Bakterium im Fokus: Doppelte Abwehr gegen pflanzliche Verteidigungskräfte!

Bochum, Deutschland - Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum und des Forschungszentrums Jülich hat neue Erkenntnisse über das pflanzenschädliche Bakterium Agrobacterium tumefaciens gewonnen. Diese Bakterien sind bekannt dafür, Pflanzen durch das Verursachen von Tumoren, insbesondere bei über 140 Arten von dikotylen Pflanzen, zu schädigen. Zu den am stärksten betroffenen Pflanzen gehören Reben, Steinfrüchte, Nussbäume, Zuckerrüben, Meerrettich und Rhabarber. Der Fokus der Studie liegt auf den Mechanismen, die A. tumefaciens zur Abwehr von Pflanzenabwehrstoffen einsetzen.

Das Bakterium verwendet zwei Sensoren zur Erkennung reaktiver Sauerstoffspezies, die von Pflanzen zur Verteidigung produziert werden. Diese reaktiven Sauerstoffspezies haben das Potenzial, DNA, Lipide und Proteine der Angreifer zu schädigen. Ein bereits gut charakterisierter Sensor, OxyR, und ein neu entdeckter Sensor, LsrB, stehen im Mittelpunkt der Forschung. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research am 7. April 2025 veröffentlicht. Janka Schmidt, die Erstautorin der Studie, hebt hervor, dass die Ergebnisse potentielle Anwendungen zur Bekämpfung von Infektionen und zur Optimierung nützlicher Bakterien in der Biotechnologie bieten.

Wichtige Rolle in der Pflanzenbiotechnologie

Agrobacterium tumefaciens ist nicht nur als Pflanzenpathogen bekannt, sondern spielt auch eine bedeutende Rolle in der Pflanzenbiotechnologie. Die natürliche Fähigkeit des Bakteriums, DNA in die Genome von Wirtspflanzen zu übertragen, hat es zu einem wichtigen Werkzeug für genetische Manipulationen gemacht. Laut einer eingehenden Analyse, die von Mitchell G. Thompson und Kollegen veröffentlicht wurde, konnten die Transformationsraten in verschiedenen Pflanzenarten und -sorten durch gezielte Modulation der Expression von Virulenzmediatoren erhöht werden. Diese Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die Anwendung synthesebasierter Ansätze neue Möglichkeiten für die gezielte Ingenieurtechnik von A. tumefaciens bieten könnte.

Die Autoren betonen auch die Notwendigkeit, einen rigorosen Ansatz in der synthetischen Biologie zu verfolgen, um A. tumefaciens-Stämme für die Pflanzentransformation weiter anzupassen. Innovative Methoden wie die Erzeugung markfreier Pflanzen in der T1-Generation könnten dabei eine wichtige Rolle spielen, insbesondere die Verwendung von Cre-Rekombinase für eine präzise genetische Kontrolle.

Interkingdom DNA Transfer

Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal von A. tumefaciens ist, dass es das einzige bekannte Beispiel für interkingdom DNA-Transfer darstellt. Dies bedeutet, dass das Bakterium in der Lage ist, seine Plasmid-DNA in die Chromosomen von infizierten Pflanzenzellen zu integrieren. Diese Fähigkeit ermöglicht nicht nur die genetische Manipulation von Pflanzen, sondern birgt auch Risiken, da A. tumefaciens als ernsthafter Krankheitserreger auftritt, der Tumore in Pflanzen hervorruft.

Das Bakterium gehört zur Familie der Rhizobiaceae und wird als gramnegatives Stäbchenbakterium klassifiziert. Bei Vergrößerungen bis zu 3.000-fach kann man seine charakteristische Form und Struktur erkennen, die unter dem Mikroskop sichtbar ist. Diese mikroskopischen Einblicke unterstützen das Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen A. tumefaciens und seinen Pflanzenwirt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die aktuellen Forschungsergebnisse sowohl die biologischen Abwehrmechanismen von A. tumefaciens als auch sein Potenzial für die biotechnologische Anwendung beleuchten. Während das Bakterium als Pflanzenpathogen zu bekämpfen ist, bleibt es zugleich ein unverzichtbarer Akteur in der Pflanzenbiotechnologie.