Введение

Род бактерий *Agrobacterium* – это род грамотрицательных бактерий, выделенный Х. Дж. Конном, который использует горизонтальный перенос генов для вызыва́ния опухолей у растений. *Agrobacterium tumefaciens* – наиболее изученный вид этого рода. *Agrobacterium* широко известен своей способностью к переносу ДНК между бактериями и растениями, благодаря чему он стал важным инструментом в генетической инженерии.

История номенклатуры

Вплоть до 1990-х годов род Agrobacterium использовался как таксон-удобный контейнер. С появлением секвенирования 16S рРНК многие виды Agrobacterium (особенно морские) были переклассифицированы в роды, такие как Ahrensia, Pseudorhodobacter, Ruegeria и Stappia. Оставшиеся виды Agrobacterium были отнесены к трем биоварам: биовар 1 (Agrobacterium tumefaciens), биовар 2 (Agrobacterium rhizogenes) и биовар 3 (Agrobacterium vitis). В начале 2000-х годов Agrobacterium был синонимизирован с родом Rhizobium. Этот шаг вызвал споры. Споры были окончательно разрешены после восстановления рода Agrobacterium, когда было показано, что он филогенетически отличается от Rhizobium, а виды Agrobacterium объединены уникальной синапоморфией: наличием гена протеломеразы telA, который обуславливает линейную хромиду у всех представителей рода. Однако к этому времени три биовара Agrobacterium устарели; биовар 1 остался в составе Agrobacterium, биовар 2 был переименован в Rhizobium rhizogenes, а биовар 3 – в Allorhizobium vitis.

Растительный патоген

Agrobacterium tumefaciens вызывает заболевание – короновая гниль растений. Болезнь характеризуется опухолевидными наростами или галлами на зараженном растении, часто в месте соединения корня и побега. Образование опухолей происходит в результате конъюгативного переноса сегмента ДНК (Т-ДНК) из бактериальной плазмиды, индуцирующей опухоли (Ti-плазмиды). Близкородственный вид, Agrobacterium rhizogenes, вызывает опухоли корней и содержит специфическую Ri-плазмиду (плазмиду, индуцирующую корни). Хотя таксономия Agrobacterium в настоящее время пересматривается, можно обобщить, что в роде существует 3 биовара: Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium rhizogenes и Agrobacterium vitis. Известно, что штаммы Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes способны нести Ti- или Ri-плазмиды, в то время как штаммы Agrobacterium vitis, обычно встречающиеся на виноградниках, могут содержать Ti-плазмиду. Штаммы, не относящиеся к Agrobacterium, были выделены из образцов окружающей среды, содержащих Ri-плазмиду, а лабораторные исследования показали, что штаммы, не относящиеся к Agrobacterium, также могут содержать Ti-плазмиду. Некоторые экологические штаммы Agrobacterium не содержат ни Ti-, ни Ri-плазмид. Эти штаммы не вирулентны. Плазмидная Т-ДНК полуслучайным образом интегрируется в геном клетки-хозяина, и гены, определяющие морфологию опухоли на Т-ДНК, экспрессируются, вызывая образование галла. Т-ДНК несет гены биосинтетических ферментов для производства необычных аминокислот, обычно октопина или нопалина. Она также несет гены для биосинтеза растительных гормонов – ауксинов и цитокининов, а также для биосинтеза опинов, обеспечивая источник углерода и азота для бактерий, который недоступен большинству других микроорганизмов, что дает Agrobacterium селективное преимущество. Изменяя гормональный баланс в растительной клетке, образование опухолей происходит из-за потери контроля растения над делением клеток. Соотношение ауксина к цитокинину, определяемое генами опухоли, определяет морфологию опухоли (корешкоподобную, дезорганизованную или побегоподобную).

У людей

Хотя Agrobacterium обычно рассматривается как инфекция растений, он может вызывать оппортунистические инфекции у людей с ослабленной иммунной системой, но не доказано, что является первичным патогеном для здоровых людей. Одной из первых зарегистрированных связей между заболеваниями человека и Agrobacterium radiobacter был случай, описанный доктором Дж. Р. Кейном в Шотландии (1988 год). Последующее исследование показало, что Agrobacterium способен прикрепляться к различным типам клеток человека и генетически трансформировать их, встраивая свою T-ДНК в геном человеческих клеток. Это исследование проводилось на культивированных тканях человека и не делало выводов относительно подобной биологической активности в естественных условиях.

Генемика

Секвенирование геномов нескольких видов Agrobacterium позволило изучить эволюционную историю этих организмов и предоставило информацию о генах и системах, вовлеченных в патогенез, биологический контроль и симбиоз. Важным открытием стало предположение о том, что у многих из этих бактерий хромосомы эволюционируют из плазмид. Также было обнаружено, что разнообразные хромосомные структуры в этой группе способны поддерживать как симбиотический, так и патогенный образ жизни. По мере увеличения доступности геномных последовательностей видов Agrobacterium, будут получены существенные новые данные о функциях и эволюционной истории этой группы микроорганизмов, связанных с растениями.

История

Марк Ван Монтагу и Жозеф Шелл из Гентского университета (Бельгия) открыли механизм переноса генов от Agrobacterium к растениям, что позволило разработать методы модификации Agrobacterium для использования в качестве эффективной системы доставки генов при генной инженерии растений. Группа исследователей под руководством Мэри Делл Чилтон первой показала, что гены вирулентности можно удалить, не нарушая способности Agrobacterium встраивать свою ДНК в геном растения (1983).