Ongewenste mutaties met Agrobacterium

Infectie met Agrobacterium tumefaciens kan in de natuur leiden tot ongecontroleerde celgroei in planten, ook wel bekend als de kroongalziekte.

Wanneer biotechnologen genen bij planten inbrengen met Agrobacterium tumefaciens ontstaan er soms ongewenste mutaties elders in het plantengenoom.

Agrobacterium tumefaciens gaat niet helemaal netjes te werk wanneer de bacterie zijn genen installeert in het dna van plantencellen: tijdens de transformatie ontstaan ongewenste mutaties in het plantengenoom. Dat schrijven biologen van de Universiteit Leiden 16 november in Science Advances. Het Agrobacterium-transformatiesysteem is de standaard waarmee onderzoekers in laboratoria werken om planten genetisch te veranderen en onderzoeken. Volgens de auteurs zijn de ongewenste mutaties makkelijk te vermijden door voortaan een Agrobacterium-mutant te gebruiken waarin het eiwit dat de mutaties veroorzaakt niet tot expressie komt.

Gastheercellen
Van nature infecteert de bodembacterie Agrobacterium tumefaciens beschadigde plantencellen met een zogeheten ti-plasmide. Het daaruit afkomstige t-dna voegt vervolgens tumorinducerende genen toe aan het plantengenoom, waarna gastheercellen ongecontroleerd gaan delen. Biotechnologen maken handig gebruik van dit systeem voor de genetische modificatie van planten, gisten en schimmels. Tumorinducerende genen worden uit het t-dna verwijderd en gewenste genen toegevoegd. Op grote schaal worden zo bijvoorbeeld gewassen resistent gemaakt tegen onkruidbestrijding.

Toch zijn er aanwijzingen dat Agrobacterium genotoxisch zou kunnen zijn, vertelt Paul Hooykaas, laatste auteur en emeritus hoogleraar genetica aan de Universiteit Leiden. ‘We weten dat er na een Agrobacterium-transformatie in sommige lijnen mutaties zitten die we niet makkelijk kunnen verklaren.’

Deleties
Om dat op te helderen richten de biologen zich nu op zogeheten virulentiegenen, genen die de transformatie in gang zetten en ervoor zorgen dat het t-dna in een plantencel en -genoom terecht komt. Ze kijken daarbij in een gistmodel met name naar de uitwerking van het voor planten en gist toxische VirD5-eiwit. Hieruit blijkt dat VirD5 replicatiestress veroorzaakt; stukken dna worden niet goed gerepliceerd. Dat leidt vervolgens tot het ontstaan van kleine deleties, die op hun beurt weer vaker leiden tot geninactivatie dan de puntmutaties die spontaan tijdens de weefselkweek in planten ontstaan.

Prullenbak
Volgens Hooykaas valt nog niet precies te zeggen wat dit betekent voor onderzoekers. ‘Het is in ieder geval niet zo dat labresultaten hierdoor in de prullenbak kunnen of de techniek aan waarde verliest. Het kan biologen echter soms volledig op het verkeerde spoor zetten tijdens hun onderzoek, waardoor er later intensieve zoektochten nodig zijn om bijvoorbeeld de genetische achtergrond van een aantrekkelijk fenotype te achterhalen.’

Hooykaas en collega’s laten ook zien dat het gebruik van een VirD5-mutant soelaas biedt, maar wel leidt tot iets lagere transformatiefrequenties. ‘In de praktijk zal dat niet tot problemen leiden’, verwacht Hooykaas. ‘En het lijkt me belangrijker om gewoon zo zuiver mogelijk te werken.’

‘Het is in ieder geval niet zo dat labresultaten hierdoor in de prullenbak kunnen’