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Agrobacterium – anche le piante possono ammalarsi

Il mondo delle biotecnologie si sta sviluppando non solo grazie agli organismi animali. Ebbene, utilizza anche vari tipi di piante. Un esempio in cui questo campo della scienza si basa sullo studio delle strutture vegetali è l’uso di batteri del genere Agrobacterium. Questi agenti patogeni sono insoliti perché hanno rivoluzionato la genetica molecolare delle piante e hanno dato origine a una nuova industria che si occupa della modificazione genetica delle piante. Quali sono i batteri in questione e a cosa servono nella ricerca biotecnologica?

Batteri del genere Agrobacterium

L’Agrobacterium è un batterio patogeno del suolo che infetta le piante attraverso i tessuti feriti. Dopo l’infezione si verificano tumori sul colletto della radice o una crescita eccessiva delle radici. Dal punto di vista microbiologico sono batteri gram-negativi, aerobi, a forma di bastoncino.

In che modo l’Agrobacterium infetta le piante?

Il processo di infezione e trasformazione mediante Agrobacterium in vitro può essere suddiviso nelle seguenti fasi:
1. L’Agrobacterium entra in stretto contatto con una cellula vegetale
UN. Riconoscimento del tessuto vegetale danneggiato attraverso uno dei geni di virulenza posti sul plasmide batterico
B. Il batterio si avvicina alla cellula danneggiata e i geni di virulenza situati sul cromosoma batterico iniziano a produrre sostanze adesive
C. Il T-DNA viene eliminato dal plasmide
2. Trasferimento del T-DNA in una cellula vegetale ed espressione degli oncogeni codificati
UN. Il T-DNA viene trasferito alla cellula vegetale sotto forma di un complesso DNA-proteina
B. Il complesso entra nel nucleo
C. Il T-DNA a filamento singolo è attaccato a uno dei filamenti di DNA della pianta
3. Comparsa di cambiamenti morfologici che indicano lo sviluppo del cancro.
UN. Dopo l’integrazione con il DNA vegetale, il T-DNA inizia la produzione di enzimi della via di sintesi dell’auxina e della citochinina, che avvia la crescita del tumore nonché la sintesi e la secrezione di opine

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La foto mostra un'immagine microscopica di batteri del genere Agrobacterium.
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La foto mostra una pianta infetta. I tumori di grandi dimensioni sono facili da individuare.

Agrobacterium nelle biotecnologie

Il tipo di batteri discusso è attualmente utilizzato per produrre piante transgeniche. Le piante transgeniche sono quelle il cui DNA è stato modificato utilizzando tecniche di ingegneria genetica. Lo scopo di tale processo è introdurre nella pianta una nuova caratteristica che non si trova naturalmente in una determinata specie. Il risultato di una data modificazione è anche quello di ottenere la pianta più utile e produttiva. La trasformazione delle piante comprende non solo la fornitura e l’integrazione del DNA modificato nelle cellule vegetali, ma anche la rigenerazione delle piante transgeniche.

Sviluppo di sistemi di espressione transitoria da utilizzare nella biologia sintetica vegetale
Il diagramma mostra il processo di utilizzo dei batteri Agrobacterium per la biotecnologia.

Agrobacterium e farmacia

Oltre a migliorare le condizioni delle colture, la trasformazione con Agrobacterium viene utilizzata anche per produrre preziose proteine ​​nelle piante con effetti farmaceutici. Questo processo è chiamato biofarming o agricoltura molecolare e prevede l’introduzione di geni che codificano per proteine ​​terapeutiche nelle piante ospiti. Queste proteine ​​possono poi essere espresse nei tessuti vegetali, raccolte e purificate per essere utilizzate in una varietà di applicazioni mediche. Esempi di proteine ​​farmaceutiche prodotte utilizzando Agrobacterium includono anticorpi, vaccini, enzimi e fattori di crescita.

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Grazie all'Agrobacterium possiamo ottenere anche molti prodotti farmaceutici, come i vaccini.

Fonti:

  1. BYJU’S
  2. 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.
  3. Nester, E. W. (2015). Agrobacterium: nature’s genetic engineer. Frontiers in Plant Science, 5
  4. Transformacja roślin za pomocq wektorów Agrobacterium tumefaciens” – Teresa Orlikowska Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa Skierniewice
  5. Pitzschke, A. (2013). Agrobacterium infection and plant defense—transformation success hangs by a thread. Frontiers in Plant Science, 4
  6. Gentaur
  7. NIH
  8. Britannica