O QUE É UM PROTOTROFO E QUAIS SÃO SUAS APLICAÇÕES? - BIOLOGIA - 2025

Os prototróficos são organismos ou células capazes de produzir os aminoácidos necessários para seus processos vitais. Este termo é geralmente usado em relação a uma substância específica. É o oposto do termo auxotrófico.

Este último termo é usado para definir um microrganismo que é capaz de crescer e se multiplicar em um meio de cultura apenas se um nutriente específico for adicionado a ele. No caso do prototrófico, ele pode prosperar sem essa substância porque é capaz de produzi-la sozinho.

Comparação simples entre auxotrófico e prototrófico. Retirado e editado de: Akardoust, do Wikimedia Commons.

Um organismo ou cepa, por exemplo, incapaz de crescer na ausência de lisina, seria chamado de lisina auxotrófica. A cepa prototrófica de lisina, por sua vez, crescerá e se reproduzirá independentemente da presença ou ausência de lisina no meio de cultura.

Basicamente, uma cepa auxotrófica perdeu uma via metabólica funcional que lhe permitia sintetizar uma substância fundamental, essencial para seus processos vitais.

Essa deficiência geralmente se deve a uma mutação. A mutação gera um alelo nulo que não tem capacidade biológica de produzir uma substância presente no prototrofo.

Formulários

Bioquímica

Marcadores genéticos auxotróficos são frequentemente usados ​​em genética molecular. Cada gene contém as informações que codificam uma proteína. Isso foi demonstrado pelos pesquisadores George Beadle e Edward Tatum, em seus trabalhos que lhes renderam o Prêmio Nobel.

Essa especificidade dos genes permite o mapeamento de vias biossintéticas ou bioquímicas. Uma mutação de um gene leva a uma mutação de uma proteína. Desta forma, pode-se determinar nas cepas auxotróficas da bactéria em estudo quais enzimas são disfuncionais devido a mutações.

Outro método para determinar as vias biossintéticas é o uso de cepas auxotróficas de aminoácidos específicos. Nestes casos, a necessidade das cepas de tais aminoácidos é explorada para adicionar análogos de aminoácidos não naturais das proteínas no meio de cultura.

Por exemplo, substituição de fenilalanina por para-azido fenilalanina em culturas de cepas de Escherichia coli auxotróficas para fenilalanina.

Marcadores auxotróficos

Mutações dentro de genes que codificam enzimas que participam de vias para a biossíntese de moléculas de construção metabólica são usadas como marcadores na grande maioria dos experimentos genéticos com leveduras.

A deficiência nutricional causada pela mutação (auxotrofia) pode ser compensada com o fornecimento do nutriente necessário no meio de crescimento.

No entanto, essa compensação não é necessariamente quantitativa porque as mutações influenciam vários parâmetros fisiológicos e podem agir sinergicamente.

Por conta disso, estudos têm sido conduzidos para obtenção de cepas prototróficas com o objetivo de eliminar marcadores auxotróficos e reduzir vieses em estudos fisiológicos e metabólicos.

O teste de Ames

O teste de Ames, também chamado de teste de mutagênese de Salmonella, foi desenvolvido por Bruce N. Ames na década de 1970 para determinar se um produto químico é um mutagênico.

Baseia-se no princípio da mutação reversa ou mutação posterior. Ele usa várias cepas de Salmonella typhimurium auxotróficas à histidina.

O poder de um produto químico para causar mutação é medido aplicando-o a bactérias em uma placa contendo histidina. As bactérias são posteriormente movidas para uma nova placa pobre em histidina.

Se a substância não for mutagênica, a bactéria não apresentará crescimento na nova placa. Em outro caso, a bactéria auxotrófica histidina sofrerá mutação novamente para cepas de histidina prototrófica.

Cultura da bactéria prototrófica Salmonella typhimurium. Retirado e editado de: Sun14916, do Wikimedia Commons

A comparação da proporção de crescimento bacteriano em placas com e sem tratamento permite quantificar o poder mutagênico do composto sobre as bactérias.

