보조생식

Auxotrophy
이는 보조영역(미디어 상단 열: 식민지 보조생성 - 아르기닌(Auxotritical to Arginine)은 원생생물(매체의 맨 아래 줄)을 보이는 군집과 비교된다.

보조생식(Auxotrophy, Ancient 그리스어: αὐάάάννωωωωωωω" ";; τροοο " "양식")은 생물이 성장에 필요한 특정 유기 화합물을 합성할 수 없는 것이다(IUPAC에서 정의함). 보조생물은 이 특성을 나타내는 유기체다; 보조생물은 그에 상응하는 형용사다. 보조생리는 원생생과 정반대되는 것으로 성장에 필요한 모든 화합물을 합성하는 능력이 특징이다.

원시생성세포('야생형'이라고도 함)는 모든 필수 대사물(예: 아미노산, 지질, 공작용제)의 자체 충분한 생산물인 반면, 보조생물은 생산할 수 없는 대사물과 중간 위치에 있어야 한다.[1] 예를 들어, 세포가 메티오닌 보조 세포라고 하는 것은 메티오닌을 함유한 매체에 있어야 하거나, 그렇지 않으면 복제할 수 없다는 것을 의미한다. 이 예에서 이는 자체적으로 메티오닌(메티오닌 보조영양)을 생산할 수 없기 때문이다. 그러나, 원생세포나 메티오닌 원생세포는 메티오닌이 있거나 없는 매개체에서 기능하고 복제할 수 있을 것이다.[2]

Replica 도금은 마지막 판과 같은 지점에서 한 판에서 다른 판으로 집락을 옮겨 서로 다른 매체 판을 나란히 비교할 수 있도록 하는 기법이다. 그것은 박테리아 군체가 어떤 환경에서 자랄 수 있는지 또는 자랄 수 없는지를 결정하기 위해 다른 매체 플레이트에서 동일한 군집의 성장을 비교하는 데 사용된다(이는 가능한 보조적 특성에 대한 통찰력을 준다). 조슈아 레더버그와 에스더 레더버그가 시행한 복제 도금법에는 온도에 민감한 보조소재를 포함했다. 즉, 합성 능력은 온도에 의존했다.[3] (오소트로프는 보통 온도에 의존하지 않는다.) 다른 요인에도 의존할 수 있다.) 또한 생물이 성장에 필요한 한 가지 이상의 유기 화합물에 보조를 맞출 수도 있다.[4]

적용들

유전학

집락 A, B, C 및 D가 다른 매체에 도금되어 보조생성 및 생합성 경로 테스트(그림 2B 및 2C 참조)

유전학에서 변종은 필수 화합물을 합성할 수 없게 만드는 돌연변이를 동반할 경우 보조성이라고 한다. 예를 들어 활성화가 되지 않은 우라실 합성 경로 유전자를 가진 효모 돌연변이는 우라실 보조영양(예: 효모 오로티딘 5'-인산 데카르복실라아제 유전자가 비활성화된 경우 결과적으로 생기는 균주는 우라실 보조영양이다. 이러한 변종은 우라실을 합성할 수 없으며, 환경에서 우라실을 섭취할 수 있어야만 성장할 수 있다. 이것은 요람 원생대, 또는 이 경우 야생형 변종인데 요람이 없어도 여전히 자랄 수 있다. 보조생성 유전자 표지는 종종 분자 유전학에서 사용된다; 그것들은 하나의 유전자원 효소 가설에 대한 비들레와 타툼의 노벨상 수상작에서 유명하게 사용되었고, 유전자의 돌연변이를 단백질 변이에 연결시켰다. 그러면 어떤 효소나 효소가 변이되고 연구 중인 박테리아의 보조적 변종에서 기능 장애를 일으키는지를 결정하는 데 도움이 될 수 있는 생합성 또는 생화학적 경로 매핑이 가능하다.[2]

연구자들은 특정 아미노산에 대장균 부영양성 계통을 사용하여 비천연 아미노산 유사물질을 단백질에 도입했다. 예를 들어 아미노산 페닐알라닌에 대한 보조 세포는 파라아지도 페닐알라닌과 같은 아날로그로 보충된 매체에서 배양될 수 있다.

인간을 포함한 많은 생물은 성장에 필요한 많은 종류의 화합물에 보조를 받으며 식이요법을 통해 이러한 화합물을 얻어야 한다(비타민, 필수 영양소, 필수 아미노산, 필수 지방산 참조).

생물의 진핵 나무를 가로지르는 비타민 보조생리의 복잡한 진화의 패턴은 유기체들 간의 상호의존성과 밀접하게 연결되어 있다.[5]

그림 2B 생물합성(생물화학) 경로(예: 그림 2A)

돌연변이 유발성 테스트(또는 Ames 테스트)

그림 2C 표는 그림 2A 및 2B의 예에서 얻은 정보를 요약하고 관련시킨다.

