O que é um prototrófico e quais são suas aplicações?

Os prototróficos são organismos ou células capazes de produzir os aminoácidos de que necessitam para seus processos vitais. Este termo é geralmente usado em relação a uma determinada substância. É oposto ao termo auxotrófico.

Este último termo é usado para definir um microrganismo que é capaz de crescer e se multiplicar em um meio de cultura somente se um nutriente específico tiver sido adicionado a ele. No caso do prototrófico, ele pode prosperar sem tal substância, porque é capaz de produzi-lo por si mesmo.

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

Basicamente, uma cepa auxotrófica perdeu um caminho metabólico funcional que permitiu sintetizar uma substância fundamental, essencial para seus processos vitais.

Esta falta é geralmente devido a uma mutação. A mutação gera um alelo nulo que não possui a capacidade biológica de produzir uma substância presente no prototrófico.

Aplicações

Bioquímica

Os marcadores genéticos auxotróficos são freqüentemente usados ​​em genética molecular. Cada gene contém a informação que codifica uma proteína. Isso foi demonstrado pelos pesquisadores George Beadle e Edward Tatum, no trabalho que os tornaram credores do Prêmio Nobel.

Esta 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 das bactérias estudadas quais enzimas são disfuncionais devido às mutações.

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

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

Marcadores Auxotróficos

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

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

Contudo, tal compensação não é necessariamente quantitativa porque as mutações influenciam vários parâmetros fisiológicos e podem agir sinergicamente.

Devido a isso, estudos têm sido realizados para obter cepas prototróficas com vistas a eliminar marcadores auxotróficos e reduzir o viés 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 inversa ou posterior mutação. Emprega múltiplas 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 então transferidas para uma nova placa pobre em histidina.

Se a substância não for mutagênica, a bactéria não apresentará crescimento na nova placa. Noutro caso, as bactérias auxotróficas de histidina sofrerão mutação de volta às cepas prototróficas para histidina.

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 nas 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 pode também ser capaz de produzir mutações que podem causar câncer.

Outras aplicações para o teste de Ames

Desenvolvimento de novas linhagens

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

Essas cepas são usadas para estudar o metabolismo de xenobióticos e sistemas de reparo de DNA. Eles também têm sido úteis para avaliar os mecanismos metabólicos de nitrogrupos para produzir 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 antimutagênicos naturais. Os antimutagênicos são compostos que podem reduzir o dano ao DNA mutagênico, principalmente melhorando seus sistemas de reparo.

Desta forma, esses compostos evitam os passos iniciais do desenvolvimento do câncer. Desde o início dos anos 80 (do século XX), Ames e colegas realizaram estudos para avaliar as reduções de genotoxina e os riscos de câncer através de uma dieta rica em antimutagênicos.

Eles observaram que as populações que tinham dietas com altos níveis de antimutagênicos tinham menos risco de desenvolver câncer gastroentérico.

O teste de Ames tem sido amplamente utilizado para estudar vários extratos vegetais que são 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 para detectar os efeitos tóxicos ou antimutagênicos dos 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 dos compostos genotóxicos. No entanto, este problema foi resolvido pela adição de homogenatos de fígado induzidos por CYP preparados a partir de roedores.

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

Avaliação de mutagênicos em fluidos biológicos

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

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

Esses testes mostraram, por exemplo, que os trabalhadores expostos a produtos residuais têm níveis mais altos de mutagênicos urinários do que aqueles que trabalham em instalações 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 policíclicos aromáticos.

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

Também serviu para mostrar que o consumo de chá verde por um mês reduz a concentração de mutagênicos urinários.