Лед-минус бактерии

Ледяные минусовые бактерии — это общее название, данное варианту распространенной бактерии Pseudomonas syringae ( P. syringae ). Этот штамм P. syringae лишен способности продуцировать определенный поверхностный белок дикого типа , обычно встречающийся у P. syringae . Белок «лед-плюс» (белок INA, белок, активный для нуклеации льда), обнаруженный на внешней стенке бактериальной клетки, действует как центр зародышеобразования кристаллов льда. ^[1] Это способствует образованию льда, отсюда и обозначение «лед-плюс». Вариант P. syringae без льда представляет собой мутант , в котором отсутствует ген, ответственный за образование поверхностных белков, образующих лед. Отсутствие поверхностного белка создает менее благоприятную среду для образования льда. Оба штамма P. syringae встречаются в природе, но технология рекомбинантной ДНК позволила синтетически удалить или изменить определенные гены, что позволило создать штамм «лед-минус» из штамма «лед-плюс» в лаборатории.

Ледяная природа P. syringae провоцирует развитие заморозков, замораживая почки растения и уничтожая полученный урожай. Внесение штамма P. syringae без льда на поверхность растений уменьшит количество присутствующих пузырьков льда, что приведет к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Рекомбинантная форма была разработана как коммерческий продукт, известный как Frostban . Полевые испытания Frostban в 1987 году стали первым выпуском генетически модифицированного организма в окружающую среду. Тестирование было очень противоречивым и послужило толчком к формированию биотехнологической политики США. Frostban никогда не продавался.

Производство

Чтобы систематически создать штамм P. syringae без льда , его ген, образующий лед, должен быть изолирован, амплифицирован, деактивирован и повторно введен в P. syringae бактерию без льда часто используются следующие этапы . Для выделения и создания штаммов P. syringae :

Переварите P. syringae с ДНК рестрикции помощью ферментов .
Вставьте отдельные фрагменты ДНК в плазмиду . Части будут вставляться случайным образом, что позволит создавать различные варианты рекомбинантной ДНК.
Трансформируйте бактерию Escherichia coli ( E.coli ) рекомбинантной плазмидой. Плазмида будет поглощена бактериями, что сделает ее частью ДНК организма.
Идентифицировать ген льда из многочисленных недавно разработанных рекомбинантов E. coli . Рекомбинантная E. coli с геном льда будет обладать фенотипом зародышеобразования льда , это будет «лед-плюс».
После идентификации рекомбинанта, образующего зародыши льда, амплифицируйте ген льда с помощью таких методов, как полимеразная цепная реакция (ПЦР).
Создайте мутантные клоны гена льда путем введения мутагенных агентов, таких как УФ-излучение, для инактивации гена льда, создавая ген «лед-минус».
Повторите предыдущие шаги (вставьте ген в плазмиду, трансформируйте E. coli , идентифицируйте рекомбинанты) с вновь созданными мутантными клонами, чтобы идентифицировать бактерии с геном лед-минус. Они будут обладать желаемым фенотипом «лед-минус».
Вставьте ген лед-минус в нормальную бактерию P. syringae лед-плюс .
как со льдом, так и со льдом Разрешить рекомбинацию, создавая штаммы P. syringae .

Экономическое значение

По оценкам, только в Соединенных Штатах каждый год морозы наносят ущерб урожаю примерно на 1 миллиард долларов. ^{[ нужна ссылка ]} Поскольку P. syringae обычно обитает на поверхности растений, его способность образовывать ледяные ядра провоцирует развитие заморозков, замораживая почки растения и уничтожая полученный урожай. Внесение ледяного штамма P. syringae на поверхность растений вызовет конкуренцию между штаммами. Если победит штамм «лед-минус», ледяное ядро, выделяемое P. syringae, больше не будет присутствовать, что снизит уровень образования инея на поверхности растений при нормальной температуре замерзания воды - 0 ° C (32 ° F). Даже если штамм «лед-минус» не победит, количество ледяных пузырьков, присутствующих в лед-плюс P. syringae, будет уменьшено из-за конкуренции. Снижение уровня образования инея при нормальной температуре замерзания воды приведет к снижению количества урожая, потерянного из-за повреждения морозом, что приведет к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур в целом.