살모넬라 무타게네시스 검사(Ames test)는 히스티딘에 보조성인 살모넬라 장티푸륨의 여러 변종을 사용하여 특정 화학물질이 첨가된 화합물에 반응하여 보조성질을 관찰하여 돌연변이를 일으킬 수 있는지 여부를 시험한다.[6] 화학 물질이나 복합체가 일으키는 돌연변이는 히스티딘이 함유된 플레이트의 박테리아에 도포한 후 지속적으로 성장할 수 있도록 충분한 히스티딘 없이 박테리아를 새로운 플레이트로 이동시켜 측정한다. 만약 이 물질이 박테리아의 게놈을 보조에서 히스티딘으로 다시 원생에서 히스티딘으로 변형시키지 않는다면, 박테리아는 새로운 판에서 성장을 보이지 않을 것이다. 그래서 새로운 판에 있는 박테리아와 오래된 판의 비율을 비교하고 대조군 집단의 비율을 같은 비율로 비교함으로써, 어떤 물질이 얼마나 돌연변이를 일으키는지, 혹은 오히려 그것이 DNA에 돌연변이를 일으킬 가능성이 얼마나 높은지를 정량화할 수 있다.[7] 화학물질이 관찰된 역회전율을 증가시키는 돌연변이를 일으키는 경우 Ames 검사에 대해 양성으로 간주되며 대조군과 유사하게 나타나는 경우 음성으로 간주된다. 보조세균이 필요한 대사물이 없는 매체에 도금될 경우 다시 원생생식으로 변이될 수 있기 때문에 예상하는 정상적이지만 적은 수의 회귀군 군체가 있다. 이것의 가능성은 낮으며 따라서 매우 작은 식민지가 형성되게 한다. 그러나 돌연변이 물질을 첨가한다면, 되돌리는 사람의 수는 돌연변이 물질이 없는 것보다 눈에 띄게 더 많을 것이다. 아메스 검사는 기본적으로 물질이 돌연변이 물질 판과 대조군 판의 역귀환자에 수량화할 수 있는 차이를 유발할 수 있을 정도로 박테리아의 DNA에 돌연변이 발생 가능성이 높아지면 양성으로 간주된다. 음의 아메스 테스트는 가능한 돌연변이 물질이 환원제의 증가를 야기하지 않았음을 의미하며, 양성의 아메스 테스트는 가능한 돌연변이 물질이 돌연변이의 가능성을 증가시켰음을 의미한다. 박테리아에 대한 이러한 돌연변이 유발 효과는 인간과 같은 더 큰 유기체에 대한 동일한 영향을 나타내는 가능한 지표로 연구된다. 만약 돌연변이 물질이 존재하는 상태에서 박테리아 DNA에 돌연변이가 발생할 수 있다면 암을 유발하는 더 큰 유기체에게도 동일한 효과가 발생할 수 있다고 제안한다.[6] 음성 아메스 검사 결과는 이 물질이 돌연변이 물질이 아니며 살아있는 유기체에 종양 형성을 유발하지 않는다는 것을 암시할 수 있다. 그러나 더 큰 유기체에서 검사했을 때 양성 아메스 검사 결과 화학 물질 중 극히 일부만이 대수롭지 않게 여겨졌지만, 박테리아에 대한 양성 아메스 검사는 여전히 더 큰 유기체에서 암의 발현과 결정적으로 연관될 수 없었다. 살아있는 유기체, 인간, 동물 등의 종양에 대한 가능한 결정 요인이 될 수 있지만, 결론을 내리기 위해서는 더 많은 연구가 완료되어야 한다.[8]

부자연스러운 아미노산을 단백질과 프로테오메트에 통합하는 보조생리학

형태, 크기, 화학적 특성에서 표준 아미노산과 유사한 많은 수의 부자연스러운 아미노산이 보조적 표현 숙주를 통해 재조합 단백질에 유입된다.[9] 예를 들어 메티오닌(Met) 또는 트립토판(Trp) 보조성 대장균 변종은 정의된 최소 매개체에서 배양할 수 있다. 이 실험 설정에서는 표준 Trp 및 Met 잔여물이 다른 중간 보충 관련 아날로그로 완전히 대체되는 재조합 단백질을 표현할 수 있다.[10] 이 방법론은 DNA 수준에서 코돈 조작(예: 올리고뉴클레오티드 지시 돌연변이 유발)에 의해 수행되는 것이 아니라 효율적인 선택적 압력에 따라 단백질 번역 수준에서 코돈 재할당에 의해 수행되는 새로운 형태의 단백질 공학으로 이어진다.[11] 따라서 이 방법을 선택적 압력 결합(SPI)이라고 한다.[12]

지금까지 연구된 어떤 유기체도 정관 20개 외에 다른 아미노산을 인코딩하지 않는다; 2개의 추가적인 정관 아미노산(셀레노시스테인, 피롤리신)은 번역 종료 신호를 해독하여 단백질에 삽입된다. 이 경계는 신진대사적으로 안정된 보조 미생물 변종의 적응적 실험실 진화에 의해 넘을 수 있다. 예를 들어, 트립토판의 유일한 대용품으로 부자연스러운 아미노산 티에노[3,2-b]피롤리네이트만으로 생존할 수 있는 대장균을 진화하는 첫 번째 분명히 성공한 시도는 2015년에 이루어졌다.[13]

