Apa itu prototrof dan apa aplikasinya?

Protofert adalah organisme atau sel yang mampu menghasilkan asam amino yang mereka butuhkan untuk proses vital mereka. Istilah ini umumnya digunakan dalam kaitannya dengan zat tertentu. Ini berlawanan dengan istilah auxotrophic.

Istilah yang terakhir digunakan untuk mendefinisikan mikroorganisme yang mampu tumbuh dan berkembang biak dalam media kultur hanya jika nutrisi tertentu telah ditambahkan ke dalamnya. Dalam kasus prototrof, ia dapat berkembang tanpa zat seperti itu karena ia mampu memproduksinya sendiri.

Organisme atau strain, misalnya, tidak dapat tumbuh tanpa adanya lisin, akan disebut lisin auksotrofik. Strain lisin prototrofik, pada gilirannya, akan tumbuh dan dapat berkembang biak secara independen dari ada atau tidaknya lisin dalam media kultur.

Pada dasarnya, strain auksotrofik telah kehilangan jalur metabolisme fungsional yang memungkinkannya untuk mensintesis zat dasar, penting untuk proses vitalnya.

Kekurangan ini biasanya karena mutasi. Mutasi menghasilkan alel nol yang tidak memiliki kapasitas biologis untuk menghasilkan zat yang ada dalam prototrof.

Aplikasi

Biokimia

Penanda genetik auksotrofik sering digunakan dalam genetika molekuler. Setiap gen mengandung informasi yang mengkode protein. Ini ditunjukkan oleh para peneliti George Beadle dan Edward Tatum, dalam karya yang menjadikan mereka kreditor Hadiah Nobel.

Spesifisitas gen ini memungkinkan pemetaan jalur biosintetik atau biokimia. Mutasi gen menyebabkan mutasi protein. Dengan cara ini, dapat ditentukan dalam strain auksotrofik dari bakteri yang dipelajari enzim mana yang tidak berfungsi karena mutasi.

Metode lain untuk menentukan rute biosintetik adalah penggunaan strain asam amino spesifik auksotrofik. Dalam kasus ini, kebutuhan asam amino semacam itu oleh strain dieksploitasi untuk menambahkan analog tidak alami dari protein dalam media kultur.

Misalnya, penggantian fenilalanin oleh para-azido fenilalanin dalam kultur strain Escherichia coli auksotrofik untuk fenilalanin.

Penanda Auxotrophic

Mutasi dalam gen yang menyandikan enzim yang terlibat dalam jalur untuk biosintesis molekul bangunan metabolik digunakan sebagai penanda dalam sebagian besar percobaan genetik dengan ragi.

Kekurangan nutrisi yang disebabkan oleh mutasi (auxotrophy) dapat dikompensasi dengan memasok nutrisi yang diperlukan dalam media pertumbuhan.

Namun, kompensasi semacam itu belum tentu kuantitatif karena mutasi mempengaruhi berbagai parameter fisiologis dan dapat bertindak secara sinergis.

Karena itu, penelitian telah dilakukan untuk mendapatkan strain prototrofik dengan tujuan untuk menghilangkan penanda auksotrofik dan mengurangi bias dalam studi fisiologis dan metabolisme.

Tes Ames

Tes Ames, juga disebut tes mutagenesis Salmonella, dikembangkan oleh Bruce N. Ames pada 1970-an untuk menentukan apakah suatu bahan kimia merupakan mutagen.

Ini didasarkan pada prinsip mutasi terbalik atau mutasi kemudian. Ini mempekerjakan beberapa jenis Salmonella typhimurium auxotrophic ke histidin.

Kekuatan bahan kimia untuk menyebabkan mutasi diukur dengan mengaplikasikannya pada bakteri di piring yang mengandung histidin. Bakteri kemudian dipindahkan ke lempeng baru miskin histidin.

Jika zat tersebut tidak bersifat mutagenik, bakteri tidak akan menunjukkan pertumbuhan pada plak baru. Dalam kasus lain, bakteri histidin auksotrofik akan bermutasi menjadi strain prototrofik menjadi histidin.

