stringtranslate.com

Бактерии, не содержащие лед

Бактерии Ice-minus — это общее название, данное варианту обычной бактерии Pseudomonas syringae ( P. syringae ). Этот штамм P. syringae лишен способности производить определенный поверхностный белок , обычно встречающийся у дикого типа P. syringae . Белок «ice-plus» (белок INA, «активный в зарождении льда» белок), обнаруженный на внешней клеточной стенке бактерий, действует как центры зарождения кристаллов льда. [1] Это облегчает образование льда, отсюда и обозначение «ice-plus». Вариант P. syringae ice-minus — это мутант , у которого отсутствует ген , отвечающий за производство поверхностного белка зарождения льда. Это отсутствие поверхностного белка обеспечивает 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 ice-minus из штамма ice-plus в лаборатории.

Природа образования ледяных зародышей P. syringae провоцирует развитие заморозков, замораживание почек растений и уничтожение урожая. Введение штамма P. syringae без образования ледяных зародышей на поверхность растений уменьшило бы количество присутствующего ледяного зародыша, что повысило бы урожайность. 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. Испытания были очень спорными и привели к формированию политики США в области биотехнологий. Frostban никогда не продавался.

Производство

Для систематического создания штамма P. syringae без льда его ген формирования льда должен быть изолирован, амплифицирован, дезактивирован и повторно введен в бактерию P. syringae . Для выделения и создания штаммов P. syringae без льда часто используются следующие шаги :

  1. Расщепление ДНК P. syringae с помощью рестриктаз .
  2. Вставьте отдельные фрагменты ДНК в плазмиду . Фрагменты будут вставляться случайным образом, что позволит производить различные вариации рекомбинантной ДНК.
  3. Трансформируйте бактерию Escherichia coli ( E.coli ) рекомбинантной плазмидой. Плазмида будет принята бактерией, сделав ее частью ДНК организма.
  4. Определите ген льда среди многочисленных новых рекомбинантов E. coli . Рекомбинантные E. coli с геном льда будут обладать фенотипом образования ледяных ядер , они будут «лед-плюс».
  5. После идентификации рекомбинанта, образующего ядро ​​льда, амплифицируйте ген льда с помощью таких методов, как полимеразная цепная реакция (ПЦР).
  6. Создать мутантные клоны гена льда путем введения мутагенных агентов, таких как УФ-излучение, для инактивации гена льда, создав ген «лед-минус».
  7. Повторите предыдущие шаги (вставьте ген в плазмиду, трансформируйте E. coli , идентифицируйте рекомбинанты) с вновь созданными мутантными клонами для идентификации бактерий с геном ice-minus. Они будут обладать желаемым фенотипом ice-minus.
  8. Вставьте ген ice-minus в нормальную бактерию P. syringae с геном ice-plus .
  9. Дайте возможность произойти рекомбинации, в результате чего появятся штаммы P. syringae как со льдом, так и со льдом .

Экономическое значение

Ледяная брусника

Только в Соединенных Штатах было подсчитано, что заморозки ежегодно наносят ущерб урожаю примерно в 1 миллиард долларов. [ необходима ссылка ] Поскольку P. syringae обычно обитает на поверхности растений, его ледяная природа провоцирует развитие заморозков, замораживая почки растений и уничтожая урожай. Введение штамма P. syringae без льда на поверхность растений приведет к конкуренции между штаммами. Если штамм без льда победит, ледяное ядро, производимое P. syringae, больше не будет присутствовать, что снизит уровень развития заморозков на поверхности растений при нормальной температуре замерзания воды – 0 °C (32 °F). Даже если штамм без льда не победит, количество ледяного ядра, присутствующего от P. syringae со льдом , будет уменьшено из-за конкуренции. Снижение уровня образования заморозков при нормальной температуре замерзания воды приведет к снижению количества урожая, потерянного из-за повреждения заморозками, что приведет к повышению урожайности 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 заболевание. [2] В тот год случился неожиданный заморозок, оставив странные результаты. Только растения, зараженные больным порошком, получили повреждения от заморозков, оставив здоровые растения незамерзшими. Это явление сбивало с толку ученых, пока аспирант Стивен Линдоу из Университета Висконсин-Мэдисон с Д. К. Арни и К. Аппером не обнаружили бактерию в высушенном порошке листьев в начале 1970-х годов. Линдоу, ныне фитопатолог в Калифорнийском университете в Беркли , обнаружил, что когда эта конкретная бактерия была введена в растения, где она изначально отсутствовала, растения стали очень уязвимыми к повреждению от заморозков. Он продолжил идентифицировать бактерию как P. syringae , исследовал роль P. syringae в образовании ледяных ядер и в 1977 году открыл мутантный штамм ice-minus. Позднее ему также удалось создать штамм P. syringae, не содержащий льда, с помощью технологии рекомбинантной ДНК. [3]

