AGROBACTERIUM: CHARAKTERYSTYKA, MORFOLOGIA I CHOROBY - BIOLOGIA - 2025

Agrobacterium to rodzaj bakterii Gram-ujemnych zdolnych do wywoływania chorób u roślin poprzez transfer DNA. Transfer DNA umożliwia modyfikację rośliny biorcy, aby umożliwić ekspresję informacji genetycznej bakterii. Z tego powodu bakterie tego rodzaju są czasami nazywane „inżynierami genetycznymi natury”.

Rodzaj Agrobacterium jest obecnie uważany za nieważny, a gatunek, który go zawiera, został w większości przeniesiony do rodzaju Rhizobium. Ten ostatni rodzaj został pierwotnie wzniesiony, aby zawierać endosymbiotyczne bakterie roślin. Bakterie te pomagają w wiązaniu azotu przez rośliny towarzyszące, głównie rośliny strączkowe.

Mechanizm przekazywania informacji genetycznej Agrobacterium. Zaczerpnięte z commons.wikimedia.org

cechy

Nie tworzą zarodników, są Gram-ujemne, tlenowe. Wytwarzają odczyn kwaśny w obecności mannitolu. Nie wytwarzają kwasu ani gazu w pożywce z peptonem glukozowym.

Są zdolne do wywoływania samo-proliferacji guzów u roślin. Zdolność ta wynika z transferu genów małego regionu DNA przenoszonego w genach indukujących nowotwory (Ti) lub korzeni (Ri).

Gatunki Agrobacterium atakują rany, korony, korzenie i łodygi wielu roślin dwuliściennych i niektórych roślin nagozalążkowych. Transfer genów skutkuje ekspresją u biorcy określonych właściwości bakterii.

Morfologia

Bakterie z tego rodzaju są małe, krótkie w kształcie pałeczki (0,5-1,0 x 1,2-3,0 μm). Są ruchliwe dzięki obecności 1-4 wici zlokalizowanych z boku. Jeśli przedstawiają pojedynczą wici, ich fiksacja może być boczna lub biegunowa.

Taksonomia i systematyka

Rodzaj Agrobacterium został zaproponowany przez Conn (1942) jako obejmujący dwa gatunki patogenne przypisane wcześniej do Phytomonas: A. tumefaciens i A. rhizogenes oraz niepatogenny gatunek, A. radiobacter.

Następnie dodano gatunki Agrobacterium rubi, A. vitis i A. larrymoorei ze względu na ich zdolność do wywoływania chorób roślin.

Badania genetyczne różnych gatunków Agrobacterium wykazały, że zdolność A. tumefaciens (producenta nowotworu) lub A. rhizogenes (producenta korzeni) do wywoływania chorób może być przenoszona między szczepami Agrobacterium lub tracona. Później wykazano, że ta zdolność do wywoływania chorób wynika z transferu plazmidów.

Gatunki Agrobacterium i Rhizobium są do siebie bardzo podobne. Jedyną systematyczną różnicą odnotowaną między tymi rodzajami jest ich patogenne oddziaływanie, w przypadku Agrobacterium lub symbiotyków (z rodzaju Rhizobium) z roślinami.

To oraz fakt, że zdolność Agrobacterium do wywoływania chorób może zostać utracona lub przeniesiona, doprowadziło wielu autorów do połączenia obu rodzajów w jeden (Rhizobium).

Choroby, które powoduje

Gatunki Agrobacterium mogą mieć dużą zdolność do wywoływania chorób na roślinach. Wytwarzają dwa główne rodzaje chorób.

Agrobacterium tumefaciens (obecnie Rhizobium radiobacter) wytwarza guzy lub zgrubienia na korzeniach i pniu wielu gatunków roślin nagonasiennych, jednoliściennych i dwuliściennych, w tym co najmniej 40 gatunków o znaczeniu handlowym.

Z drugiej strony Agrobacterium rhizogenes (obecnie Rhizobium rhizogenes) powoduje niezwykły wzrost korzeni niektórych roślin dwuliściennych (choroba korzeni włochatych lub choroba korzeni włochatych).

Choroba żółciowa in uvero. Zaczerpnięte z commons.wikimedia.org

Formy zarażenia

Rozprzestrzenianie się chorób może następować zarówno przez gleby ze szczepami chorobotwórczymi, jak i przez rozprzestrzenianie się skażonego materiału. Aby szczepy miały zdolność wywoływania chorób, muszą posiadać określone plazmidy. Plazmidy te nazywane są plazmidami Ti (induktorami nowotworów) lub plazmidami Ri (induktorami wzrostu korzeni).

