Auxótrofo: qué es, cómo se origina, ejemplos y aplicaciones
¿Qué es un auxótrofo?
Un auxótrofo es un microorganismo que no puede crecer naturalmente sin un requerimiento nutricional específico, que perdió debido a una mutación. Es decir, para cultivarlo en laboratorio se le debe agregar esta sustancia que le falta, pues no puede sintetizarla por sí mismo.
Por ejemplo, decimos que el organismo es auxótrofo para valina, lo que indica que el individuo en cuestión necesita que este aminoácido sea aplicado en el medio de cultivo, pues no es capaz de producirlo él solo.
De este modo, podemos diferenciar dos fenotipos: “el mutante”, que corresponde al auxótrofo para valina –tomando en cuenta nuestro ejemplo hipotético anterior– y “el original” o silvestre, que puede sintetizar correctamente el aminoácido. A este último se le denomina protótrofo.
La auxotrofía se origina por alguna mutación específica que lleve a la pérdida de la habilidad de sintetizar algún elemento, como un aminoácido u otro componente orgánico.
En genética, una mutación es un cambio o modificación de la secuencia de ADN. Generalmente la mutación inactiva a una enzima clave en una ruta de síntesis.
¿Cómo se originan los organismos auxótrofos?
De manera general, los microorganismos requieren de una serie de nutrientes indispensables para su crecimiento. Sus necesidades mínimas siempre son una fuente de carbono, una fuente de energía, y diversos iones.
Los organismos que necesitan nutrientes extras a los básicos son auxótrofos para dicha sustancia y se originan por mutaciones en el ADN.
No todas las mutaciones que ocurran en el material genético de un microorganismo van a afectar su capacidad de crecimiento frente a un nutriente particular.
Puede que ocurra una mutación y esta no tenga efecto alguno en el fenotipo del microorganismo, lo que se conoce como mutaciones silenciosas, ya que no modifican la secuencia de la proteína.
Así, la mutación afecta a un gen muy particular que codifica para una proteína indispensable de una ruta metabólica que sintetice una sustancia primordial para el organismo. La mutación generada debe inactivar el gen o afectar a la proteína.
Generalmente, afecta a enzimas claves. La mutación debe producir un cambio en la secuencia de un aminoácido que cambie de manera significativa la estructura de la proteína y así desaparezca su funcionalidad. También puede afectar al sitio activo de la enzima.
Ejemplos en Saccharomyces cerevisiae
S. cerevisiae es un hongo unicelular popularmente conocido como levadura de la cerveza. Es usada para la fabricación de productos comestibles para el humano, como pan y cerveza.
Gracias a su utilidad y fácil crecimiento en el laboratorio, es uno de los modelos biológicos más empleados, por lo que se sabe que mutaciones específicas son causantes de la auxotrofía.
Auxótrofos para la histidina
La histidina es uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. El grupo R de esta molécula está formado por un grupo imidazol con carga positiva.
Aunque en los animales, incluidos los humanos, es un aminoácido esencial –es decir, no lo pueden sintetizar y deben incorporarlo por medio de la dieta– los microorganismos poseen la capacidad de sintetizarlo.
El gen HIS3 en esta levadura codifica para la enzima imidazolglicerol fosfato deshidrogenasa, que participa en la vía de la síntesis del aminoácido histidina.
Las mutaciones en este gen (his3–) traen como resultado la auxotrofía de la histidina. Así, estos mutantes son incapaces de proliferar en un medio que carece del nutriente.
Auxótrofos para el triptófano
Del mismo modo, el triptófano es un aminoácido de carácter hidrófobo que tiene como grupo R un grupo indol. Como el aminoácido anterior, este debe ser incorporado en la dieta de los animales, pero los microorganismos pueden sintetizarlo.
El gen TRP1 codifica para la enzima fosforribosil antranilato isomerasa, que está involucrada en la vía anabólica del triptófano. Al ocurrir un cambio en este gen, se obtiene una mutación trp1– que incapacita al organismo de sintetizar el aminoácido.
Auxótrofos para las pirimidinas
Las pirimidinas son compuestos orgánicos que forman parte del material genético de los organismos vivos. Específicamente, se encuentran en las bases nitrogenadas, formando parte de la timina, la citosina y el uracilo.
En este hongo, el gen URA3 codifica para la enzima orotidina-5’-fosfato descarboxilasa. Esta proteína se encarga de catalizar un paso en la síntesis de novo de las pirimidinas. Por ello, las mutaciones que afectan a este gen causan auxotrofía a la uridina o el uracilo.
La uridina es un compuesto que resulta de la unión de la base nitrogenada uracilo con un anillo de ribosa. Ambas estructuras están unidas por un enlace glucosídico.
Aplicaciones
La auxotrofía es una característica muy útil en estudios relacionados con la microbiología, para la selección de los organismos en el laboratorio.
Este mismo principio puede ser aplicado a las plantas, donde mediante ingeniería genética se crea un individuo auxotrófico, ya sea para metionina, biotina, auxina, etc.
Aplicación en ingeniería genética
Los mutantes auxótrofos son ampliamente usados en los laboratorios donde se realizan protocolos de ingeniería genética.
Uno de los objetivos de estas prácticas moleculares es la instrucción de un plásmido construido por el investigador en un sistema procariota. A este procedimiento se le conoce como “complementación de auxotrofía”.
Un plásmido es una molécula de ADN circular, típico de las bacterias, que se replican de forma independiente. Los plásmidos pueden contener información útil que es utilizada por la bacteria, por ejemplo, la resistencia a algún antibiótico o un gen que le permita sintetizar un nutriente de interés.
Los investigadores que desean introducir un plásmido en una bacteria pueden valerse de una cepa auxótrofa para un nutriente específico. La información genética necesaria para la síntesis del nutriente viene codificada en el plásmido.
De este modo, se prepara un medio mínimo (que no contiene el nutriente que la cepa mutante no puede sintetizar) y se siembran las bacterias con el plásmido.
Solo las bacterias que incorporaron esta porción de ADN plasmídico serán capaces de crecer en el medio, mientras que las bacterias que no lograron captar el plásmido morirán por la falta del nutriente.
Referencias
- Benito, C., & Espino, F. J. Genética, conceptos esenciales. Editorial Médica Panamericana.
- Brock, T. D., & Madigan, M. T. Microbiología. Prentice-Hall Hispanoamericana.
- Izquierdo Rojo, M. Ingeniería genética y transferencia génica. Pirámide.