Seznamte se - Agrobacterium tumefaciens, genetický inženýr

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 27. srpen 2007

Napsal Stanislav Obruča

Půda je domovem celé řady bakterií a jiných mikroorganismů, avšak bakterie Agrobacterium tumefaciens se od ostatních poněkud odlišuje. Jejími blízkými příbuznými jsou známé hlízkové bakterie, které dokáží fixovat vzdušný kyslík a díky tomu žijí s některými rostlinami v symbióze. Avšak bakterie A. tumefaciens si zvolila jinou životní strategii. Je čistým parazitem, který rostliny vyčerpává a nepřináší jim žádný profit.

Lidé se o tuto zvláštní bakterii začali zajímat od roku 1907, kdy bylo pojato podezření, že tato bakterie se nějakým způsobem podílí na tvorbě rostlinných nádorů. Trvalo však dlouhou dobu, než se podařilo odhalit jak.

Bylo nejprve třeba „přečíst“ genetickou informaci A. tumefaciens. Genom „naší“ bakterie se skládá z jednoho kruhového chromozómu, což je u bakterií obvyklé, ale také ze dvou speciálních plazmidů a jednoho lineárního chromozónu, které jsou právě pro A. tumefaciens jedinečné.

Plazmidy se označují jako pTiC58 a pAtC58. Plazmid pTiC58 je zodpovědný za virulenci bakterie, tedy pokud chybí, nemůže bakterie způsobovat tvorbu nádorů. Druhý plazmid pAtC58 obsahuje mimo jiné tu část DNA, kterou dokáže bakterie přenést do rostliny a tím ji geneticky modifikovat.  

JAK SE TO DĚLÁ?

K tomu aby mohla bakterie rostlinu napadnout, musí být rostlina mechanicky poškozena. Poškozená rostlinná buňka uvolňuje do prostředí speciální chemické látky fenolické povahy. Tyto látky mají na většinu bakterií smrtící účinky, ale na A. tumefaciens působí podobně jako krev v moři na žraloka.

Bakterie jde po této chemické stopě a pomocí aktivního pohybu, který jí umožní bakteriální bičík, najde poškozené místo. Poblíž poraněného místa se bakterie zachytí pomocí speciálních útvarů, které se nazývají fibrily. Ty se zaseknou do rostlinného pletiva jako kotvy a bakterie tak vytváří poblíž poraněného místa celé kolonie.

Nyní už je tedy bakterie na místě svého určení a potřebuje dostat do rostliny svou zásilku DNA. Z plazmidu pAtC58 je vyříznut úsek DNA, který chce bakterie rostlině předat, ten se nazývá T-DNA. Tato T-DNA je doručena do rostlinné buňky v podobě „balíku“, který se nazývá T-komplex.

Obsahuje jednovláknovou DNA, a také některé speciální proteiny. Bakterie si pro doručení zásilky vytvoří speciální „tunel“, který spojí bakteriální buňku s rostlinou. Tento „tunel“, odborně zvaný T-pilus, slouží k tomu, aby se T-komplex po cestě neztratil nebo nepoškodil. Poté co T-komlex projde do rostlinné buňky, směřuje do buněčného jádra, kde se T-DNA začlení do genomu rostliny.

Ale proč to všechno bakterie dělá?

Poté co se T-DNA začlení do buněčného jádra rostliny, začnou se podle ní tvořit dva typy sloučenin. První z nich jsou rostlinné hormony, které ve svém důsledku zapříčiní tvorbu typických nádorů na rostlině. 

                          Obr.1 Nádor způsobený bakterií Agrabackterium tumefaciens

Druhou skupinou látek pak jsou pak opiny. Vlastně se jedná o speciální aminokyseliny, které rostlina uvolňuje do prostředí. Opiny slouží bakteriím jako speciální výživa, jiné bakteriální druhy je využít nedokáží. Genetická manipulace rostliny, která přinutí rostlinu syntetizovat opiny, je velice originálním způsobem parazitismu. 

A CO NA TO ČLOVĚK?

Dovednosti bakterie A. tumefaciens jsou nejen fascinující, ale také velice praktické. Schopnost přenášet geny do rostlin je bohatě využívána v biotechnologiích k přenášení konkrétních genů do rostlin a vytváření transgenních rostlin.

Právě plazmid T-DNA, který je přenášen do rostliny, je výborným geneticko-inženýrským nástrojem nejen pro bakterii, ale také pro člověka. Pokud nahradíme geny zodpovídající za tvorbu hormonů a opinů geny, které chceme do rostliny přenést dostáváme takzvaný vektor. Ten pak slouží k přenosu „nových“ genů do rostliny.

Odhaduje se, že v současné době ztratí lidstvo přibližně 30% své rostlinné produkce v důsledku napadení rostlin parazity. Zatím jsme schopni uživit se i přes tyto ztráty, ale pokud bude pokračovat populační exploze a další část potravin bude použita na výrobu biopaliv, bude potřeba problém řešit.

Právě transgenní rostliny, které budou rezistentní vůči škůdcům, a které budou také vykazovat výrazně vyšší hektarové výnosy, by mohly být řešením problematické situace. A s tím nám může pomoci jedna neobyčejná bakterie, která je genetickým inženýrem již odpradávna.

Zajímavé animace týkající se Agrobacterium tumefaciens je možno si prohlédnou na stránkách zde. Podrobnější informace o bakterii Agrobacterium tumefaciens se dozvíte zde.

LITERATURA
1. Zupan J., Muth T.R., Draper O., Zambryski P.: The Transfer of DNA from Agrobacterium  Tumefaciens into plants: a feast of fundamental insights; The Plant Journal (2000) 23, p. 11-28.

2. Goodner B, Hinkle G, Gattung S, Miller N.: Genome Sequence of the Plant Pathogen and Biotechnology Agent Agrobacterium tumefaciens C5;  Science (2001) 294, p. 2323-2328.