Agrobacterium

Agrobacterium é un xénero de bacterias gramnegativas establecido por H. J. Conn en 1942, cuxa característica máis importante é que utiliza a transferencia horizontal de xenes para causar tumores en plantas e é utilizado en biotecnoloxía. Agrobacterium tumefaciens (hoxe chamada Rhizobium radiobacter) é a especie mellor estudada do xénero. Agrobacterium ten a capacidade de transferir ADN ás plantas, polo que se converteu nunha ferramenta moi importante en enxeñaría xenética de plantas.
En realidade, na taxonomía actual o xénero Agrobacterium desaparecería como tal, debido a unha profunda reclasificación proposta das súas especies. A razón é que o xénero Agrobacterium é bastante heteroxéneo. Os estudos taxonómicos modernos fixeron que houbese que reclasificar a totalidade das especies de Agrobacterium, algunhas en novos xéneros como Ahrensia, Pseudorhodobacter, Ruegeria, e Stappia, pero a maioría foron reclasificadas dentro do xénero Rhizobium, aínda que non sen controversia.
As bacterias do xénero Agrobacterium son móbiles, a maioría aerobias estritas, teñen unha capacidade moi estendida de utilizar glícidos. A súa temperatura óptima de crecemento é de 24 a 28 °C. Nestas condicións e nun medio de cultivo moi favorable, o seu tempo de xeración é duns 120 minutos. Resisten moi ben as carencias, e nos medios pobres poden tamén sobrevivir varias semanas en auga pura a 4 °C. Resisten os sales de telurio, e a numerosos antibióticos beta-lactámicos. Taxonomía
Coas novas modificacións taxonómicas todas as Agrobacterium están agora clasificadas noutros xéneros. As equivalencias das principais especies indícanse na táboa: Patóxeno de plantas
A. tumefaciens causa tumores nas raíces das plantas. A enfermidade caracterízase por un crecemento similar a un tumor ou bugalla na planta infectada, xeralmente situado na unión da raíz co talo. Os tumores son inducidos pola transferencia por conxugación dun segmento de ADN (chamado ADN-T ou T-DNA, ADN de transferencia) dun plásmido bacteriano indutor de tumores (plásmido Ti). A especie moi relacionada A. rhizogenes, induce tamén tumores nas raíces, e leva o plásmido Ri ou plásmido indutor de tumores na raíz. Aínda que a taxonomía de Agrobacterium sufriu unha profunda revisión, pode dicirse que neste xénero tradicional existen tres biovares, A. tumefaciens, A. rhizogenes, e A. vitis. As cepas dentro de A. tumefaciens e A. rhizogenes poden portar o plásmido Ti ou o Ri, mentres que as cepas de A. vitis, que xeralmente están restrinxidas ás vides, só poden levar o plásmido Ti. De mostras do ambiente illáronse cepas que non son de Agrobacterium, que portan o plásmido Ri, mentres que os estudos de laboratorio indican que cepas non de Agrobacterium poden tamén levar o plásmido Ti. Moitas cepas do medio ambiente de Agrobacterium non posúen nin plásmido Ti nin Ri, polo que non son virulentas.