Podczas procesu infekcji odcinek plazmidu Ti lub Ri, zwany T-DNA (transfer DNA), jest transportowany z bakterii do rośliny biorcy.

Bakteryjny T-DNA przenika do jądra komórek rośliny i integruje się z DNA rośliny. W rezultacie komórki roślinne ulegają transformacji genetycznej, co umożliwia ekspresję informacji genetycznej z T-DNA bakterii. Ekspresja bakteryjnego DNA prowadzi do wzrostu guza lub nieprawidłowego zakorzenienia.

Guzy lub galasy wytwarzane przez A. tumefaciens w niektórych przypadkach nie mają szkodliwego wpływu na rośliny. W innych przypadkach mogą powodować spowolnienie wzrostu, a nawet śmierć zakażonej rośliny.

Ta choroba namnażała się w ostatnich latach z powodu wymiany i komercjalizacji roślin z tą chorobą, ale bez widocznych jej objawów.

Wpływ choroby korzeni włochatych na zakażoną roślinę jest słabo poznany. Niektórzy autorzy wykazali, że tworzenie korzeni wtórnych wywołane przez A. rhizogenes może mieć korzystny wpływ na zakażoną roślinę.

Leczenie

Leczenie choroby skrzeli powinno być zapobiegawcze. W przypadku infekcji rozwój choroby będzie czasami postępował niezależnie od obecności bakterii wywołujących chorobę.

Stosowanie środków przeciwbakteryjnych wykonanych z miedzi i wybielaczy może zmniejszyć populacje A. tumefaciens na powierzchni roślin. Innym mechanizmem leczenia zapobiegawczego jest stosowanie niepatogennych szczepów bakterii, które konkurują ze szczepami patogennymi.

Chemikalia na bazie kreozotu, roztwory na bazie miedzi i silne utleniacze mogą być stosowane do leczenia choroby żółci korony.

Ponieważ nie ma dowodów na szkodliwy wpływ choroby korzeni włochatych na zakażoną roślinę, nie ma specjalnego leczenia przeciwko niej.

Patogeniczność u ludzi

Chociaż wiadomo, że Agrobacterium jest przede wszystkim patogenna dla roślin, może ostatecznie wpływać na ludzi. U ludzi jest uważany za zanieczyszczający organizm lub o małej zdolności do wywoływania chorób.

Jednak A. tumefaciens może być odpowiedzialny za zakażenia szpitalne u pacjentów z osłabionym układem odpornościowym. Wśród chorób wywoływanych przez tę bakterię są infekcje związane z cewnikami do żyły centralnej, zapaleniem otrzewnej, infekcjami krwi, zapaleniem wsierdzia, zapaleniem pęcherzyka żółciowego i infekcjami dróg moczowych.

Agrobacterium może być oporne na wiele antybiotyków, w tym kotrimoksazol i tetracyklinę. Jedyną skuteczną dotychczas terapią jest cefotaksym stosowany w leczeniu zapalenia pęcherzyka żółciowego.

Zdolność Agrobacterium do przenoszenia genów do roślin i grzybów została wykorzystana jako narzędzie w inżynierii genetycznej do wprowadzania ulepszeń genetycznych w roślinach.

Jednak ta zdolność do transformacji organizmów żywiciela nie ogranicza się do roślin. Wiele innych organizmów eukariotycznych, a nawet prokariotycznych, można manipulować w warunkach laboratoryjnych w celu genetycznej transformacji przez Agrobacterium.

Wiele gatunków drożdży i grzybów zostało poddanych transformacji laboratoryjnej przy użyciu Agrobacterium. Naukowcom udało się również przekształcić algi, komórki ssaków i bakterię Gram-dodatnią Streptomyces lividans.

Bibliografia

1. Agrobacterium. Na Wikipedii. Pobrane 13 września 2018 z wikipedia.org.
2. T. Tzfira, V. Citovsky, Eds (2008). Agrobacterium: od biologii do biotechnologii. Springer, Nowy Jork. 1-735.
3. R. Cain (1988). Przypadek posocznicy wywołanej przez Agrobacterium radiobacter. The Journal of Infection.
4. M. Hulse, S. Johnson, P. Ferrieri (1993). Zakażenia Agrobacterium u ludzi: doświadczenie w jednym szpitalu i przegląd. Kliniczne choroby zakaźne.
5. A. Ziemienowicz (2001). Odyseja Agrobacterium T-DNA. Acta Biochimica Polonica.
6. H. Hwang, SB Gelvin, EM Lai (2015). Artykuł redakcyjny: "Biologia Agrobacterium i jej zastosowanie w produkcji roślin transgenicznych" Frontiers in Plant Science.
7. W. Nester (2015). Agrobacterium: inżynier genetyczny natury. Frontiers in Plant Science.