อ็อกโซโทรฟี ( ภาษากรีกโบราณ : αὐξάνω "เพิ่มจำนวน"; τροφή "การบำรุงเลี้ยง") คือความไม่สามารถของสิ่งมีชีวิตในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ บางชนิด ที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโต (ตามคำจำกัดความของIUPAC ) ออโซโทรฟ คือสิ่งมีชีวิตที่แสดงลักษณะนี้ ออโซ โทรฟิกคือคำคุณศัพท์ที่เกี่ยวข้อง อ็อกโซโทรฟีเป็นสิ่งที่ตรงข้ามกับโปรโตโทรฟี ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือความสามารถในการสังเคราะห์สารประกอบทั้งหมดที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโต

เซลล์โปรโตโทรฟิกสามารถผลิตเมตาบอไลต์ที่จำเป็นทั้งหมดได้ด้วยตนเอง (เช่นกรดอะมิโนไขมันโคแฟคเตอร์ ) ในขณะที่เซลล์ออโซโทรฟิกจำเป็นต้องอยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีเมตาบอไลต์ที่พวกมันไม่สามารถผลิตได้^{[ 1 ]}ตัวอย่างเช่น เซลล์ ออโซโทรฟิกเมไทโอนีนสามารถเจริญเติบโตได้เฉพาะในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีเมไทโอนีนเท่านั้น มิฉะนั้นมันจะอดตาย ในตัวอย่างนี้ เป็นเพราะมันไม่สามารถผลิตเมไทโอนีนได้เอง อย่างไรก็ตาม เซลล์โปรโตโทรฟิกเมไทโอนีนจะสามารถทำงานและเพิ่มจำนวนได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีหรือไม่มีเมไทโอนีน^{[ 2 ]}

การเพาะเลี้ยงแบบจำลอง (Replica plating) เป็นเทคนิคที่ถ่ายโอนโคโลนีจากจานเพาะเชื้อหนึ่งไปยังอีกจานเพาะเชื้อหนึ่งในตำแหน่งเดียวกันกับจานเพาะเชื้อก่อนหน้า เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบจานเพาะเชื้อที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อต่างกันได้ เทคนิคนี้ใช้ในการเปรียบเทียบการเจริญเติบโตของโคโลนีเดียวกันบนจานเพาะเชื้อที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อต่างกัน เพื่อพิจารณาว่าสภาพแวดล้อมใดที่โคโลนีของแบคทีเรียสามารถเจริญเติบโตได้หรือไม่ได้ (ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับลักษณะออโซโทรฟิกที่เป็นไปได้) วิธีการเพาะเลี้ยงแบบจำลองที่Joshua LederbergและEsther Lederberg นำมาใช้ นั้นรวมถึงออโซโทรฟิกที่ไวต่ออุณหภูมิ กล่าวคือ ความสามารถในการสังเคราะห์ของพวกมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ^{[ 3 ]} (โดยปกติแล้วออโซโทรฟิกจะไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ พวกมันอาจขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ ด้วย) นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่สิ่งมีชีวิตจะเป็นออโซโทรฟิกต่อสารประกอบอินทรีย์มากกว่าหนึ่งชนิดที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโต^{[ 4 ]}

