AGROBACTERIUM: EIGENSCHAFTEN, MORPHOLOGIE UND KRANKHEITEN - BIOLOGIE - 2025

Agrobacterium ist eine Gattung von gramnegativen Bakterien, die durch DNA-Transfer Krankheiten in Pflanzen verursachen können. Der DNA-Transfer ermöglicht die Modifikation der Empfängerpflanze, um die Expression der genetischen Information des Bakteriums zu ermöglichen. Aus diesem Grund werden Bakterien dieser Gattung manchmal als "Gentechniker der Natur" bezeichnet.

Die Gattung Agrobacterium gilt derzeit als ungültig, und die Art, die sie enthielt, wurde größtenteils in die Gattung Rhizobium umgesiedelt. Die letztere Gattung wurde ursprünglich errichtet, um pflanzliche endosymbiotische Bakterien zu enthalten. Diese Bakterien helfen bei der Stickstofffixierung durch assoziierte Pflanzen, hauptsächlich Hülsenfrüchte.

Mechanismus der Übertragung der genetischen Information von Agrobacterium. Entnommen aus commons.wikimedia.org

Eigenschaften

Sie bilden keine Sporen, sie sind gramnegativ, aerob. Sie erzeugen in Gegenwart von Mannit eine Säurereaktion. Sie produzieren keine Säure oder Gas in einem Glucose-Pepton-Medium.

Sie sind in der Lage, die Selbstproliferation von Tumoren in Pflanzen zu induzieren. Diese Fähigkeit beruht auf dem genetischen Transfer einer kleinen DNA-Region, die in Tumorinduktor- (Ti) oder Wurzelinduktor- (Ri) Genen enthalten ist.

Agrobacterium-Arten dringen durch Wunden, die Krone, Wurzeln und Stängel vieler Dikots und einiger Gymnospermpflanzen ein. Der Gentransfer führt dazu, dass in der Empfängerpflanze bestimmte Eigenschaften der Bakterien exprimiert werden.

Morphologie

Bakterien dieser Gattung sind klein, kurz stäbchenförmig (0,5-1,0 x 1,2-3,0 μm). Sie sind mobil, da seitlich 1-4 Flagellen vorhanden sind. Wenn sie ein einzelnes Flagellum aufweisen, kann ihre Fixierung lateral oder polar sein.

Taxonomie und Systematik

Die Gattung Agrobacterium wurde von Conn (1942) vorgeschlagen, zwei pathogene Arten einzuschließen, die zuvor Phytomonas zugeordnet wurden: A. tumefaciens und A. rhizogenes sowie eine nicht pathogene Art, A. radiobacter.

Anschließend wurden die Arten Agrobacterium rubi, A. vitis und A. larrymoorei aufgrund ihrer Fähigkeit, Pflanzenkrankheiten zu verursachen, hinzugefügt.

Genetische Untersuchungen verschiedener Arten von Agrobacterium zeigten, dass die krankheitsverursachende Fähigkeit von A. tumefaciens (Tumorproduzent) oder A. rhizogenes (Wurzelproduzent) zwischen Agrobacterium-Stämmen übertragen werden oder verloren gehen kann. Später wurde gezeigt, dass diese Fähigkeit zur Erzeugung von Krankheiten durch den Transfer von Plasmiden entsteht.

Die Arten Agrobacterium und Rhizobium sind einander sehr ähnlich. Der einzige systematische Unterschied zwischen diesen Gattungen ist ihre pathogene Wechselwirkung im Fall von Agrobacterium oder Symbiose (die der Gattung Rhizobium) mit Pflanzen.

Dies und die Tatsache, dass die Fähigkeit von Agrobacterium, Krankheiten hervorzurufen, verloren gehen oder übertragen werden kann, veranlasste viele Autoren, beide Gattungen zu einer (Rhizobium) zu vereinen.

Krankheiten, die es verursacht

Agrobacterium-Arten können eine hohe Fähigkeit haben, Krankheiten an Pflanzen hervorzurufen. Sie produzieren zwei Hauptarten von Krankheiten.

Agrobacterium tumefaciens (derzeit Rhizobium radiobacter) produziert Tumore oder Gallen an Wurzeln und Stamm zahlreicher Arten von Gymnosperm-, monokotylen und dikotylen Pflanzen, darunter mindestens 40 Arten von kommerziellem Interesse.

Agrobacterium rhizogenes (jetzt Rhizobium rhizogenes) verursacht andererseits bei einigen dikotylen Pflanzen (Haarwurzelkrankheit oder Haarwurzelkrankheit) ungewöhnliches Wurzelwachstum.

