AUXOTROPH: ORIGINE, ESEMPIO E APPLICAZIONI - BIOLOGIA - 2025

Un auxotroph è un microrganismo che non è in grado di sintetizzare un certo tipo di nutriente o componente organico essenziale per la crescita di detto individuo. Pertanto, questo ceppo può proliferare solo se il nutriente viene aggiunto al terreno di coltura. Questo fabbisogno nutritivo è il risultato di una mutazione nel materiale genetico.

Questa definizione si applica generalmente a condizioni specifiche. Ad esempio, diciamo che l'organismo è auxotrofico per la valina, il che indica che l'individuo in questione ha bisogno che questo amminoacido venga applicato nel terreno di coltura, poiché non è in grado di produrlo da solo.

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In questo modo, possiamo differenziare due fenotipi: "il mutante", che corrisponde alla valina auxotroph - tenendo conto del nostro precedente esempio ipotetico, sebbene possa essere un auxotroph per qualsiasi nutriente - e "l'originale" o selvaggio, che può sintetizzare correttamente il amminoacido. Quest'ultimo è chiamato prototipo.

L'auxotrofia è causata da una specifica mutazione che porta alla perdita della capacità di sintetizzare un elemento, come un amminoacido o un altro componente organico.

In genetica, una mutazione è un cambiamento o una modifica della sequenza del DNA. Generalmente la mutazione inattiva un enzima chiave in un percorso sintetico.

Come si originano gli organismi auxotrofi?

In generale, i microrganismi richiedono una serie di nutrienti essenziali per la loro crescita. I tuoi bisogni minimi sono sempre una fonte di carbonio, una fonte di energia e vari ioni.

Gli organismi che necessitano di nutrienti extra rispetto a quelli di base sono auxotrofi per questa sostanza e sono causati da mutazioni nel DNA.

Non tutte le mutazioni che si verificano nel materiale genetico di un microrganismo influenzano la sua capacità di crescere contro un particolare nutriente.

Può verificarsi una mutazione e non ha alcun effetto sul fenotipo del microrganismo - queste sono note come mutazioni silenti, poiché non modificano la sequenza della proteina.

Pertanto, la mutazione colpisce un gene molto particolare che codifica per una proteina essenziale di una via metabolica che sintetizza una sostanza essenziale per il corpo. La mutazione generata deve inattivare il gene o influenzare la proteina.

Generalmente colpisce gli enzimi chiave. La mutazione deve produrre un cambiamento nella sequenza di un amminoacido che modifica in modo significativo la struttura della proteina e quindi ne elimina la funzionalità. Può anche influenzare il sito attivo dell'enzima.

Esempi in

S. cerevisiae è un fungo unicellulare popolarmente noto come lievito di birra. Viene utilizzato per la produzione di prodotti commestibili per l'uomo come pane e birra.

Grazie alla sua utilità e facile crescita in laboratorio, è uno dei modelli biologici più utilizzati, motivo per cui è noto che specifiche mutazioni sono la causa dell'auxotrofia.

Auxotrophs per istidina

L'istidina (abbreviata nella nomenclatura di una lettera come H e tre lettere come His) è uno dei 20 amminoacidi che compongono le proteine. Il gruppo R di questa molecola è costituito da un gruppo imidazolo caricato positivamente.

Sebbene negli animali, compreso l'uomo, sia un amminoacido essenziale, cioè non possono sintetizzarlo e devono incorporarlo attraverso la dieta, i microrganismi hanno la capacità di sintetizzarlo.

Il gene HIS3 in questo lievito codifica per l'enzima imidazolo glicerolo fosfato deidrogenasi, che partecipa alla via della sintesi dell'amminoacido istidina.

Le mutazioni in questo gene (his3 ^- ) provocano auxotrofia istidina. Pertanto, questi mutanti non sono in grado di proliferare in un mezzo privo di nutrienti.

Auxotrophs per triptofano

Allo stesso modo, il triptofano è un amminoacido idrofobo che ha un gruppo indolo come gruppo R. Come il precedente amminoacido, deve essere incorporato nella dieta degli animali, ma i microrganismi possono sintetizzarlo.

Il gene TRP1 codifica per l'enzima fosforibosil antranilato isomerasi, che è coinvolto nella via anabolica del triptofano. Quando un cambiamento si verifica in questo gene, una mutazione TRP1 si ottiene ^- che disabilita il corpo di sintetizzare l'aminoacido.

Auxotrophs per pirimidine

Le pirimidine sono composti organici che fanno parte del materiale genetico degli organismi viventi. Nello specifico, si trovano nelle basi azotate, che fanno parte di timina, citosina e uracile.

In questo fungo, il gene URA3 codifica per l'enzima orotidina-5'-fosfato decarbossilasi. Questa proteina è responsabile della catalizzazione di una fase nella sintesi de novo delle pirimidine. Pertanto, le mutazioni che influenzano questo gene causano l'uridina o l'auxotrofia dell'uracile.

L'uridina è un composto che risulta dall'unione dell'uracile a base di azoto con un anello ribosio. Entrambe le strutture sono legate da un legame glicosidico.

applicazioni

L'auxotrofia è una caratteristica molto utile negli studi relativi alla microbiologia, per la selezione degli organismi in laboratorio.

Questo stesso principio può essere applicato alle piante, dove mediante ingegneria genetica viene creato un individuo auxotrofico, sia per metionina, biotina, auxina, ecc.

Applicazione in ingegneria genetica

I mutanti auxotrofici sono ampiamente utilizzati nei laboratori in cui vengono eseguiti i protocolli di ingegneria genetica. Uno degli obiettivi di queste pratiche molecolari è l'istruzione di un plasmide costruito dal ricercatore in un sistema procariotico. Questa procedura è nota come "complementazione auxotrofia".

Un plasmide è una molecola di DNA circolare, tipica dei batteri, che si replica in modo indipendente. I plasmidi possono contenere informazioni utili che vengono utilizzate dai batteri, ad esempio la resistenza ad alcuni antibiotici o un gene che gli consente di sintetizzare un nutriente di interesse.

I ricercatori che desiderano introdurre un plasmide in un batterio possono utilizzare un ceppo auxotrofico per un nutriente specifico. L'informazione genetica necessaria per la sintesi del nutriente è codificata nel plasmide.

In questo modo, viene preparato un mezzo minimo (che non contiene il nutriente che il ceppo mutante non è in grado di sintetizzare) e i batteri vengono seminati con il plasmide.

Solo i batteri che hanno incorporato questa porzione di DNA plasmidico saranno in grado di crescere nel mezzo, mentre i batteri che non sono riusciti a catturare il plasmide moriranno per mancanza del nutriente.

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