ในทางพันธุศาสตร์สายพันธุ์หนึ่งจะถูกเรียกว่าเป็นออโซโทรฟิก (auxotrophic) หากมีการกลายพันธุ์ที่ทำให้ไม่สามารถสังเคราะห์สารประกอบที่จำเป็นได้ ตัวอย่างเช่น ยีสต์กลายพันธุ์ที่มีการทำงานของยีนในวิถีการสังเคราะห์ยูราซิลถูกปิดใช้งาน จะเป็นออโซโทรฟิกยูราซิล (เช่น หากยีนorotidine 5' - phosphate decarboxylase ของยีสต์ถูกปิดใช้งาน สายพันธุ์ที่ได้จะเป็นออโซโทรฟิกยูราซิล) สายพันธุ์ดังกล่าวไม่สามารถสังเคราะห์ยูราซิลได้ และจะสามารถเจริญเติบโตได้ก็ต่อเมื่อได้รับยูราซิลจากสิ่งแวดล้อมเท่านั้น ซึ่งตรงกันข้ามกับโปรโตโทรฟิกยูราซิล (uracil prototroph) หรือในกรณีนี้คือ สายพันธุ์ ปกติ (wild-type ) ซึ่งยังคงสามารถเจริญเติบโตได้แม้ไม่มียูราซิล เครื่องหมายทางพันธุกรรมแบบออโซโทรฟิกมักถูกใช้ในพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานวิจัยที่ได้รับรางวัลโนเบลของบีเดิลและทาทัม เกี่ยวกับ สมมติฐานหนึ่งยีนหนึ่งเอนไซม์ซึ่งเชื่อมโยงการกลายพันธุ์ของยีนกับการกลายพันธุ์ของโปรตีน จากนั้นจึงอนุญาตให้ทำแผนที่เส้นทางชีวสังเคราะห์หรือชีวเคมี ซึ่งสามารถช่วยระบุเอนไซม์หรือเอนไซม์ใดที่กลายพันธุ์และทำงานผิดปกติในสายพันธุ์แบคทีเรียออโซโทรฟิกที่กำลังศึกษา^{[ 2 ]}

นักวิจัยได้ใช้สายพันธุ์ของE. coliที่ต้องการกรดอะมิโนเฉพาะเพื่อนำกรดอะมิโนอะนาล็อกที่ไม่เป็นธรรมชาติเข้าสู่โปรตีนตัวอย่างเช่น เซลล์ที่ต้องการกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีนสามารถเจริญเติบโตได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่เสริมด้วยอะนาล็อก เช่น พารา-อะซิโดฟีนิลอะลานีน

สิ่งมีชีวิตหลายชนิด รวมทั้งมนุษย์ มีความต้องการสารอาหารเฉพาะทาง (auxotrophic ) สำหรับสารประกอบหลายกลุ่มที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโต และต้องได้รับสารประกอบเหล่านี้ผ่านทางอาหาร (ดูวิตามินสารอาหารจำเป็นกรดอะมิโนจำเป็นกรดไขมันจำเป็น )

รูปแบบที่ซับซ้อนของวิวัฒนาการของภาวะขาดวิตามินใน ต้นไม้แห่งชีวิต ยูคาริโอตนั้นเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต^{[ 5 ]}