Este possível efeito mutagênico em bactérias indica a possibilidade de causar os mesmos efeitos em outros organismos, incluindo humanos.

Acredita-se que um composto que é capaz de causar uma mutação no DNA bacteriano também pode ser capaz de produzir mutações que podem causar câncer.

Outras aplicações para o teste de Ames

Desenvolvimento de novas cepas

O teste de Ames foi aplicado para obter novas cepas bacterianas. Por exemplo, cepas deficientes em nitroredutase foram desenvolvidas.

Essas cepas são usadas para estudar o metabolismo xenobiótico e os sistemas de reparo de DNA. Eles também têm sido úteis para avaliar os mecanismos metabólicos de nitrogrupos para a produção de mutagênicos ativos, bem como os mecanismos de nitração de compostos genotóxicos.

Antimutagênese

O teste de Ames também tem sido utilizado como ferramenta para estudar e classificar antimutágenos naturais. Os antimutágenos são compostos que podem reduzir lesões mutagênicas no DNA, principalmente pela melhoria de seus sistemas de reparo.

Dessa forma, tais compostos evitam as etapas iniciais do desenvolvimento do câncer. Desde o início da década de 1980 (século 20), Ames et al., Realizaram estudos para avaliar a redução da genotoxina e os riscos de câncer por meio de uma dieta rica em antimutágenos.

Eles observaram que as populações que faziam dietas com altos níveis de antimutágenos tinham riscos menores de desenvolver câncer gastroentérico.

O teste de Ames foi usado extensivamente para estudar vários extratos de plantas conhecidos por reduzir a mutagenicidade. Esses estudos também mostraram que os componentes da planta nem sempre são seguros. Muitas plantas comestíveis demonstraram ter efeitos genotóxicos.

O teste de Ames também se mostrou útil na detecção dos efeitos tóxicos ou antimutagênicos de compostos naturais que são freqüentemente usados ​​na medicina alternativa.

Estudos de metabolismo genotóxico

Um dos pontos fracos do teste de Ames foi a falta de ativação metabólica de compostos genotóxicos. No entanto, este problema foi resolvido pela adição de homogenatos de fígado induzidos por CYP preparados a partir de roedores.

CYP é uma hemoproteína associada ao metabolismo de várias substâncias. Essa modificação adicionou novos recursos ao teste de Ames. Por exemplo, vários indutores de CYPs foram avaliados, o que mostrou que essas enzimas são induzidas por diferentes tipos de compostos.

Avaliação de mutagênicos em fluidos biológicos

Esses testes usam amostras de urina, plasma e soro. Eles podem ser úteis para avaliar a formação de compostos N-nitroso in vivo a partir de amino-drogas.

Eles também podem ser úteis em estudos epidemiológicos de populações humanas expostas a agentes mutagênicos ocupacionais, hábitos de fumar e exposição a poluentes ambientais.

Esses testes mostraram, por exemplo, que trabalhadores expostos a produtos residuais têm níveis mais elevados de mutagênicos urinários do que aqueles que trabalhavam em estações de tratamento de água.

Também serviu para demonstrar que o uso de luvas reduz as concentrações de mutagênicos em trabalhadores de fundição expostos a compostos aromáticos policíclicos.

Os estudos de mutagênicos urinários também são uma ferramenta valiosa para avaliação antimutagênica, uma vez que, por exemplo, esse teste mostrou que a administração de vitamina C inibe a formação de compostos N-nitrosos.

Também serviu para demonstrar que consumir chá verde por um mês reduz a concentração de mutagênicos urinários.

Referências

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Métodos para detecção de carcinógenos e mutagênicos com o teste de mutagenicidade de salmonela / microssoma de mamífero. Pesquisa de mutação / mutagênese ambiental e assuntos relacionados.
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6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Uma coleção de mutantes de deleção prototrófica para metabolômica de leveduras e biologia de sistemas. Nature Biotechnology.