Die Welt der Biotechnologie entwickelt sich nicht nur dank tierischer Organismen. Er verwendet auch verschiedene Pflanzenarten. Ein Beispiel dafür, dass dieses Wissenschaftsgebiet auf der Untersuchung von Pflanzenstrukturen basiert, ist die Verwendung von Bakterien der Gattung Agrobacterium. Diese Krankheitserreger sind ungewöhnlich, weil sie die Molekulargenetik von Pflanzen revolutionierten und eine neue Industrie hervorbrachten, die sich mit der genetischen Veränderung von Pflanzen beschäftigt. Um welche Bakterien handelt es sich und welchen Nutzen haben sie in der biotechnologischen Forschung?
Agrobacterium – auch Pflanzen können krank werden
Bakterien der Gattung Agrobacterium
Agrobacterium ist ein pathogenes Bodenbakterium, das Pflanzen durch verletztes Gewebe infiziert. Nach der Infektion treten Tumoren am Wurzelhals oder übermäßiges Wurzelwachstum auf. Aus mikrobiologischer Sicht handelt es sich um gramnegative, aerobe, stäbchenförmige Bakterien.
Wie infiziert Agrobacterium Pflanzen?
Der Infektions- und Transformationsprozess mit Agrobacterium in vitro kann in die folgenden Phasen unterteilt werden:
1. Agrobacterium kommt in engen Kontakt mit einer Pflanzenzelle
a. Erkennung des beschädigten Pflanzengewebes durch eines der Virulenzgene auf dem Bakterienplasmid
b. Das Bakterium bewegt sich in die Nähe der beschädigten Zelle, und die auf dem Bakterienchromosom befindlichen Virulenzgene beginnen mit der Produktion von Klebstoffen
c. T-DNA wird aus dem Plasmid herausgeschnitten
2. Übertragung der T-DNA auf eine Pflanzenzelle und Expression der kodierten Onkogene
a. T-DNA wird in Form eines DNA-Protein-Komplexes in die Pflanzenzelle übertragen
b. Der Komplex dringt in den Zellkern ein
c. Einzelsträngige T-DNA wird an einen der DNA-Stränge der Pflanze gebunden
3. Auftreten morphologischer Veränderungen, die auf die Entwicklung von Krebs hinweisen.
a. Nach der Integration in die Pflanzen-DNA beginnt T-DNA mit der Produktion von Enzymen des Auxin- und Cytokininsynthesewegs, was das Tumorwachstum sowie die Synthese und Sekretion von Opinen einleitet
Agrobakterien in der Biotechnologie
Der besprochene Bakterientyp wird derzeit zur Herstellung gentechnisch veränderter Pflanzen verwendet. Gentechnisch veränderte Pflanzen sind solche, deren DNA mithilfe gentechnischer Verfahren verändert wurde. Der Zweck eines solchen Prozesses besteht darin, der Pflanze ein neues Merkmal zuzuführen, das bei einer bestimmten Art natürlicherweise nicht vorkommt. Das Ergebnis einer bestimmten Veränderung besteht auch darin, die nützlichste und produktivste Pflanze zu erhalten. Die Pflanzentransformation umfasst nicht nur die Übertragung und Integration veränderter DNA in Pflanzenzellen, sondern auch die Regeneration gentechnisch veränderter Pflanzen.
Agrobakterien und Pharmazie
Neben der Verbesserung des Zustands von Nutzpflanzen wird die Transformation mit Agrobacterium auch zur Herstellung wertvoller Proteine in Pflanzen mit pharmazeutischer Wirkung eingesetzt. Dieser Prozess wird als Biofarming oder Molekulare Landwirtschaft bezeichnet und beinhaltet die Einführung von Genen, die therapeutische Proteine kodieren, in Wirtspflanzen. Diese Proteine können dann in Pflanzengeweben exprimiert, geerntet und gereinigt werden, um in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen eingesetzt zu werden. Beispiele für pharmazeutische Proteine, die mit Agrobacterium hergestellt werden, sind Antikörper, Impfstoffe, Enzyme und Wachstumsfaktoren.
Quellen:
- BYJU’S
- 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.
- Nester, E. W. (2015). Agrobacterium: nature’s genetic engineer. Frontiers in Plant Science, 5
- Transformacja roślin za pomocq wektorów Agrobacterium tumefaciens” – Teresa Orlikowska Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa Skierniewice
- Pitzschke, A. (2013). Agrobacterium infection and plant defense—transformation success hangs by a thread. Frontiers in Plant Science, 4
- Gentaur
- NIH
- Britannica