agrobacterium

Agrobacterium – rośliny też mogą chorować

Świat biotechnologii rozwija się nie tylko dzięki organizmom zwierzęcym. Otóż wykorzystuje on też różnego rodzaju rośliny. Jednym z przykładów kiedy ta dziedzina nauki opiera się na badaniach struktur roślinnych jest posłużenie się bakteriami z rodzaju Agrobacterium. Są to patogeny niezwykłe, gdyż zrewolucjonizowały one genetykę molekularną roślin oraz dały początek nowemu przemysłowi zajmującymi się genetyczną modyfikacją roślin. Czym są omawiane bakterie oraz jak służą w badaniach biotechnologicznych?

Bakterie rodzaju Agrobacterium:

Agrobacterium to patogeniczna bakteria glebowa, która infekuje rośliny poprzez zranione tkanki. Po zakażeniu dochodzi do tumorowego wzrostu guzów na szyjce korzeniowej bądź nadmiernego rozrostu korzeni. Z mikrobiologicznego punktu widzenia są to bakterie gram ujemne, tlenowe o kształcie pałeczki.

Jak Agrobacterium infekuje rośliny?

Proces infekcji a zarazem transformacji przy użyciu Agrobacterium w warunkach in vitro możemy podzielić na następujące etapy:

  1. Wejście Agrobacterium w bliski kontakt z komórką roślinną
    1. Rozpoznanie uszkodzonej tkanki roślinnej poprzez jeden z genów wirulencyjnych umieszonych na plazmidzie bakterii
    2. Bakteria przemieszcza się w pobliże uszkodzonej komórki, a geny wirulencji umieszczone na chromosomie bakteryjnym rozpoczynają produkcję substancji adhezyjnych
    3. Dochodzi do wycięcia T-DNA z plazmidu
  2. Transfer T-DNA do komórki roślinnej oraz ekspresja zakodowanych onkogenów
    1. T-DNA przenoszone jest do komórki roślinnej w postaci kompleksu DNA-białko
    2. Kompleks wnika do jądra
    3. Dochodzi do przyłączenia się jednoniciowego T-DNA do jednej z nici DNA roślinnego
  3. Pojawienie się zmian morfologicznych wskazujących na rozwój nowotworu.
    1. T-DNA po zintegrowaniu się z DNA roślinnym rozpoczyna produkcję enzymów szlaku syntezy auksyn i cytokinin, co inicjuje tumorowy wzrost oraz syntezę i wydzielanie opin
Agrobacterium-tumefaciens
Na zdjęciu widoczny jest mikroskopowy obraz bakterii z rodzaju Agrobacterium.
Agrobacterium_tumefaciens_-_Agalla_de_la_corona_(6896084714)
Na zdjęciu widoczna jest zainfekowana roślina. Łatwo można zauważyć duże guzy.

Agrobacterium w biotechnologii:

Omawiany rodzaj bakterii aktualnie wykorzystywany jest do produkcji roślin transgenicznych. Rośliny transgeniczne to te, których DNA zostało zmodyfikowane za pomocą technik inżynierii genetycznych. Celem takiego procesu jest wprowadzenie do rośliny nowej cechy, która nie występuje naturalnie w danym gatunku. Również wynikiem danej modyfikacji jest uzyskanie jak najbardziej użytecznej i produktywnej rośliny. Transformacja roślin obejmuje nie tylko dostarczenie i integrację zmodyfikowanego DNA z komórkami roślinnymi, ale także regenerację roślin transgenicznych.

Development-of-transient-expression-systems-for-use-in-plant-based-synthetic-biology-a
Na schemacie widoczny jest proces wykorzystania bakterii Agrobacterium dla biotechnologii.

Agrobacterium a farmacja:

Oprócz polepszenia stanu upraw, transformacja za pomocą Agrobacterium jest również wykorzystywana do produkcji cennych białek w roślinach, które mają działanie farmaceutyczne. Proces ten zwany jest jako biofarming bądź rolnictwo molekularne i polega na wprowadzeniu do roślin żywicielskich genów kodujących białka terapeutyczne. Następnie białka te można poddać ekspresji w tkankach roślinnych, zebrać i oczyścić w celu wykorzystania w różnych zastosowania medycznych. Przykłady białek farmaceutycznych wytwarzanych przy użyciu Agrobacterium obejmują przeciwciała, szczepionki, enzymy oraz czynniki wzrostu.

Faculty_of_Food_Engineering_and_Biotechnology_1
Dzięki Agrobacterium możemy również uzyskać wiele środków farmaceutycznych takich jak np. szczepionki.

źródła:

  1. BYJU’S
  2. Thompson MG, Moore WM, Hummel NFC, Pearson AN, Barnum CR, Scheller HV, Shih PM. Agrobacterium tumefaciens: A Bacterium Primed for Synthetic Biology. Biodes Res. 2020 May 26;2020:8189219. doi: 10.34133/2020/8189219. PMID: 37849895; PMCID: PMC10530663.
  3. Nester, E. W. (2015). Agrobacterium: nature’s genetic engineer. Frontiers in Plant Science, 5
  4. Transformacja roślin za pomocq wektorów Agrobacterium tumefaciens” – Teresa Orlikowska Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa Skierniewice
  5. Pitzschke, A. (2013). Agrobacterium infection and plant defense—transformation success hangs by a thread. Frontiers in Plant Science, 4
  6. Gentaur
  7. NIH
  8. Britannica