Историческая перспектива

В 1961 году Пол Хоппе из Министерства сельского хозяйства США изучал кукурузный грибок , измельчая зараженные листья каждый сезон, а затем применяя порошок для проверки кукурузы на следующий сезон, чтобы отслеживать болезнь. ^[2] В том году случился неожиданный заморозок, приведший к необычным последствиям. Только растения, зараженные больным порошком, пострадали от мороза, оставив здоровые растения незамерзшими. Это явление сбивало с толку ученых до тех пор, пока аспирант Стивен Линдоу из Университета Висконсин-Мэдисон вместе с DC Арни и К. Аппером не обнаружили бактерию в порошке высушенных листьев в начале 1970-х годов. Линдоу, ныне патологоанатом растений в Калифорнийском университете в Беркли , обнаружил, что когда эта конкретная бактерия была введена в растения, где она изначально отсутствовала, растения стали очень уязвимы к повреждению морозом. Он идентифицировал бактерию как P. syringae , исследовал P. syringae в роль зародышеобразовании льда и в 1977 году открыл мутантный штамм лед-минус. Позже ему удалось разработать штамм P. syringae без льда с помощью технологии рекомбинантной ДНК. ^[3]

без льда В 1983 году биотехнологическая компания Advanced Genetic Sciences (AGS) подала заявку на разрешение правительства США на проведение полевых испытаний со штаммом P. syringae , но группы защиты окружающей среды и протестующие отложили полевые испытания на четыре года из-за юридических проблем. ^[4] В 1987 году штамм P. syringae без льда стал первым генетически модифицированным организмом (ГМО), выпущенным в окружающую среду. ^[5] когда клубничное поле в Калифорнии было опрыскано ледяным штаммом P. syringae . Результаты были многообещающими: они показали снижение повреждения обработанных растений морозом. Линдоу также провел эксперимент на посевах картофельной рассады, опрысканных льдом без P. syringae . Ему удалось защитить урожай картофеля от заморозков с помощью штамма P. syringae без льда . ^[6]

Споры

Во времена работы Линдоу над льдом без P. syringae , генная инженерия считалась очень спорной. Джереми Рифкин и его Фонд экономических тенденций (FET) подали в федеральный суд на НИЗ с иском с требованием отложить полевые испытания, утверждая, что НИЗ не смог провести оценку воздействия на окружающую среду и не смог изучить возможные последствия, которые могли иметь бактерии «лед-минус». на экосистемы и даже на глобальные погодные условия. ^[4]^[7] Как только разрешение было получено, оба испытательных поля подверглись нападению групп активистов в ночь перед проведением испытаний: «Первый в мире испытательный полигон привлек первого в мире полевого мусорщика». ^[5] BBC процитировала Энди Кэффри из Earth First! : «Когда я впервые услышал, что компания в Беркли планирует выпустить эти бактерии Frostban в моем сообществе, я буквально почувствовал, как в меня вошел нож. И здесь снова за доллар наука, технологии и корпорации собирались вторгнуться в мое тело. с новыми бактериями, которых раньше на планете не существовало, он уже был захвачен смогом, радиацией и токсичными химикатами в моей пище, и я просто не собирался больше это терпеть». ^[5]

Успешный судебный иск Рифкина вынудил администрацию Рейгана быстрее разработать всеобъемлющую политику регулирования, которая будет служить ориентиром для принятия федеральных решений по сельскохозяйственной биотехнологии. В 1986 году Управление научно-технической политики выпустило « Координированную структуру регулирования биотехнологии» , которая продолжает регулировать решения регулирующих органов США. ^[4]

Этот спор заставил многие биотехнологические компании отказаться от использования генно-инженерных микроорганизмов в сельском хозяйстве. ^[8]