В 1983 году биотехнологическая компания Advanced Genetic Sciences (AGS) подала заявку на получение разрешения правительства США на проведение полевых испытаний штамма P. syringae , не содержащего льда, но экологические группы и протестующие отложили полевые испытания на четыре года из-за юридических проблем. [4] В 1987 году штамм P. syringae, не содержащий льда, стал первым генетически модифицированным организмом (ГМО), выпущенным в окружающую среду [5] , когда поле клубники в Калифорнии было опрыскано штаммом P. syringae, не содержащим льда . Результаты были многообещающими, показывая снижение повреждений обработанных растений от заморозков. Линдоу также провел эксперимент на урожае рассады картофеля, опрысканного штаммом P. syringae, не содержащим льда . Ему удалось защитить урожай картофеля от повреждений от заморозков с помощью штамма P. syringae, не содержащего льда . [6]

Противоречие

Во времена работы Линдоу над P. syringae без льда генная инженерия считалась очень спорной. Джереми Рифкин и его Фонд экономических тенденций (FET) подали в федеральный суд на NIH, чтобы отложить полевые испытания, утверждая, что NIH не провел оценку воздействия на окружающую среду и не изучил возможные эффекты бактерий «без льда» на экосистемы и даже глобальные погодные условия. [4] [7] После получения одобрения оба испытательных поля подверглись нападению со стороны групп активистов накануне проведения испытаний: «Первое в мире испытательное место привлекло первого в мире полевого мусорщика». [5] BBC цитирует 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 вонзился нож. И вот снова, за доллар, наука, технологии и корпорации собираются вторгнуться в мое тело новыми бактериями, которых раньше не было на планете. Оно уже было захвачено смогом, радиацией, токсичными химикатами в моей пище, и я просто не собирался больше этого терпеть». [5]

Успешное юридическое оспаривание Рифкина заставило администрацию Рейгана быстрее разработать всеобъемлющую нормативную политику для руководства федеральным принятием решений относительно сельскохозяйственной биотехнологии. В 1986 году Управление по политике в области науки и технологий выпустило Координированную структуру регулирования биотехнологии , которая продолжает регулировать нормативные решения США. [4]

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Love, J.; Lesser, W. (апрель 1989 г.). «Потенциальное воздействие бактерий, не вызывающих льдообразование, как протестантов против заморозков в производстве фруктовых деревьев в Нью-Йорке» (PDF) . Northeastern Journal of Agricultural and Resource Economics . 18 (1): 26–34. doi :10.1017/S0899367X00000234. S2CID  53310881.
  2. ^ Parrott, Carolyn C. (1993). "Рекомбинантная ДНК для защиты сельскохозяйственных культур". Архивировано из оригинала 18 сентября 2012 г. Получено 11 февраля 2007 г.
  3. ^ Хайнс, Патрисия Х. (1989). «Биотехнология в сельском хозяйстве: анализ отдельных технологий и политики в Соединенных Штатах» (PDF) . Репродуктивная и генная инженерия . 2 (1): 39–49. Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2014 г.
  4. ^ abc Bratspies, Rebecca (2007). «Некоторые мысли об американском подходе к регулированию генетически модифицированных организмов» (PDF) . Kansas Journal of Law and Public Policy . 16 (3): 393. SSRN  1017832.[ мертвая ссылка ]
  5. ^ abc "ГМ-культуры: горький урожай?". BBC News . 14 июня 2002 г. Получено 4 апреля 2016 г.
  6. ↑ Томас Х. Мо II (9 июня 1987 г.). «Измененная бактерия выполняет свою работу: заморозки не смогли повредить опрысканный опытный урожай, заявляет компания». Los Angeles Times . Получено 4 апреля 2016 г.
  7. ↑ Майкут, Эндрю (10 января 1986 г.). «Грядут генетические чудеса: одни видят благо, другие — бедствие». The Philadelphia Inquirer . Получено 11 февраля 2007 г.
  8. ^ Баскин, Ивонн (1987). «Тестирование будущего». Фонд Алисии Паттерсон. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Получено 11 февраля 2007 года .

Внешние ссылки