Gallenkrankheit in Uvero. Entnommen aus commons.wikimedia.org

Formen der Ansteckung

Die Ausbreitung von Krankheiten kann sowohl durch Böden mit pathogenen Stämmen als auch durch die Ausbreitung von kontaminiertem Material erfolgen. Damit die Stämme Krankheiten produzieren können, müssen sie bestimmte Plasmide besitzen. Diese Plasmide werden Ti-Plasmide (Tumorinduktoren) oder Ri-Plasmide (Induktoren des Wurzelwachstums) genannt.

Während des Infektionsprozesses wird ein Segment des Ti oder Ri-Plasmids, T-DNA (Transfer-DNA) genannt, von den Bakterien zur Empfängerpflanze transportiert.

Die bakterielle T-DNA dringt in den Zellkern der Pflanze ein und integriert sich in die DNA der Pflanze. Infolgedessen werden Pflanzenzellen genetisch transformiert, was die Expression genetischer Informationen aus der T-DNA des Bakteriums ermöglicht. Die Expression von bakterieller DNA führt zu Tumorwachstum oder abnormaler Wurzelbildung.

Die von A. tumefaciens produzierten Tumoren oder Gallen haben in einigen Fällen keine schädlichen Auswirkungen auf Pflanzen. In anderen Fällen können sie eine Wachstumsreduktion und sogar den Tod der infizierten Pflanze verursachen.

Diese Krankheit hat sich in den letzten Jahren aufgrund des Austauschs und der Vermarktung von Pflanzen mit der Krankheit vermehrt, jedoch ohne sichtbare Anzeichen dafür.

Die Auswirkung der Haarwurzelkrankheit auf die infizierte Pflanze ist kaum bekannt. Einige Autoren haben gezeigt, dass die durch A. rhizogenes induzierte Bildung von Sekundärwurzeln positive Auswirkungen auf die infizierte Pflanze haben kann.

Behandlung

Die Behandlung von Kiemenerkrankungen sollte vorbeugend sein. Im Falle einer Infektion schreitet die Entwicklung der Krankheit manchmal fort, unabhängig von der Anwesenheit der Bakterien, die die Krankheit verursachen.

Die Anwendung von antibakteriellen Produkten aus Kupfer und Bleichmittel kann die Populationen von A. tumefaciens auf der Oberfläche von Pflanzen verringern. Ein weiterer vorbeugender Behandlungsmechanismus ist die Anwendung nicht pathogener Bakterienstämme, die mit den pathogenen Stämmen konkurrieren.

Chemikalien auf Kreosotbasis, Lösungen auf Kupferbasis und starke Oxidationsmittel können zur kurativen Behandlung von Kronengallenerkrankungen verwendet werden.

Da es keine Hinweise auf die schädlichen Auswirkungen der Haarwurzelkrankheit auf die infizierte Pflanze gibt, gibt es keine spezifische Behandlung dagegen.

Pathogenität beim Menschen

Obwohl bekannt ist, dass Agrobacterium in erster Linie für Pflanzen pathogen ist, kann es letztendlich den Menschen betreffen. Beim Menschen wird es als umweltschädlicher Organismus oder mit einer geringen Fähigkeit zur Erzeugung von Krankheiten angesehen.

A. tumefaciens kann jedoch für nosokomiale Infektionen bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem verantwortlich sein. Zu den durch dieses Bakterium verursachten Krankheiten zählen Infektionen im Zusammenhang mit Zentralvenenkathetern, Peritonitis, Infektionen des Blutes, Entzündungen des Endokards, Entzündungen der Gallenblase und Infektionen der Harnwege.

Agrobacterium kann gegen mehrere Antibiotika einschließlich Cotrimoxazol und Tetracyclin resistent sein. Die bislang einzige erfolgreiche Therapie ist Cefotaxim zur Behandlung von Gallenblasenentzündungen.

Die Fähigkeit von Agrobacterium, Gene auf Pflanzen und Pilze zu übertragen, wurde als gentechnisches Instrument zur genetischen Verbesserung von Pflanzen eingesetzt.

Diese Fähigkeit, Wirtsorganismen zu transformieren, ist jedoch nicht auf Pflanzen beschränkt. Viele andere eukaryotische und sogar prokaryotische Organismen können unter Laborbedingungen manipuliert werden, um durch Agrobacterium genetisch transformiert zu werden.

Viele Arten von Hefen und Pilzen wurden im Labor unter Verwendung von Agrobacterium transformiert. Forscher haben auch die Transformation von Algen, Säugetierzellen und dem grampositiven Bakterium Streptomyces lividans erreicht.

Verweise

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