AUXOTROPH: ORIGEM, EXEMPLO E APLICAÇÕES - BIOLOGIA - 2025

Um auxotrófico é um microrganismo que não é capaz de sintetizar um determinado tipo de nutriente ou componente orgânico essencial para o crescimento do referido indivíduo. Portanto, essa cepa só pode proliferar se o nutriente for adicionado ao meio de cultura. Essa necessidade nutricional é resultado de uma mutação no material genético.

Esta definição geralmente se aplica a condições específicas. Por exemplo, dizemos que o organismo é auxotrófico para a valina, o que indica que o indivíduo em questão precisa desse aminoácido para ser aplicado no meio de cultura, uma vez que não é capaz de produzi-lo sozinho.

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Desta forma, podemos diferenciar dois fenótipos: "o mutante", que corresponde à valina auxotrófica - levando em consideração nosso exemplo hipotético anterior, embora possa ser auxotrófica para qualquer nutriente - e "o original" ou selvagem, que pode sintetizar corretamente a aminoácido. Este último é chamado de prototrófico.

A auxotrofia é causada por alguma mutação específica que leva à perda da capacidade de sintetizar um elemento, como um aminoácido ou outro componente orgânico.

Em genética, uma mutação é uma mudança ou modificação da sequência de DNA. Geralmente, a mutação inativa uma enzima chave em uma via sintética.

Como os organismos auxotróficos se originam?

Em geral, os microrganismos requerem uma série de nutrientes essenciais para seu crescimento. Suas necessidades mínimas são sempre uma fonte de carbono, uma fonte de energia e vários íons.

Organismos que precisam de nutrientes extras aos básicos são auxotróficos para essa substância e são causados ​​por mutações no DNA.

Nem todas as mutações que ocorrem no material genético de um microrganismo afetarão sua capacidade de crescer contra um determinado nutriente.

Uma mutação pode ocorrer e não tem efeito no fenótipo do microrganismo - são conhecidas como mutações silenciosas, pois não alteram a sequência da proteína.

Assim, a mutação afeta um gene muito particular que codifica uma proteína essencial de uma via metabólica que sintetiza uma substância essencial para o corpo. A mutação gerada deve inativar o gene ou afetar a proteína.

Geralmente afeta enzimas-chave. A mutação deve produzir uma mudança na sequência de um aminoácido que altera significativamente a estrutura da proteína e, portanto, elimina sua funcionalidade. Também pode afetar o sítio ativo da enzima.

Exemplos em

S. cerevisiae é um fungo unicelular popularmente conhecido como levedura de cerveja. É utilizado para a fabricação de produtos comestíveis para humanos, como pão e cerveja.

Graças à sua utilidade e fácil crescimento em laboratório, é um dos modelos biológicos mais utilizados, por isso se sabe que mutações específicas são a causa da auxotrofia.

Auxotróficos para histidina

Histidina (abreviado na nomenclatura de uma letra como H e três letras como His) é um dos 20 aminoácidos que compõem as proteínas. O grupo R desta molécula é constituído por um grupo imidazol carregado positivamente.

Embora em animais, incluindo humanos, seja um aminoácido essencial - ou seja, eles não podem sintetizá-lo e devem incorporá-lo por meio da dieta - os microrganismos têm a capacidade de sintetizá-lo.

O gene HIS3 dessa levedura codifica a enzima imidazol glicerol fosfato desidrogenase, que participa da via de síntese do aminoácido histidina.

Mutações neste gene (his3 ^-) resultam em auxotrofia para histidina. Assim, esses mutantes são incapazes de proliferar em um meio sem o nutriente.

Auxotróficos para triptofano

Da mesma forma, o triptofano é um aminoácido hidrofóbico que possui um grupo indol como grupo R. Como o aminoácido anterior, deve ser incorporado à dieta dos animais, mas os microorganismos podem sintetizá-lo.

O gene TRP1 codifica a enzima fosforibosil antranilato isomerase, que está envolvida na via do triptofano anabólico. Quando ocorre uma alteração nesse gene, é obtida uma mutação trp1 ^- que desabilita o corpo de sintetizar o aminoácido.

Auxotróficos para pirimidinas

As pirimidinas são compostos orgânicos que fazem parte do material genético dos organismos vivos. Especificamente, são encontrados em bases nitrogenadas, formando parte da timina, citosina e uracila.

Nesse fungo, o gene URA3 codifica a enzima orotidina-5'-fosfato descarboxilase. Essa proteína é responsável por catalisar uma etapa na síntese de novo de pirimidinas. Portanto, as mutações que afetam esse gene causam auxotrofia para uridina ou uracila.

A uridina é um composto que resulta da união da uracila à base de nitrogênio com um anel de ribose. Ambas as estruturas estão ligadas por uma ligação glicosídica.

Formulários

A auxotrofia é uma característica muito útil em estudos relacionados à microbiologia, para a seleção de organismos em laboratório.

Este mesmo princípio pode ser aplicado a plantas, onde por engenharia genética um indivíduo auxotrófico é criado, seja para metionina, biotina, auxina, etc.

Aplicação em engenharia genética

Mutantes auxotróficos são amplamente usados ​​em laboratórios onde protocolos de engenharia genética são realizados. Um dos objetivos dessas práticas moleculares é a instrução de um plasmídeo construído pelo pesquisador em um sistema procariótico. Este procedimento é conhecido como “complementação de auxotrofia”.

Um plasmídeo é uma molécula de DNA circular, típica de bactérias, que se replica independentemente. Os plasmídeos podem conter informações úteis que são usadas pelas bactérias, por exemplo, resistência a algum antibiótico ou um gene que permite sintetizar um nutriente de interesse.

Os pesquisadores que desejam introduzir um plasmídeo em uma bactéria podem usar uma cepa auxotrófica para um nutriente específico. A informação genética necessária para a síntese do nutriente está codificada no plasmídeo.

Desta forma, um meio mínimo (que não contém o nutriente que a cepa mutante não pode sintetizar) é preparado e as bactérias são semeadas com o plasmídeo.

Apenas as bactérias que incorporaram essa porção do DNA do plasmídeo serão capazes de crescer no meio, enquanto as bactérias que não conseguiram capturar o plasmídeo morrerão por falta do nutriente.

Referências

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