См. также

Бактериальные белки нуклеации льда

Ссылки

^ Любовь, Дж.; Лессер, В. (апрель 1989 г.). «Потенциальное влияние бактерий без льда как протестантов против мороза на производство фруктов на деревьях в Нью-Йорке» (PDF) . Северо-восточный журнал экономики сельского хозяйства и ресурсов . 18 (1): 26–34. дои : 10.1017/S0899367X00000234 . S2CID 53310881 .
^ Пэрротт, Кэролайн К. (1993). «Рекомбинантная ДНК для защиты сельскохозяйственных культур» . Архивировано из оригинала 18 сентября 2012 года . Проверено 11 февраля 2007 г.
^ Хайнс, Патрисия Х. (1989). «Биотехнология в сельском хозяйстве: анализ избранных технологий и политики США» (PDF) . Репродуктивная и генная инженерия . 2 (1): 39–49. Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Братспис, Ребекка (2007). «Некоторые мысли об американском подходе к регулированию использования генетически модифицированных организмов» (PDF) . Канзасский журнал права и государственной политики . 16 (3):393. ССН 1017832 . ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Jump up to: ^а ^б ^с «ГМ-культуры: горький урожай?» . Новости Би-би-си . 14 июня 2002 года . Проверено 4 апреля 2016 г.
^ Томас Х. Мо II (9 июня 1987 г.). «Измененная бактерия выполняет свою работу: мороз не смог повредить опрысканный тестовый урожай, заявляет компания» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 4 апреля 2016 г.
^ Майкут, Эндрю (10 января 1986 г.). «Генетические чудеса грядут: одни видят благо, другие — бедствие» . Филадельфийский исследователь . Проверено 11 февраля 2007 г.
^ Баскин, Ивонн (1987). «Испытание будущего» . Фонд Алисии Паттерсон . Проверено 11 февраля 2007 г.

Внешние ссылки

Геномная информация P. syringae из проекта взаимодействия Pseudomonas и растений Корнеллского университета.

[1] Любовь, Дж.; Лессер, В. (апрель 1989 г.). «Потенциальное влияние бактерий без льда как протестантов против мороза на производство фруктов на деревьях в Нью-Йорке» (PDF) . Северо-восточный журнал экономики сельского хозяйства и ресурсов . 18 (1): 26–34. дои : 10.1017/S0899367X00000234 . S2CID 53310881 .

[2] Пэрротт, Кэролайн К. (1993). «Рекомбинантная ДНК для защиты сельскохозяйственных культур» . Архивировано из оригинала 18 сентября 2012 года . Проверено 11 февраля 2007 г.

[3] Хайнс, Патрисия Х. (1989). «Биотехнология в сельском хозяйстве: анализ избранных технологий и политики США» (PDF) . Репродуктивная и генная инженерия . 2 (1): 39–49. Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2014 г.

[Bratspies-4] Jump up to: ^а ^б ^с Братспис, Ребекка (2007). «Некоторые мысли об американском подходе к регулированию использования генетически модифицированных организмов» (PDF) . Канзасский журнал права и государственной политики . 16 (3):393. ССН 1017832 . ^{[ мертвая ссылка ]}

[BBC2002-5] Jump up to: ^а ^б ^с «ГМ-культуры: горький урожай?» . Новости Би-би-си . 14 июня 2002 года . Проверено 4 апреля 2016 г.

[6] Томас Х. Мо II (9 июня 1987 г.). «Измененная бактерия выполняет свою работу: мороз не смог повредить опрысканный тестовый урожай, заявляет компания» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 4 апреля 2016 г.

[7] Майкут, Эндрю (10 января 1986 г.). «Генетические чудеса грядут: одни видят благо, другие — бедствие» . Филадельфийский исследователь . Проверено 11 февраля 2007 г.

[8] Баскин, Ивонн (1987). «Испытание будущего» . Фонд Алисии Паттерсон . Проверено 11 февраля 2007 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]