las cepas auxotróficas de bacterias en estudio. [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 como la para-azidofenilalanina.
Muchos seres vivos, incluidos los humanos, son auxotróficos para grandes clases de compuestos necesarios para el crecimiento y deben obtener estos compuestos a través de la dieta (véase vitamina , nutriente esencial , aminoácido esencial , ácido graso esencial ).
El complejo patrón de evolución de la auxotrofía de las vitaminas a lo largo del árbol de la vida eucariota está íntimamente conectado 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 sustancia química dada 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 aplicándolo 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 las bacterias de auxotrófico a histidina nuevamente a prototrófico a histidina, entonces las bacterias no mostrarían crecimiento en la nueva placa. Entonces, al comparar la proporción de bacterias en la nueva placa con la placa anterior y la misma proporción para el grupo de control, es posible cuantificar qué tan mutagénica es una sustancia, o mejor dicho, 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 presenta una presentación similar al grupo de control. Se espera una cantidad normal, pero pequeña, de colonias revertientes cuando una bacteria auxotrófica se siembra en un medio sin el metabolito que necesita, ya que podría mutar de nuevo a prototrofia. Las probabilidades de que esto ocurra son bajas y, por lo tanto, hacen que se formen colonias muy pequeñas. Sin embargo, si se agrega una sustancia mutagénica, la cantidad de revertientes sería visiblemente mayor que sin la sustancia mutagénica. Básicamente, la prueba de Ames 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 revertientes de la placa del mutágeno y la placa del grupo de control. Una prueba de Ames negativa significa que el posible mutágeno NO causó un aumento en los revertientes y una prueba de Ames positiva significa que el posible mutágeno SÍ aumentó la probabilidad de mutación. Estos efectos mutagénicos en las bacterias se investigan como un posible indicador de los mismos efectos en organismos más grandes, como los humanos. Se sugiere que si una mutación puede surgir 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 en 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, solo unas pocas de las sustancias químicas que dieron positivo en la prueba de Ames se consideraron insignificantes cuando se probaron en organismos más grandes, pero el resultado positivo en la prueba de Ames para bacterias todavía no se pudo vincular 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 realizar más estudios para llegar a una conclusión. [8]
Una gran cantidad de aminoácidos no naturales, que son similares a sus contrapartes canónicas en forma, tamaño y propiedades químicas, se introducen en las proteínas recombinantes por medio de huéspedes de expresión auxotróficos. [9] Por ejemplo, las cepas de Escherichia coli auxotróficas de 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 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 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; dos aminoácidos canónicos adicionales ( selenocisteína , pirrolisina ) se insertan en las proteínas mediante la recodificación de señales de terminación de la traducción. Esta frontera se puede cruzar mediante la evolución adaptativa en 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 no natural tieno[3,2-b]pirrolil)alanina como único sustituto del triptófano se realizó en 2015. [13]
La película Jurassic Park de 1993 (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 evitaría que los dinosaurios clonados sobrevivieran fuera del parque, obligándolos a depender de suplementos de lisina proporcionados por el personal veterinario del parque. En realidad, ningún animal es capaz de producir lisina (es un aminoácido esencial ). [15]
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