Lód minus bakterie
Bakterie bez lodu to nazwa zwyczajowa nadana odmianie pospolitej bakterii Pseudomonas syringae ( P. syringae ). Ten szczep P. syringae nie ma zdolności do wytwarzania określonego białka powierzchniowego , zwykle występującego w dzikim typie P. syringae . Białko „ice-plus” (białko INA, białko „aktywne zarodkowanie lodu”) znajdujące się na zewnętrznej ścianie komórkowej bakterii działa jako centra zarodkowania na kryształki lodu. Ułatwia to tworzenie się lodu, stąd nazwa „ice-plus”. Wariant bez lodu P. syringae jest mutantem pozbawionym genu odpowiedzialnego za produkcję białek powierzchniowych zarodkujących lód. Ten brak białka powierzchniowego zapewnia mniej korzystne środowisko do tworzenia się lodu. Oba szczepy P. syringae występują naturalnie, ale technologia rekombinacji DNA pozwoliła na syntetyczne usunięcie lub zmianę określonych genów, umożliwiając stworzenie szczepu ice-minus ze szczepu ice-plus w laboratorium.
Zarodkowanie lodu przez P. syringae powoduje rozwój mrozów, zamrażanie pąków rośliny i niszczenie występujących plonów. Wprowadzenie szczepu P. syringae bez lodu na powierzchnię roślin zmniejszyłoby ilość obecnych zarodków lodu, zapewniając wyższe plony. Zrekombinowana postać została opracowana jako produkt handlowy znany jako Frostban . Testy terenowe Frostbana w 1987 roku były pierwszym uwolnieniem genetycznie zmodyfikowanego organizmu w środowisko. Testy były bardzo kontrowersyjne i przyczyniły się do ukształtowania amerykańskiej polityki biotechnologicznej. Frostban nigdy nie był sprzedawany.
Produkcja
Aby systematycznie tworzyć szczep P. syringae pozbawiony lodu , jego gen tworzący lód musi zostać wyizolowany, zamplifikowany, dezaktywowany i ponownie wprowadzony do bakterii P. syringae . Następujące kroki są często stosowane w celu wyizolowania i wytworzenia szczepów P. syringae pozbawionych lodu :
- Trawienie DNA P. syringae enzymami restrykcyjnymi . _
- Wstaw poszczególne fragmenty DNA do plazmidu . Kawałki będą wstawiane losowo, co pozwoli na wytworzenie różnych odmian rekombinowanego DNA.
- Transformować bakterię Escherichia coli ( E. coli ) zrekombinowanym plazmidem. Plazmid zostanie wchłonięty przez bakterie, czyniąc go częścią DNA organizmu.
- Zidentyfikuj gen lodu z wielu nowo opracowanych rekombinantów E. coli . Rekombinowana E. coli z genem lodu będzie miała fenotyp zarodkowania lodu , będą to „lody plus”.
- Po zidentyfikowaniu rekombinantu zarodkującego lód, zamplifikuj gen lodu za pomocą technik takich jak reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR).
- Twórz zmutowane klony genu lodu poprzez wprowadzenie środków mutagennych , takich jak promieniowanie UV , w celu inaktywacji genu lodu, tworząc gen „lód-minus”.
- Powtórz poprzednie kroki (wstaw gen do plazmidu, transformuj E. coli , identyfikuj rekombinanty) z nowo utworzonymi zmutowanymi klonami, aby zidentyfikować bakterie z genem minus lód. Będą posiadać pożądany fenotyp bez lodu.
- Wstaw gen lodu-minus do normalnej bakterii P. syringae z dodatkiem lodu .
- Pozwól zajść rekombinacji, uzyskując szczepy P. syringae zarówno ice-minus, jak i ice-plus .
Znaczenie gospodarcze
Szacuje się, że w samych Stanach Zjednoczonych każdego roku szkody w uprawach spowodowane są mrozem o wartości około 1 miliarda dolarów. [ potrzebne źródło ] Ponieważ P. syringae powszechnie zasiedla powierzchnie roślin, jego zarodkowanie lodu powoduje powstawanie mrozów, zamrażanie pąków rośliny i niszczenie plonów. Wprowadzenie szczepu P. syringae bez lodu na powierzchnię roślin spowodowałoby konkurencję między szczepami. W przypadku zwycięstwa szczepu ice-minus, zarodek lodu dostarczony przez P. syringae nie byłby już obecny, obniżając poziom rozwoju szronu na powierzchniach roślin przy normalnej temperaturze zamarzania wody - 0 ° C (32 ° F). Nawet jeśli szczep ice-minus nie zwycięży, ilość zarodków lodu obecnych w lodzie plus P. syringae zostanie zmniejszona z powodu konkurencji. Zmniejszony poziom tworzenia się szronu przy normalnej temperaturze zamarzania wody przełożyłby się na mniejszą ilość plonów utraconych z powodu szkód spowodowanych mrozem, co ogólnie zwiększyłoby plony.
