Микробы

Agrobacterium tumefaciens — грамотрицательная, облигатно аэробная палочковидная почвенная бактерия рода Agrobacterium. Способна трансформировать клетки растений при помощи специальной плазмиды. Фитопатоген, вызывает образование т. н. корончатых галлов у растений, также известна условная патогенность у людей страдающих имуннодефицитными заболеваниями, например СПИД. Используется в генной инженерии для трансформации растений.

Систематика

Впервые была описана Смитом (Smith) и Тоунзендом (Townsend) под названием Bacterium tumefaciens (от tumor «опухоль» и facere «делать, действовать» — в названии была отражена способность бактерии вызывать опухоли растений). В 1902 г. Бейеринк (Beijerink) и ван Дельден (van Delden) описали вид под названием Agrobacterium radiobacter, в 1942 г. Конн (Conn) реклассифицировал вид под названием Agrobacterium tumefaciens. В 1993 Савада (Sawada) и др. предложили отменить название Agrobacterium tumefaciens (Smith et Townsend 1907) Conn 1942 как нелигитимный поздний синоним названия Agrobacterium radiobacter (Beijerinck, van Delden 1902) Conn 1942, однако комиссия оставила Agrobacterium tumefaciens как типовой вид рода Agrobacterium Conn 1942. В 2001 году Янг (Young) и др. предложили перевести вид Agrobacterium tumefaciens в род Rhizobium, что решало вопрос о видовом эпитете tumefaciens, который был бы легитимным при переводе бактерии в другой род.

Биологические свойства

Морфология

Прямые или слегка изогнутые палочковидные бактерии размером 0.6-1.0 × 1.5-3.0 мкм. Не образуют спор, подвижные. Несут 1-4 жгутика, расположенных перитрихиально. Располагаются одиночно или попарно.

Культуральные свойства

Хемоорганогетеротроф, облигатный аэроб. Не требует специфических факторов для роста на искусственных питательных средах. Способен использовать относительно большой спектр органических веществ как единственный источник углерода (N-ацетилглюкозамин, α-аланин, β-аланин, арабинозу, аспартат, дульцит и т. д.), способен расти в LB-бульоне. На агаризованных питательных средах образуют выпуклые, круглые гладкие непигментированные или слабо-бежевые колонии. Утилизируют маннитол и другие углеводы с образованием кислоты. На средах с углеводами наблюдается выделение внеклеточной слизи полисахаридной природы. Оксидазоположительны, образуют уреазу, не образуют индол.

Геном

Геном A. tumefaciens штамма С58 имеет размер 5,67 Мп.н. и состоит из двух хромосом (кольцевой и линейной) и двух плазмид. Отмечен большой уровень гомологии с геномом Sinorhizobium meliloti, что предполагает недавнее эволюционное расхождение.

Хромосомы

Кольцевая хромосома A. tumefaciens штамма С58 имеет размер 2841580 п.н. и содержит 2819 генов, из которых 2765 кодируют белки. Линейная хромосома же имеет размер 2075577 п.н. и содержит 1884 генов, из которых 1851 кодируют белки. Наличие кольцевой и линейной хромосомы характерно и для других штаммов A. tumefaciens, например штамма MAFF301001

Плазмиды

A. tumefaciens штамм С58 содержит две плазмиды: плазмида At-плазмида и Ti-плазмида. At-плазмида (от Agrobacterium tumefaciens) представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 542868 п.н. и содержит 557 гена, из которых 542 кодируют белки. Ti-плазмида (от англ. tumor-inducing) обуславливает патогенность A. tumefaciens и способна встраиваться в геном растения-хозяина, перенося Т-ДНК в процессе сайт-специфической рекомбинации, плазмида также может частично встраиваться в геном Saccharomyces cerevisiae путём незаконной рекомбинации. Однако заражение мышей патогенными A. tumefaciens не вызывает экспрессии репортерных генов в тканях. Ti-плазмида A. tumefaciens штамма С58 представляет собой кольцевую двуцепочечную молекулу ДНК размером 214233 п.н. и содержит 199 генов, из которых 197 кодируют белки. Ti плазмида A. tumefaciens содержит гены, контролирующие синтез и катаболизм специфических аминокислот-опинов, использующихся A. tumefaciens в качестве источника питания (октопин, нопалин, агропин), гены вирулентности, гены синтеза фитогормонов-цитокининов и ауксинов (собственно они вызывают опухолеобразование и дедифференцировку тканей растения), Т-ДНК собственно представляет собой интегрируемый участок Ti плазмиды, несущий гены синтеза фитогормонов и опинов.

Патогенность для растений

A. tumefaciens вызывает образование т. н. корончатых галлов у растений. Опухолеобразование связано с переносом Т-ДНК в геном растения с последующей его трансформацией. Трансформированные клетки ввиду дисбаланса синтеза фитогормонов дедифференцируются и начинают неупорядоченный рост. Также трансформированные клетки растения начинают синтезировать опины, которые A. tumefaciens способна использовать как источник питания. Определённую роль в индукции экспрессии генов вирулентности A. tumefaciens с растением-хозяином играют специфические внутриклеточные метаболиты растения, выделяющиеся при ранении тканей растения. Важным этапом патогенного процесса является синтез Т-пилей при помощи системы секреции IV типа, осуществляющееся под действием VirB-оперона. При помощи Т-пилей A. tumefaciens присоединяется к клетке растения, формируя коньюгационный мостик и при помощи белка VirE1 переносит комплекс одноцепочечная Т-ДНК - белок VirE2 (образовавшуюся предварительно из Ti плазмиды и соединенную с белком VirE2) в клетку растения. Также на трансформацию клеток растений оказывает влияние специфический белок VirE3, транспортирующийся в ядро вместе с Т-ДНК и предположительно связывающийся с фактором транскрипции. В ядре Т-ДНК интегрируется в геном клетки растения-хозяина путём сайт-специфической рекомбинации. Внедрение Т-ДНК вызывает образование характерных опухолей растений из-за гиперсинтеза фитогормонов, в опухолевых тканях начинают накапливаться опины.

Использование в генной инженерии

Ввиду способности A. tumefaciens трансформировать клетки растений, бактерия сейчас активно используется для превнесения генетического материала с целью генетической модификации растений. A. tumefaciens способна трансформировать двудольные растения, так и некоторые однодольные растения и некоторые микроскопические грибки. Поэтому были разработаны специальные векторы на основе Ti-плазмиды с удалёнными генами фитогормонов и опинов ( разоруженной плазмиды ) для привнесения чужеродной генетической информации в геном растений с целью получения растений с желаемыми полезными признаками.