AUXOTROPH: ORIGINE, EXEMPLE ET APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Un auxotrophe est un microorganisme qui n'est pas capable de synthétiser un certain type de nutriment ou de composant organique essentiel à la croissance dudit individu. Par conséquent, cette souche ne peut proliférer que si le nutriment est ajouté au milieu de culture. Ce besoin nutritionnel est le résultat d'une mutation du matériel génétique.

Cette définition s'applique généralement à des conditions spécifiques. Par exemple, on dit que l'organisme est auxotrophe pour la valine, ce qui indique que l'individu en question a besoin de cet acide aminé pour être appliqué dans le milieu de culture, car il n'est pas capable de le produire par lui-même.

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De cette manière, nous pouvons différencier deux phénotypes: "le mutant", qui correspond à la valine auxotrophe - en tenant compte de notre exemple hypothétique précédent, bien qu'il puisse être un auxotrophe pour n'importe quel nutriment - et "l'original" ou sauvage, qui peut synthétiser correctement le acide aminé. Ce dernier est appelé un prototrophe.

L'auxotrophie est causée par une mutation spécifique qui conduit à la perte de la capacité de synthétiser un élément, tel qu'un acide aminé ou un autre composant organique.

En génétique, une mutation est un changement ou une modification de la séquence d'ADN. En général, la mutation inactive une enzyme clé dans une voie de synthèse.

D'où proviennent les organismes auxotrophes?

En général, les micro-organismes ont besoin d'une série de nutriments essentiels pour leur croissance. Vos besoins minimaux sont toujours une source de carbone, une source d'énergie et divers ions.

Les organismes qui ont besoin de nutriments supplémentaires par rapport aux nutriments de base sont des auxotrophes pour cette substance et sont causés par des mutations dans l'ADN.

Toutes les mutations qui se produisent dans le matériel génétique d'un micro-organisme n'affecteront pas sa capacité à se développer contre un nutriment particulier.

Une mutation peut se produire et elle n'a aucun effet sur le phénotype du micro-organisme - ce sont des mutations silencieuses, car elles ne changent pas la séquence de la protéine.

Ainsi, la mutation affecte un gène très particulier qui code pour une protéine essentielle d'une voie métabolique qui synthétise une substance essentielle pour l'organisme. La mutation générée doit inactiver le gène ou affecter la protéine.

Il affecte généralement les enzymes clés. La mutation doit produire un changement dans la séquence d'un acide aminé qui change de manière significative la structure de la protéine et élimine ainsi sa fonctionnalité. Cela peut également affecter le site actif de l'enzyme.

Exemples dans

S. cerevisiae est un champignon unicellulaire connu sous le nom de levure de bière. Il est utilisé pour la fabrication de produits comestibles pour l'homme tels que le pain et la bière.

Grâce à son utilité et à sa croissance facile en laboratoire, c'est l'un des modèles biologiques les plus largement utilisés, c'est pourquoi on sait que des mutations spécifiques sont à l'origine de l'auxotrophie.

Auxotrophes pour l'histidine

L'histidine (abrégée dans la nomenclature à une lettre en H et en trois lettres en His) est l'un des 20 acides aminés qui composent les protéines. Le groupe R de cette molécule est constitué d'un groupe imidazole chargé positivement.

Bien que chez les animaux, y compris les humains, il s'agisse d'un acide aminé essentiel - c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas le synthétiser et doivent l'incorporer par l'alimentation - les micro-organismes ont la capacité de le synthétiser.

Le gène HIS3 de cette levure code pour l'enzyme imidazole glycérol phosphate déshydrogénase, qui participe à la voie de synthèse de l'acide aminé histidine.

Les mutations de ce gène (his3 ^-) entraînent une auxotrophie histidine. Ainsi, ces mutants sont incapables de proliférer dans un milieu dépourvu de nutriment.

Auxotrophes pour le tryptophane

De même, le tryptophane est un acide aminé hydrophobe qui a un groupe indole comme groupe R. Comme le précédent acide aminé, il doit être incorporé dans l'alimentation des animaux, mais les micro-organismes peuvent le synthétiser.

Le gène TRP1 code pour l'enzyme phosphoribosyl anthranilate isomérase, qui est impliquée dans la voie anabolique du tryptophane. Lorsqu'un changement se produit dans ce gène, une mutation trp1 est obtenue , ce qui empêche le corps de synthétiser l'acide aminé.

Auxotrophes pour pyrimidines

Les pyrimidines sont des composés organiques qui font partie du matériel génétique des organismes vivants. Plus précisément, ils se trouvent dans les bases azotées, faisant partie de la thymine, de la cytosine et de l'uracile.

Dans ce champignon, le gène URA3 code pour l'enzyme orotidine-5'-phosphate décarboxylase. Cette protéine est chargée de catalyser une étape de la synthèse de novo des pyrimidines. Par conséquent, les mutations qui affectent ce gène provoquent une auxotrophie à l'uridine ou à l'uracile.

L'uridine est un composé qui résulte de l'union de la base azotée uracile avec un anneau ribose. Les deux structures sont liées par une liaison glycosidique.

Applications

L'auxotrophie est une caractéristique très utile dans les études liées à la microbiologie, pour la sélection d'organismes en laboratoire.

Ce même principe peut être appliqué aux plantes, où par génie génétique un individu auxotrophe est créé, que ce soit pour la méthionine, la biotine, l'auxine, etc.

Application en génie génétique

Les mutants auxotrophes sont largement utilisés dans les laboratoires où des protocoles de génie génétique sont réalisés. L'un des objectifs de ces pratiques moléculaires est l'instruction d'un plasmide construit par le chercheur dans un système procaryote. Cette procédure est connue sous le nom de «complémentation auxotrophie».

Un plasmide est une molécule d'ADN circulaire, typique des bactéries, qui se réplique indépendamment. Les plasmides peuvent contenir des informations utiles qui sont utilisées par les bactéries, par exemple la résistance à un antibiotique ou un gène qui lui permet de synthétiser un nutriment d'intérêt.

Les chercheurs qui souhaitent introduire un plasmide dans une bactérie peuvent utiliser une souche auxotrophe pour un nutriment spécifique. Les informations génétiques nécessaires à la synthèse du nutriment sont codées dans le plasmide.

De cette manière, un milieu minimal (qui ne contient pas le nutriment que la souche mutante ne peut pas synthétiser) est préparé et les bactéries sont ensemencées avec le plasmide.

Seules les bactéries qui ont incorporé cette partie d'ADN plasmidique pourront se développer dans le milieu, tandis que les bactéries qui n'ont pas réussi à capturer le plasmide mourront par manque de nutriment.

Références

1. Benito, C. et Espino, FJ (2012). Génétique, concepts essentiels. Éditorial Médica Panamericana.
2. Brock, TD et Madigan, MT (1993). Microbiologie. Prentice-Hall Hispanoamericana,.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT et Miller, JH (2005). Une introduction à l'analyse génétique. Macmillan.
4. Izquierdo Rojo, M. (2001). Génie génétique et transfert de gènes. Pyramide.
5. Molina, JLM (2018). 90 problèmes résolus de génie génétique. Université Miguel Hernández.
6. Tortora, GJ, Funke, BR et Case, CL (2007). Introduction à la microbiologie. Éditorial Médica Panamericana.