APA ITU PROTOTROF DAN APA APLIKASINYA? - BIOLOGI - 2025

The prototrof adalah organisme atau sel yang mampu menghasilkan asam amino yang membutuhkan untuk proses hidup mereka. Istilah ini umumnya digunakan dalam kaitannya dengan zat tertentu. Ini kebalikan dari istilah auksotrof.

Istilah terakhir ini 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 substansi seperti itu karena ia mampu memproduksinya sendiri.

Perbandingan sederhana antara auksotrof dan prototrof. Diambil dan diedit dari: Akardoust, dari Wikimedia Commons.

Suatu organisme atau strain, misalnya, yang tidak dapat tumbuh tanpa adanya lisin, akan disebut lisin auksotrofik. Strain lisin prototrofik, pada bagiannya, akan tumbuh dan 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 fundamental, penting untuk proses vitalnya.

Kekurangan ini umumnya 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 berisi informasi yang mengkode protein. Ini ditunjukkan oleh peneliti George Beadle dan Edward Tatum, dalam pekerjaan mereka yang membuat mereka mendapatkan Hadiah Nobel.

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

Metode lain untuk menentukan jalur biosintesis adalah penggunaan strain auksotrofik dari asam amino spesifik. Dalam kasus ini, kebutuhan strain untuk asam amino tersebut dieksploitasi untuk menambahkan analog asam amino yang tidak alami dari protein dalam media kultur.

Misalnya, substitusi fenilalanin untuk para-azido fenilalanin dalam biakan Escherichia coli strain auksotrofik untuk fenilalanin.

Penanda auksotrofik

Mutasi dalam gen yang mengkode enzim yang berpartisipasi dalam jalur biosintesis molekul pembangun metabolisme digunakan sebagai penanda dalam sebagian besar eksperimen genetik dengan ragi.

Kekurangan nutrisi yang disebabkan oleh mutasi (auksotrofi) dapat dikompensasikan dengan menyediakan nutrisi yang dibutuhkan dalam media pertumbuhan.

Namun, kompensasi semacam itu belum tentu kuantitatif karena mutasi memengaruhi 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 metabolik.

Tes Ames

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

Ini didasarkan pada prinsip mutasi terbalik atau mutasi posterior. Ini menggunakan beberapa strain Salmonella typhimurium auxotrophic ke histidine.

Kekuatan bahan kimia untuk menyebabkan mutasi diukur dengan mengoleskannya ke bakteri di piring yang berisi histidin. Bakteri tersebut kemudian dipindahkan ke plak baru yang miskin histidin.

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

Kultur prototrofik bakteri Salmonella typhimurium. Diambil dan diedit dari: Sun14916, dari Wikimedia Commons

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

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

Diyakini bahwa senyawa yang mampu menyebabkan mutasi pada DNA bakteri juga dapat 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 berguna untuk menilai 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 lesi mutagenik pada DNA, terutama dengan meningkatkan sistem perbaikannya.

Dengan cara ini, senyawa tersebut menghindari langkah awal perkembangan kanker. Sejak awal 1980-an (abad ke-20), Ames dkk telah melakukan penelitian untuk mengevaluasi pengurangan genotoksin dan risiko kanker melalui makanan yang kaya antimutagen.

Mereka mengamati bahwa populasi yang memiliki diet dengan tingkat antimutagen yang tinggi memiliki risiko lebih rendah terkena kanker gastroenterika.

Uji Ames telah digunakan secara ekstensif untuk mempelajari berbagai ekstrak tumbuhan yang diketahui dapat mengurangi mutagenisitas. Studi ini juga menunjukkan bahwa komponen tanaman tidak selalu aman. Banyak tanaman yang dapat dimakan telah terbukti memiliki efek genotoksik.

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

Studi metabolisme genotoksik

Salah satu kelemahan uji Ames adalah kurangnya aktivasi metabolik senyawa genotoksik. Namun, masalah ini telah diatasi dengan penambahan homogenat hati yang diinduksi CYP yang dibuat dari hewan pengerat.

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

Evaluasi mutagen dalam cairan biologis

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

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

Tes ini telah menunjukkan, misalnya, bahwa pekerja yang terpapar produk limbah memiliki tingkat mutagen urin 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 aromatik polisiklik.

Studi 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 mengonsumsi teh hijau selama sebulan mengurangi konsentrasi mutagen dalam urin.

Referensi

1. BN Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metode untuk mendeteksi karsinogen dan mutagen dengan uji mutagenisitas salmonella / mamalia-mikrosom. Riset Mutasi / Mutagenesis Lingkungan dan Subjek Terkait.
2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, JJ Espinosa (2012). Ujian Ames di Abad ke-21. Penelitian & Ulasan: Jurnal Toksikologi.
3. Auxotrophy. Di Wikipedia. Dipulihkan dari https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
4. S. Benner (2001). Ensiklopedia Genetika. Pers Akademik.
5. F. Fröhlich, R. Christiano, TC Walther (2013). SILAC Asli: Pelabelan metabolik protein dalam mikroorganisme prototrof berdasarkan regulasi sintesis lisin. Proteomik Molekuler & Seluler.
6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, SG Oliver, M. Ralser (2012). Koleksi mutan penghapusan prototrofik untuk metabolisme ragi dan biologi sistem. Bioteknologi Alam.