Protótrofos: qué son, definición, aplicaciones
¿Qué son los protótrofos?
Los protótrofos son microorganismos o células capaces de producir los aminoácidos que requieren para crecer. Este término se emplea generalmente en relación con alguna sustancia en particular. Es opuesto al término auxótrofo.
Este último término es empleado para definir a un microorganismo que es capaz de crecer y multiplicarse en un medio de cultivo solamente si a este se le ha añadido un nutriente específico. En el caso del protótrofo, puede prosperar sin dicha sustancia porque es capaz de producirla él mismo.
Un organismo o una cepa, por ejemplo, incapaz de crecer en ausencia de arginina, sería denominada arginina auxotrófica. La cepa arginina prototrófica, por su parte, crecerá y podrá reproducirse independientemente de la presencia o ausencia de arginina en el medio de cultivo.
Básicamente, una cepa auxotrófica ha perdido una ruta metabólica funcional que le permitía sintetizar una sustancia fundamental, indispensable para sus procesos vitales.
Esta carencia se debe, generalmente, a una mutación. La mutación genera un alelo nulo que no posee la capacidad biológica de producir una sustancia presente en el protótrofo.
Aplicaciones
Bioquímica
Los marcadores genéticos auxotróficos se usan a menudo en genética molecular. Cada gen contiene la información que codifica una proteína. Esto fue demostrado por los investigadores George Beadle y Edward Tatum, en el trabajo que les hizo acreedores del premio Nobel.
Esta especificidad de los genes permite el mapeo de rutas biosintéticas o bioquímicas. Una mutación de un gen conlleva a una mutación de una proteína. De esta manera, se puede determinar en las cepas auxotróficas de las bacterias que se estudian cuáles enzimas son disfuncionales debido a las mutaciones.
Otro método para determinar rutas biosintéticas, es el empleo de cepas auxotróficas de aminoácidos específicos. En estos casos, se aprovecha la necesidad de tales aminoácidos por parte de las cepas para agregar aminoácidos análogos no naturales de las proteínas en los medios de cultivo.
Por ejemplo, la sustitución de fenilalanina por para-azido fenilalanina en cultivos de cepas de Escherichia coli auxotróficas para fenilalanina.
Marcadores auxotróficos
Las mutaciones dentro de los genes que codifican enzimas que participan en vías para la biosíntesis de moléculas de construcción metabólicas, son usadas como marcadores en la gran mayoría de los experimentos genéticos con levadura.
La deficiencia nutricional causada por la mutación (auxotrofia) se puede compensar suministrando el nutriente requerido en el medio de crecimiento.
Sin embargo, tal compensación no es necesariamente cuantitativa, porque las mutaciones influyen en varios parámetros fisiológicos y pueden actuar de forma sinérgica.
Debido a ello, se han realizado estudios para obtener cepas prototróficas con miras a eliminar los marcadores auxotróficos y reducir el sesgo en los estudios fisiológicos y metabólicos.
La prueba de Ames
La prueba de Ames, también denominada prueba de mutagénesis de Salmonella, fue desarrollada por Bruce N. Ames en la década de 1970 para determinar si un químico es un mutágeno.
Se basa en el principio de mutación inversa o mutación posterior. Emplea múltiples cepas de Salmonella typhimurium auxotróficas a la histidina.
El poder de una sustancia química para causar mutación se mide aplicándola a las bacterias en una placa que contiene histidina. Las bacterias son posteriormente movidas a una nueva placa pobre en histidina.
Si la sustancia no es mutagénica, las bacterias no mostrarían crecimiento en la nueva placa. Por el contrario, las bacterias auxotróficas a histidina mutarán de nuevo a cepas prototróficas a histidina.
La comparación de la proporción de crecimiento bacteriano en placas con y sin tratamiento, permite cuantificar el poder mutagénico del compuesto sobre las bacterias.
Este posible efecto mutagénico en las bacterias indica la posibilidad de que cause los mismos efectos en otros organismos, incluyendo los humanos.
Se cree que un compuesto que es capaz de causar una mutación en el ADN bacteriano, también puede ser capaz de producir mutaciones que puedan causar cáncer.
Otras aplicaciones a la prueba de Ames
Desarrollo de nuevas cepas
La prueba de Ames ha sido aplicada para la obtención de nuevas cepas bacterianas. Por ejemplo, se han desarrollado cepas deficientes en nitrorreductasas.
Estas cepas son usadas para estudiar el metabolismo de los xenobióticos y los sistemas de reparación del ADN. También han sido útiles para evaluar los mecanismos metabólicos de los nitrogrupos para producir mutágenos activos, así como los mecanismos de nitración de compuestos genotóxicos.
Antimutagénesis
La prueba de Ames también ha sido empleada como una herramienta para estudiar y clasificar los antimutágenos naturales. Los antimutágenos son compuestos que pueden reducir las lesiones mutagénicas en el ADN, principalmente al mejorar sus sistemas de reparación.
De esta manera, tales compuestos evitan los pasos iniciales del desarrollo del cáncer. Desde principios de los años 80 (del siglo XX), Ames y colaboradores han realizado estudios para evaluar las reducciones de genotoxinas y riesgos de cáncer a través de una dieta rica en antimutágenos.
Observaron que poblaciones que tenían dietas con altos niveles de antimutágenos presentaban menos riesgos de desarrollar cáncer gastroentérico.
La prueba Ames ha sido empleada ampliamente para estudiar varios extractos de plantas que se sabe que reducen la mutagenicidad. Estos estudios también han demostrado que los componentes de las plantas no siempre son inocuos. Muchas plantas comestibles han demostrado tener efectos genotóxicos.
La prueba de Ames también ha mostrado ser útil para detectar los efectos tóxicos o antimutagénicos de los compuestos naturales que se emplean con frecuencia en la medicina alternativa.
Referencias
- B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa. The Ames Test in Twenty-first Century. Research & Reviews: A Journal of Toxicology.
- F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther. Native SILAC: Metabolic labeling of proteins in prototroph microorganisms based on lysine synthesis regulation. Molecular & Cellular Proteomics.