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.
Agrobacterium is a genus of Gram negative bacteria established by H. J. Conn that uses horizontal gene transfer to cause tumors in plants. Agrobacterium tumefaciens is the most commonly studied species in this genus. Agrobacterium is well known for its ability to transfer DNA between itself and plants, and for this reason it has become an important tool for genetic engineering.
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).