การทดสอบการกลายพันธุ์ของ Salmonella ( การทดสอบ Ames ) ใช้Salmonella typhimurium หลายสายพันธุ์ ที่ต้องการฮิสติดีนเป็นสารอาหารในการทดสอบว่าสารเคมีที่กำหนดสามารถทำให้เกิดการกลายพันธุ์ได้ หรือ ไม่ โดยสังเกตคุณสมบัติที่ต้องการสารอาหารของแบคทีเรียเมื่อตอบสนองต่อสารประกอบทางเคมีที่เติมเข้าไป^{[ 6 ]}การกลายพันธุ์ที่สารเคมีหรือสารประกอบก่อให้เกิดนั้นวัดได้โดยการนำไปใช้กับแบคทีเรียบนจานเพาะเชื้อที่มีฮิสติดีน จากนั้นย้ายแบคทีเรียไปยังจานเพาะเชื้อใหม่ที่ไม่มีฮิสติดีนเพียงพอสำหรับการเจริญเติบโตอย่างต่อเนื่อง หากสารนั้นไม่ทำให้จีโนมของแบคทีเรียกลายพันธุ์จากที่ต้องการฮิสติดีนกลับไปเป็นที่ต้องการฮิสติดีนโดยอัตโนมัติ แบคทีเรียก็จะไม่แสดงการเจริญเติบโตบนจานเพาะเชื้อใหม่ ดังนั้นโดยการเปรียบเทียบอัตราส่วนของแบคทีเรียบนจานเพาะเชื้อใหม่กับจานเพาะเชื้อเก่าและอัตราส่วนเดียวกันสำหรับกลุ่มควบคุม จึงสามารถวัดปริมาณความเป็นพิษต่อการกลายพันธุ์ของสารนั้นได้ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มีโอกาสมากน้อยเพียงใดที่จะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ใน DNA ^{[ 7 ]}สารเคมีจะถือว่าให้ผลบวกในการทดสอบ Ames หากทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เพิ่มอัตราการกลับคืนสู่สภาพเดิมที่สังเกตได้ และให้ผลลบหากมีลักษณะคล้ายกับกลุ่มควบคุม โดยปกติแล้วจะมีจำนวนโคโลนีที่กลับคืนสู่สภาพเดิมอยู่บ้าง แต่มีจำนวนน้อย เมื่อแบคทีเรียออโซโทรฟิกถูกเพาะเลี้ยงบนอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีเมตาโบไลต์ที่จำเป็น เนื่องจากแบคทีเรียสามารถกลายพันธุ์กลับไปเป็นโปรโตโทรฟีได้ โอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์นี้ต่ำ ดังนั้นจึงทำให้เกิดโคโลนีขนาดเล็กมาก อย่างไรก็ตาม หากมีการเติมสารก่อกลายพันธุ์ จำนวนโคโลนีที่กลับคืนสู่สภาพเดิมจะสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีสารก่อกลายพันธุ์ โดยพื้นฐานแล้ว การทดสอบ Ames จะถือว่าให้ผลบวกหากสารนั้นเพิ่มโอกาสการกลายพันธุ์ในดีเอ็นเอของแบคทีเรียมากพอที่จะทำให้เกิดความแตกต่างที่วัดได้ในจำนวนโคโลนีที่กลับคืนสู่สภาพเดิมระหว่างจานเพาะเชื้อที่มีสารก่อกลายพันธุ์และจานเพาะเชื้อกลุ่มควบคุม การทดสอบ Ames ที่ให้ผลลบหมายความว่าสารก่อกลายพันธุ์ที่อาจเกิดขึ้นนั้นไม่ได้ทำให้จำนวนโคโลนีที่กลับคืนสู่สภาพเดิมเพิ่มขึ้น และการทดสอบ Ames ที่ให้ผลบวกหมายความว่าสารก่อกลายพันธุ์ที่อาจเกิดขึ้นนั้นได้เพิ่มโอกาสการกลายพันธุ์ ผลกระทบที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในแบคทีเรียเหล่านี้ได้รับการวิจัยในฐานะตัวบ่งชี้ที่เป็นไปได้ของผลกระทบเดียวกันในสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ เช่น มนุษย์ มีข้อเสนอแนะว่าหากการกลายพันธุ์สามารถเกิดขึ้นในดีเอ็นเอของแบคทีเรียภายใต้การมีอยู่ของสารก่อกลายพันธุ์ ผลกระทบเดียวกันก็จะเกิดขึ้นกับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ที่ก่อให้เกิดมะเร็ง^{[ 6 ]}ผลการทดสอบ Ames ที่เป็นลบอาจบ่งชี้ว่าสารนั้นไม่ใช่สารก่อกลายพันธุ์และจะไม่ทำให้เกิดการก่อตัวของเนื้องอกในสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม มีสารเคมีเพียงไม่กี่ชนิดที่ให้ผลการทดสอบ Ames เป็นบวกที่ถือว่าไม่มีนัยสำคัญเมื่อทดสอบในสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ แต่การทดสอบ Ames ที่เป็นบวกสำหรับแบคทีเรียยังไม่สามารถเชื่อมโยงกับการแสดงออกของมะเร็งในสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ได้อย่างแน่ชัด แม้ว่ามันอาจเป็นตัวกำหนดเนื้องอกสำหรับสิ่งมีชีวิต มนุษย์ สัตว์ และอื่นๆ แต่จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ข้อ^{สรุป8 ]}

กรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติจำนวนมาก ซึ่งมีลักษณะรูปร่าง ขนาด และคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับกรดอะมิโนปกติ จะถูกนำเข้าสู่โปรตีนลูกผสมโดยใช้โฮสต์การแสดงออกที่ต้องการสารอาหารเฉพาะ^{[ 9 ]}ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ Escherichia coli ที่ต้องการเมไทโอนีน (Met) หรือทริปโตเฟน (Trp) สามารถเพาะเลี้ยงได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อขั้นต่ำที่กำหนดไว้ ในการทดลองนี้ สามารถแสดงออกโปรตีนลูกผสมที่มีกรดอะมิโน Trp และ Met ปกติถูกแทนที่ด้วยอะนาล็อกที่เกี่ยวข้องซึ่งเสริมด้วยอาหารเลี้ยงเชื้อที่แตกต่างกันได้อย่างสมบูรณ์^{[ 10 ]}วิธีการนี้ทำให้เกิดรูปแบบใหม่ของวิศวกรรมโปรตีน ซึ่งไม่ได้ดำเนินการโดยการจัดการโคดอนในระดับ DNA (เช่น การกลายพันธุ์ที่กำหนดโดยโอลิโกนิวคลีโอไทด์) แต่โดยการกำหนดโคดอนใหม่ในระดับการแปลโปรตีนภายใต้แรงกดดันการคัดเลือกที่มีประสิทธิภาพ^{[ 11 ]}ดังนั้น วิธีนี้จึงเรียกว่าการรวมแรงกดดันการคัดเลือก (SPI) ^{[ 12 ]}

จนถึงปัจจุบันยังไม่มีสิ่งมีชีวิตใดที่เข้ารหัสกรดอะมิโนอื่นนอกเหนือจากกรดอะมิโนมาตรฐาน 20 ชนิด กรดอะมิโนมาตรฐานเพิ่มเติมอีก 2 ชนิด ( ซีลีโนซิสเท อี นไพร์โรไลซีน ) จะถูกแทรกเข้าไปในโปรตีนโดยการเข้ารหัสสัญญาณการยุติการแปลใหม่ ขอบเขตนี้สามารถข้ามได้โดยวิวัฒนาการในห้องปฏิบัติการแบบปรับตัวของสายพันธุ์จุลินทรีย์ออโทโทรฟิกที่มีความเสถียรทางเมตาบอลิซึม ตัวอย่างเช่น ความพยายามครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จอย่างชัดเจนในการวิวัฒนาการEscherichia coliที่สามารถอยู่รอดได้โดยใช้กรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติ thieno[3,2-b]pyrrolyl) alanine เพียงอย่างเดียวเป็นสารทดแทนทริปโตแฟนนั้นเกิดขึ้นในปี 2015 ^{[ 13 ]}

ภาพยนตร์เรื่องJurassic Park ปี 1993 (สร้างจากนวนิยายชื่อเดียวกันของMichael Crichton ในปี 1990 ) นำเสนอไดโนเสาร์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้ไม่สามารถผลิตกรดอะมิโนไลซีนได้^{[ 14 ]}สิ่งนี้เรียกว่า "ภาวะฉุกเฉินไลซีน" และมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันไม่ให้ ไดโนเสาร์ ที่ถูกโคลนมีชีวิตรอดนอกสวน ทำให้พวกมันต้องพึ่งพาอาหารเสริมไลซีนที่จัดหาโดยทีมสัตวแพทย์ของสวน ในความเป็นจริง ไม่มีสัตว์ชนิดใดที่สามารถผลิตไลซีนได้ (ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น ) ^{[ 15 ]}

• ออโตโทรฟ
• แบรดี้โทรฟ

• "การควบคุมการขนส่งย้อนกลับจากเอนโดโซมไปยังกอลจิโดยคลัทรินในเอนโดโซมและรีโทรเมอร์โดยโปรตีนโดเมน J-8" - วารสาร EMBO
• "ผลกระทบหลายด้านของภาวะขาดพิวรีนในไรโซเบียม เมลิโลติ ต่อโมเลกุลบนพื้นผิวเซลล์" - Springerlink
• "ภาวะขาดสารอาหารและสารประกอบอินทรีย์ในโภชนาการของแพลงก์ตอนพืชในทะเล"