대중문화에서

1993년 영화 쥬라기 공원(1990년 동명 마이클 크라이튼 소설 원작)에는 아미노산 리신을 생산할 수 없도록 유전자 조작한 공룡이 등장한다.[14] 이것은 "라이신 보정"으로 알려져 있었고, 복제된 공룡들이 공원 밖에서 살아남는 것을 막기 위해 공원 수의사 직원들이 제공하는 라이신 보충제에 의존할 수밖에 없었다. 현실적으로 리신을 생산할 수 있는 동물은 없다(필수 아미노산이다).[15]

참고 항목

각주

  1. ^ Genetics : from genes to genomes. Hartwell, Leland. (4th ed.). New York: McGraw-Hill. 2011. ISBN 9780073525266. OCLC 317623365.{{cite book}}: CS1 maint : 기타(링크)
  2. ^ a b LaRossa, R.A. (2001). "Nutritional Mutations". Encyclopedia of Genetics. pp. 1362–1363. doi:10.1006/rwgn.2001.0920. ISBN 9780122270802.
  3. ^ Lederberg, Joshua; Lederberg, Esther M. (March 1952). "Replica plating and indirect selection of bacterial mutants". Journal of Bacteriology. 63 (3): 399–406. doi:10.1128/JB.63.3.399-406.1952. ISSN 0021-9193. PMC 169282. PMID 14927572.
  4. ^ Griffiths, Anthony J.F.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (2000). "Mutant types". {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  5. ^ Helliwell, Katherine E.; et al. (2013). "Widespread decay of vitamin-related pathways: coincidence or consequence?". Trends in Genetics. 29 (8): 469–478. doi:10.1016/j.tig.2013.03.003. PMID 23623319.
  6. ^ a b Ahern, Kevin (2017). Biochemistry Free for All. DavinciPress.
  7. ^ Ames, Bruce N.; McCann, Joyce; Yamasaki, Edith (1975). "Methods for detecting carcinogens and mutagens with the salmonella/mammalian-microsome mutagenicity test". Mutation Research/Environmental Mutagenesis and Related Subjects. 31 (6): 347–363. doi:10.1016/0165-1161(75)90046-1. PMID 768755.
  8. ^ Kirkland, David; Zeiger, Errol; Madia, Federica; Gooderham, Nigel; Kasper, Peter; Lynch, Anthony; Morita, Takeshi; Ouedraogo, Gladys; Morte, Juan Manuel Parra (2014). "Can in vitro mammalian cell genotoxicity test results be used to complement positive results in the Ames test and help predict carcinogenic or in vivo genotoxic activity? I. Reports of individual databases presented at an EURL ECVAM Workshop". Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 775–776: 55–68. doi:10.1016/j.mrgentox.2014.10.005. PMID 25435356.
  9. ^ Link, James; Mock, Marissa; Tirrell, David (2003). "Non-canonical amino acids in protein engineering". Curr. Opin. Biotechnol. 14 (6): 603–609. doi:10.1016/j.copbio.2003.10.011. PMID 14662389.
  10. ^ Budisa, Nediljko; Pal, Prajna Paramita (1 Jun 2005). "Designing novel spectral classes of proteins with a tryptophan-expanded genetic code". Biol. Chem. 385 (10): 893–904. doi:10.1515/BC.2004.117. PMID 15551863. S2CID 42436705.
  11. ^ Budisa, Nediljko; Minks, Caroline; Alefelder, Stefan; Wenger, Waltraud; Dong, Fumin; Moroder, Luis; Huber, Huber (1 Jan 1999). "Toward the experimental codon reassignment in vivo: protein building with an expanded amino acid repertoire". FASEB J. 13 (1): 41–51. doi:10.1096/fasebj.13.1.41. PMID 9872928. S2CID 2887572.
  12. ^ Minks, Caroline; Alefelder, Stefan; Moroder, Luis; Huber, Robert; Budisa, Nediljko (2000). "Towards New Protein Engineering: In Vivo Building and Folding of Protein Shuttles for Drug Delivery and Targeting by the Selective Pressure Incorporation (SPI) Method". Tetrahedron. 56 (48): 9431–9442. doi:10.1016/S0040-4020(00)00827-9.
  13. ^ Hoesl, M. G.; Oehm, S.; Durkin, P.; Darmon, E.; Peil, L.; Aerni, H.-R.; Rappsilber, J.; Rinehart, J.; Leach, D.; Söll, D.; Budisa, N. (2015). "Chemical evolution of a bacterial proteome". Angewandte Chemie International Edition. 54 (34): 10030–10034. doi:10.1002/anie.201502868. PMC 4782924. PMID 26136259.
  14. ^ Coyne JA (10 October 1999). "The Truth Is Way Out There". The New York Times. Retrieved 2008-04-06.
  15. ^ Wu G (May 2009). "Amino acids: metabolism, functions, and nutrition". Amino Acids. 37 (1): 1–17. doi:10.1007/s00726-009-0269-0. PMID 19301095. S2CID 1870305.

외부 링크