O ADN-T do plásmido intégrase de forma semi-aleatoria no xenoma da célula hóspede, e os xenes da morfoloxía tumoral do ADN-T exprésanse causando a formación do tumor. O ADN-T leva xenes que codifican encimas biosintéticos para a produción de aminoácidos infrecuentes, tipicamente octopina ou nopalina. Tamén contén xenes para a biosíntese das hormonas vexetais, auxina e citoquininas), e para a biosíntese de opinas, que proporcionan á bacteria unha fonte de carbono e nitróxeno que a maioría dos demais microorganismos non poden utilizar, o que lle dá a Agrobacterium unha vantaxe selectiva. Ao alterar o equilibrio hormonal en células da planta, esta non pode controlar a división desas células, e fórmase o tumor. A proporción de auxina con respecto á citoquinina producida polos xenes do tumor determina a morfoloxía do tumor (de tipo raíz, desorganizado ou de tipo talo). Agrobacterium en humanos
Aínda que Agrobacterium produce xeralmente infeccións en plantas, pode tamén ser responsable de infeccións oportunistas en humanos que teñan os seus sistemas inmunitarios debilitados, pero non é un patóxeno importante nos individuos sans. Unha das primeiras asociacións entre enfermidades humanas e Agrobacterium radiobacter foi descuberta polo Dr. J. R. Cain en Escocia (1988). Un estudo posterior indicou que Agrobacterium se une e transforma xeneticamente varios tipos de células humanas ao integrar o seu ADN-T no xenoma da célula humana. O estudo fíxose utilizando tecidos humanos cultivados e non chegou a ningunha conclusión en canto a actividades biolóxicas relacionadas na natureza. Usos en biotecnoloxía
A capacidade de Agrobacterium de transferir xenes a plantas e fungos é moi utilizada en biotecnoloxía, en especial en enxeñaría xenética para a transformación de plantas. Pode utilizarse para isto un plásmido Ti ou Ri modificado. O plásmido é "desarmado" por deleción dos xenes produtores de tumores; as únicas partes esenciais do ADN-T son ás súas dúas pequenas repeticións finais (de 25 pares de bases), xa que polo menos cómpre unha delas para a transformación da planta. Marc Van Montagu e Jozef Schell na University de Gante (Bélxica) descubriron o mecanismo de transferencia de xenes entre Agrobacterium e as plantas, que deu lugar ao desenvolvemento de métodos para alterar Agrobacterium converténdoo nun sistema de cesión de xenes eficiente na enxeñería xenética das plantas. Un equipo de investigadores liderado pola Dra. Mary-Dell Chilton foi o primeiro en demostrar que os xenes da virulencia podían ser eliminados sen afectar negativamente á capacidade de Agrobacterium de inserir o seu propio ADN no xenoma da planta (1983).
Os xenes que van ser introducidos na planta son clonados nun vector de transformación de plantas que contén a rexión do ADN-T do plásmido desarmado, xunto cun marcador seleccionable (como un marcador de resistencia a antibióticos) para permitir seleccionar as plantas que foron transformadas con éxito. As plantas cultívanse en medios que conteñen antibióticos despois do operación de transformación, e aquelas nas que non se integrou o ADN-T no seu xenoma morren. Un método alternativo é a agroinfiltración. A transformación con Agrobacterium pode realizarse de dúas maneiras. Os protoplastos, ou discos de follas poden incubarse con Agrobacterium e despois rexenéranse plantas completas utilizando cultivo de tecidos de plantas. Un protocolo de transformación común para a planta Arabidopsis é o método da inmersión floral: as flores mergúllanse nun cultivo de Agrobacterium, e a bacteria transforma as células da liña xerminal que forman os gametos femininos. As sementes poden despois ser examinadas para ver a súa resistencia a antibióticos (ou outro marcador de interese), e as plantas que non teñan o ADN do plásmido integrado morrerán.
Agrobacterium non infecta todas as especies de plantas, pero hai outras técnicas efectivas de transformación de plantas que se poden aplicar como a pistola de xenes.
Agrobacterium é a fonte orixinal de material xenético utilizado para transformar os seguintes organismos modificados xeneticamente de especies como: soia, algodón, millo, remolacha azucreira, alfalfa, trigo, aceite de colza (Canola), Agrostis stolonifera (para alimentación animal) ou arroz (arroz dourado Golden Rice). Xenómica
A secuenciación dos xenomas de varias especies de Agrobacterium permitiu o estudo da historia evolutiva destes organismos e proporcionou información sobre os xenes e sistemas implicados na patoxénese, control biolóxico e simbiose. Un importante descubrimento foi a posibilidade de que estean evolucionando cromosomas a partir de plásmidos en moitas destas bacterias. Outro descubrimento é que as diversas estruturas cromosómicas neste grupo parecen ser capaces de soster tanto estilos de vida simbióticos coma patóxenos. A dispoñibilidade de secuencias xenómicas de especies de Agrobacterium segue incrementándose, o que está a dar unha visión xeral do funcionamento e historia evolutiva deste grupo de microbios asociados a plantas.