Perspektywa historyczna
W 1961 roku Paul Hoppe z Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych badał grzyby kukurydziane , rozdrabniając zainfekowane liście w każdym sezonie, a następnie stosując proszek do testowania kukurydzy na następny sezon w celu wyśledzenia choroby. W tym roku nastąpił niespodziewany mróz, który pozostawił osobliwe rezultaty. Tylko rośliny zakażone chorym proszkiem doznały uszkodzeń spowodowanych mrozem, pozostawiając zdrowe rośliny niezamrożone. Zjawisko to wprawiało naukowców w zakłopotanie, aż do czasu, gdy doktorant Stephen Lindow z University of Wisconsin-Madison z DC Arny i C. Upper znaleźli bakterię w proszku z suszonych liści we wczesnych latach siedemdziesiątych. Lindow, obecnie patolog roślin na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley , odkrył, że kiedy ta konkretna bakteria została wprowadzona do roślin, w których pierwotnie była nieobecna, rośliny stały się bardzo podatne na uszkodzenia spowodowane mrozem. Następnie zidentyfikował bakterię jako P. syringae , zbadał rolę P. syringae w zarodkowaniu lodu, aw 1977 r. odkrył zmutowany szczep ice-minus. Później odniósł sukces w opracowaniu szczepu P. syringae bez lodu również dzięki technologii rekombinacji DNA.
P. syringae bez lodu, ale grupy ekologiczne i protestujący opóźnili testy terenowe o cztery lata z powodu problemów prawnych. W 1987 r. pozbawiony lodu szczep P. syringae stał się pierwszym genetycznie zmodyfikowanym organizmem (GMO), który został uwolniony do środowiska, kiedy pole truskawek w Kalifornii zostało opryskane szczepem P. syringae bez lodu . Wyniki były obiecujące, wykazując mniejsze uszkodzenia traktowanych roślin przez mróz. Lindow przeprowadził również eksperyment na uprawie sadzonek ziemniaków spryskanych lodem-minus P. syringae . Udało mu się ochronić uprawy ziemniaka przed uszkodzeniami spowodowanymi przez mróz za pomocą szczepu lodu bez P. syringae .
Spór
W czasie prac Lindowa nad lodem bez P. syringae inżynieria genetyczna była uważana za bardzo kontrowersyjną. Jeremy Rifkin i jego Foundation on Economic Trends (FET) pozwali NIH w sądzie federalnym o opóźnienie prób terenowych, argumentując, że NIH nie przeprowadził oceny wpływu na środowisko i nie zbadał możliwych skutków bakterii „lód bez” na ekosystemy, a nawet globalne wzorce pogodowe. Po uzyskaniu zgody oba pola testowe zostały zaatakowane przez grupy aktywistów w noc poprzedzającą testy: „Pierwsze na świecie miejsce próbne przyciągnęło pierwszego na świecie śmieciarza”. BBC zacytowało Andy'ego Caffreya z Ziemia pierwsza! : „Kiedy po raz pierwszy usłyszałem, że firma w Berkley planuje uwolnić te bakterie Frostban w mojej społeczności, dosłownie poczułem, jak wbija się we mnie nóż. Tutaj znowu, za złotówkę, nauka, technologia i korporacje zamierzają zaatakować moje ciało z nowymi bakteriami, których wcześniej nie było na planecie. Została już zaatakowana przez smog, promieniowanie, toksyczne chemikalia w moim jedzeniu, a ja po prostu nie zamierzałem tego dłużej znosić”.
Udane wyzwanie prawne Rifkina zmusiło administrację Reagana do szybszego opracowania nadrzędnej polityki regulacyjnej, która kierowałaby federalnym procesem decyzyjnym dotyczącym biotechnologii rolniczej. W 1986 roku Biuro ds. Polityki Nauki i Technologii wydało Skoordynowane Ramy Regulacji Biotechnologii , które nadal regulują amerykańskie decyzje regulacyjne.
Kontrowersje spowodowały, że wiele firm biotechnologicznych odsunęło się od stosowania mikroorganizmów inżynierii genetycznej w rolnictwie.