Cos'è un prototipo e quali sono le sue applicazioni?

I prototipi sono organismi o cellule in grado di produrre gli aminoacidi di cui hanno bisogno per i loro processi vitali. Questo termine è generalmente usato in relazione a una particolare sostanza. È opposto al termine auxotrofico.

Quest'ultimo termine viene utilizzato per definire un microrganismo che è in grado di crescere e moltiplicarsi in un mezzo di coltura solo se è stato aggiunto un nutriente specifico. Nel caso del prototipo, può prosperare senza una sostanza del genere perché è in grado di produrlo da solo.

Un organismo o ceppo, ad esempio, incapace di crescere in assenza di lisina, sarebbe definito lisina auxotrofica. Il ceppo di lisina prototropico, a sua volta, crescerà e potrebbe riprodursi indipendentemente dalla presenza o dall'assenza di lisina nel mezzo di coltura.

In sostanza, un ceppo auxotrofico ha perso un percorso metabolico funzionale che gli ha permesso di sintetizzare una sostanza fondamentale, essenziale per i suoi processi vitali.

Questa mancanza è solitamente dovuta a una mutazione. La mutazione genera un allele nullo che non possiede la capacità biologica di produrre una sostanza presente nel prototropio.

applicazioni

biochimica

I marcatori genetici auxotrofici sono spesso usati nella genetica molecolare. Ogni gene contiene l'informazione che codifica per una proteina. Ciò è stato dimostrato dai ricercatori George Beadle e Edward Tatum, nel lavoro che li ha resi creditori del premio Nobel.

Questa specificità dei geni consente la mappatura di percorsi biosintetici o biochimici. Una mutazione di un gene porta a una mutazione di una proteina. In questo modo, può essere determinato nei ceppi auxotrofici dei batteri che vengono studiati quali enzimi sono disfunzionali a causa delle mutazioni.

Un altro metodo per determinare le vie biosintetiche è l'uso di ceppi auxotrofici di specifici amminoacidi. In questi casi, la necessità di tali amminoacidi da parte dei ceppi viene sfruttata per aggiungere analoghi innaturali delle proteine ​​nel mezzo di coltura.

Ad esempio, la sostituzione della fenilalanina con para-azido fenilalanina in colture di ceppi di Escherichia coli auxotrofica per la fenilalanina.

Marcatori auxotrofici

Le mutazioni all'interno dei geni che codificano gli enzimi coinvolti in percorsi per la biosintesi delle molecole di costruzione metabolica sono utilizzate come marcatori nella stragrande maggioranza degli esperimenti genetici con lievito.

La carenza nutrizionale causata dalla mutazione (auxotrofia) può essere compensata fornendo il nutriente richiesto nel mezzo di crescita.

Tuttavia, tale compensazione non è necessariamente quantitativa perché le mutazioni influenzano vari parametri fisiologici e possono agire in modo sinergico.

Per questo motivo, sono stati condotti studi per ottenere ceppi protototrici al fine di eliminare i marcatori auxotrofici e ridurre il bias negli studi fisiologici e metabolici.

Il test di Ames

Il test di Ames, chiamato anche test di mutagenesi di Salmonella, è stato sviluppato da Bruce N. Ames negli anni '70 per determinare se una sostanza chimica è un mutageno.

Si basa sul principio della mutazione inversa o della successiva mutazione. Impiega più ceppi di Salmonella typhimurium auxotrofica a istidina.

Il potere di una sostanza chimica di provocare una mutazione viene misurato applicandolo ai batteri su una piastra contenente istidina. I batteri vengono quindi trasferiti su una nuova piastra povera di istidina.

Se la sostanza non è mutagena, i batteri non mostrerebbero crescita nella nuova placca. In un altro caso, i batteri istidina auxotrofici si trasformeranno in ceppi prototropici in istidina.

Il confronto della percentuale di crescita batterica in piastre con e senza trattamento consente di quantificare il potere mutageno del composto sui batteri.

Questo possibile effetto mutageno nei batteri indica la possibilità che causi gli stessi effetti su altri organismi, compreso l'uomo.

Si ritiene che un composto in grado di provocare una mutazione nel DNA batterico possa anche essere in grado di produrre mutazioni che possono provocare il cancro.

Altre applicazioni per il test di Ames

Sviluppo di nuovi ceppi

Il test di Ames è stato applicato per ottenere nuovi ceppi batterici. Ad esempio, sono stati sviluppati ceppi carenti di nitroreduttasi.

Questi ceppi sono usati per studiare il metabolismo degli xenobiotici e dei sistemi di riparazione del DNA. Sono anche stati utili per valutare i meccanismi metabolici dei nitrogroup per produrre mutageni attivi, così come i meccanismi di nitrazione dei composti genotossici.

Antimutagénesis

Il test di Ames è stato anche usato come strumento per studiare e classificare gli antimutageni naturali. Gli antimutageni sono composti che possono ridurre il danno al DNA mutageno, principalmente migliorando i loro sistemi di riparazione.

In questo modo, tali composti evitano i primi passi dello sviluppo del cancro. Sin dai primi anni '80 (del XX secolo), Ames e colleghi hanno condotto studi per valutare le riduzioni della genotossina e i rischi di cancro attraverso una dieta ricca di antimutageni.

Hanno osservato che le popolazioni che avevano una dieta con alti livelli di antimutageni avevano meno rischi di sviluppare il cancro gastroenterico.

Il test di Ames è stato ampiamente utilizzato per studiare diversi estratti di piante che sono noti per ridurre la mutagenicità. Questi studi hanno anche dimostrato che i componenti della pianta non sono sempre sicuri. È stato dimostrato che molte piante commestibili hanno effetti genotossici.

Il test di Ames ha anche dimostrato di essere utile per rilevare gli effetti tossici o antimutogeni di composti naturali frequentemente utilizzati in medicina alternativa.

Studi sul metabolismo genotossico

Uno dei punti deboli del test di Ames era la mancanza di attivazione metabolica dei composti genotossici. Tuttavia, questo problema è stato risolto con l'aggiunta di omogenati di fegato indotti dal CYP preparato dai roditori.

Il CYP è un'emoproteina associata al metabolismo di varie sostanze. Questa modifica ha aggiunto nuove funzionalità al test di Ames. Ad esempio, sono stati valutati diversi induttori di CYP, che hanno dimostrato che questi enzimi sono indotti da diversi tipi di composti.

Valutazione di mutageni nei fluidi biologici

Questi test utilizzano campioni di urina, plasma e siero. Possono essere utili per valutare la formazione di composti N-nitroso in vivo da farmaci amminici.

Possono anche essere utili in studi epidemiologici su popolazioni umane esposte a mutageni occupazionali, abitudini al fumo ed esposizione ad agenti inquinanti ambientali.

Questi test hanno dimostrato, ad esempio, che i lavoratori esposti a prodotti di scarto hanno livelli più elevati di agenti mutageni urinari rispetto a quelli che hanno lavorato in impianti di trattamento delle acque.

È anche servito a dimostrare che l'uso di guanti riduce le concentrazioni di mutageni in lavoratori di fonderia esposti a composti policiclici aromatici.

Gli studi sui mutageni urinari sono anche uno strumento prezioso per la valutazione antimutagenica, poiché, ad esempio, questo test ha dimostrato che la somministrazione di vitamina C inibisce la formazione di composti N-nitroso.

Serviva anche a dimostrare che il consumo di tè verde per un mese riduce la concentrazione di mutageni urinari.