Perbandingan proporsi pertumbuhan bakteri di piring dengan dan tanpa pengobatan memungkinkan untuk mengukur kekuatan mutagenik senyawa pada bakteri.

Efek mutagenik yang mungkin pada bakteri ini menunjukkan kemungkinan bahwa ia menyebabkan efek yang sama pada organisme lain, termasuk manusia.

Dipercayai bahwa senyawa yang mampu menyebabkan mutasi pada DNA bakteri mungkin juga mampu menghasilkan mutasi yang dapat menyebabkan kanker.

Aplikasi lain untuk tes Ames

Pengembangan strain baru

Tes Ames telah diterapkan untuk mendapatkan strain bakteri baru. Misalnya, strain kekurangan nitroreduktase telah dikembangkan.

Strain ini digunakan untuk mempelajari metabolisme xenobiotik dan sistem perbaikan DNA. Mereka juga bermanfaat untuk mengevaluasi mekanisme metabolisme nitrogroup untuk menghasilkan mutagen aktif, serta mekanisme nitrasi senyawa genotoksik.

Antimutagenesis

Tes Ames juga telah digunakan sebagai alat untuk mempelajari dan mengklasifikasikan antimutagen alami. Antimutagen adalah senyawa yang dapat mengurangi kerusakan DNA mutagenik, terutama dengan meningkatkan sistem perbaikannya.

Dengan cara ini, senyawa tersebut menghindari langkah-langkah awal perkembangan kanker. Sejak awal 80-an (abad kedua puluh), Ames dan rekannya telah melakukan penelitian untuk mengevaluasi pengurangan genotoksin dan risiko kanker melalui diet yang kaya antimutagen.

Mereka mengamati bahwa populasi yang memiliki diet dengan antimutagen tingkat tinggi memiliki risiko lebih kecil terkena kanker saluran cerna.

Tes Ames telah banyak digunakan untuk mempelajari beberapa ekstrak tumbuhan yang diketahui mengurangi mutagenisitas. Studi-studi ini juga menunjukkan bahwa komponen tanaman tidak selalu aman. Banyak tanaman yang dapat dimakan terbukti memiliki efek genotoksik.

Tes Ames juga terbukti bermanfaat untuk mendeteksi efek toksik atau antimutagenik dari senyawa alami yang sering digunakan dalam pengobatan alternatif.

Studi metabolisme genotoksik

Salah satu kelemahan dari tes Ames adalah kurangnya aktivasi metabolik dari senyawa genotoksik. Namun, masalah ini telah dipecahkan dengan penambahan homogenat hati yang diinduksi oleh CYP yang dibuat dari tikus.

CYP adalah hemoprotein yang terkait dengan metabolisme berbagai zat. Modifikasi ini menambahkan kemampuan baru ke tes Ames. Sebagai contoh, beberapa penginduksi CYP telah dievaluasi, yang menunjukkan bahwa enzim-enzim ini diinduksi oleh berbagai jenis senyawa.

Evaluasi mutagen dalam cairan biologis

Tes-tes ini menggunakan sampel urin, plasma, dan serum. Mereka mungkin berguna untuk mengevaluasi pembentukan senyawa N-nitroso in vivo dari obat amina.

Mereka juga dapat berguna dalam studi epidemiologi populasi manusia yang terpapar mutagen kerja, kebiasaan merokok dan paparan polutan lingkungan.

Tes-tes ini telah menunjukkan, misalnya, bahwa pekerja yang terpapar produk limbah memiliki tingkat mutagen kemih yang lebih tinggi daripada mereka yang bekerja di fasilitas pengolahan air.

Ini juga berfungsi untuk menunjukkan bahwa penggunaan sarung tangan mengurangi konsentrasi mutagen pada pekerja pengecoran yang terpapar senyawa polisiklik aromatik.

Studi tentang mutagen urin juga merupakan alat yang berharga untuk evaluasi antimutagenik, karena, misalnya, tes ini menunjukkan bahwa pemberian vitamin C menghambat pembentukan senyawa N-nitroso.

Ini juga berfungsi untuk menunjukkan bahwa konsumsi teh hijau selama sebulan mengurangi konsentrasi mutagen kemih.