Auxotroph: origem, exemplo e aplicações

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

Essa 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 que esse aminoácido seja aplicado no meio de cultura, uma vez que não é capaz de produzi-lo por si próprio.

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Fonte: pixabay.com

Dessa maneira, podemos diferenciar dois fenótipos: “o mutante”, que corresponde ao auxotrófico da valina – levando em consideração nosso exemplo hipotético anterior, embora possa ser auxotrófico para qualquer nutriente – e “o original” ou selvagem, que pode sintetizar corretamente o aminoácido Este último é chamado de prototrófico.

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

Na genética, uma mutação é uma alteração ou modificação da sequência de DNA . Geralmente a mutação inativa para uma enzima chave em uma rota de síntese.

Como os organismos auxotróficos se originam?

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

Os organismos que precisam de nutrientes extras aos básicos são auxotróficos para esta substância e são originados por mutações no DNA.

Nem todas as mutações que ocorrem no material genético de um microorganismo afetam sua capacidade de crescer contra um nutriente específico.

Pode ocorrer uma mutação e isso não afeta o fenótipo do microrganismo – conhecidas como mutações silenciosas, pois não modificam a sequência da proteína.

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

Geralmente afeta as principais enzimas. A mutação deve produzir uma alteração na sequência de um aminoácido que altera significativamente a estrutura da proteína e, portanto, desaparece sua funcionalidade. Também pode afetar o local ativo da enzima.

Exemplos em Saccharomyces cerevisiae

S. cerevisiae é um fungo unicelular conhecido popularmente como levedura de cerveja. É usado 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, pelo que se sabe que mutações específicas são causas de auxotrofia.

Histidina Auxotrophs

A histidina (abreviada 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 formado por um grupo imidazol carregado positivamente.

Embora em animais, incluindo humanos, seja um aminoácido essencial – isto é, eles não podem sintetizá-lo e devem incorporá-lo através da dieta – os microorganismos têm a capacidade de sintetizá-lo.

O gene HIS3 nesta levedura codifica a enzima imidazolglicerol fosfato desidrogenase, que participa do caminho da síntese do aminoácido histidina.

Mutações neste gene ( his3 ) resultam em auxotrofia da histidina. Assim, esses mutantes são incapazes de proliferar em um meio que carece de nutrientes.

Auxotróficos para triptofano

Da mesma forma, o triptofano é um aminoácido hidrofóbico que possui um grupo indol como grupo R. Como o aminoácido anterior, ele 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 anabólica do triptofano. Quando ocorre uma alteração nesse gene, é obtida uma mutação trp1 que incapacita o organismo de sintetizar o aminoácido.

Auxotróficos para pirimidinas

As pirimidinas são compostos orgânicos que fazem parte do material genético dos organismos vivos. Especificamente, eles são encontrados em bases de nitrogênio, formando parte de timina, citosina e uracilo.

Nesse fungo, o gene URA3 codifica a enzima orotidina-5′-fosfato descarboxilase. Essa proteína é responsável por catalisar um passo na síntese de novo das pirimidinas. Portanto, mutações que afetam esse gene causam auxotrofia à uridina ou uracil.

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

Aplicações

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

Esse mesmo princípio pode ser aplicado às plantas, nas quais, por engenharia genética, é criado um indivíduo auxotrófico, seja para metionina, biotina, auxina, etc.

Aplicação em engenharia genética

Mutantes auxotróficos são amplamente utilizados em laboratórios onde são realizados protocolos de engenharia genética. 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 circular de DNA, típica de bactérias, que se replica independentemente. Os plasmídeos podem conter informações úteis que são utilizadas pelas bactérias, por exemplo, resistência a um antibiótico ou a um gene que permite sintetizar um nutriente de interesse.

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 é codificada no plasmídeo.

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

Somente as bactérias que incorporaram essa porção do DNA do plasmídeo poderão crescer no meio, enquanto as bactérias que falharam em capturar o plasmídeo morrerão por falta do nutriente.

Referências

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