氷マイナス細菌

氷マイナス細菌は、一般的な細菌 Pseudomonas syringae ( P. syringae )の変異体に付けられた通称です。このP. syringae株は、野生型のP. syringaeに通常見られる特定の表面タンパク質を生成する能力を欠いています。細菌の外側の細胞壁にある「氷プラス」タンパク質 (INA タンパク質、「氷核形成活性」タンパク質) は、氷結晶の核形成中心として機能します。 ^{[1]これにより氷の形成が促進されるため、「氷プラス」という名称が付けられています。P} . syringaeの氷マイナス変異体は、氷核形成表面タンパク質の生成を担う遺伝子を欠いた突然変異体です。この表面タンパク質の欠如により、氷の形成にはあまり好ましくない環境が提供されます。P . syringaeの両株は自然に発生しますが、組み換え DNA 技術により、特定の遺伝子を人工的に除去または変更できるようになり、研究室で氷プラス株から氷マイナス株を作成できるようになりました。

P. syringaeの氷核形成特性は霜の発生を促し、植物の芽を凍らせ、収穫を台無しにします。植物の表面に氷核のないP. syringae株を導入すると、氷核の存在量が減り、収穫量が増えます。組み換え型は、 Frostbanとして知られる商品として開発されました。1987 年の Frostban のフィールドテストは、遺伝子組み換え生物が環境に放出された最初の例でした。このテストは非常に物議を醸し、米国のバイオテクノロジー政策の形成を促しました。Frostban は市販されませんでした。

P. syringaeの氷マイナス株を体系的に作成するには、氷形成遺伝子を分離し、増幅し、不活性化し、P. syringae細菌に再導入する必要があります。P . syringaeの氷マイナス株を分離して生成するには、次の手順がよく使用されます。

1. P. syringaeのDNAを制限酵素で消化します。
2. 個々の DNA 断片をプラスミドに挿入します。断片はランダムに挿入されるため、さまざまなバリエーションの組み換え DNA が生成されます。
3. 組み換えプラスミドで大腸菌（E.coli ）を形質転換します。プラスミドは細菌に取り込まれ、生物の DNA の一部になります。
4. 新しく開発された多数の大腸菌組み換え体から氷遺伝子を識別します。氷遺伝子を持つ組み換え大腸菌は氷核形成表現型を持ち、これらは「氷プラス」になります。
5. 氷核形成組換え体が特定されたら、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR) などの技術を使用して氷遺伝子を増幅します。
6. 紫外線などの変異誘発物質を導入して氷遺伝子を不活性化し、「氷マイナス」遺伝子を作成することにより、氷遺伝子の変異クローンを作成します。
7. 新しく作成された変異クローンを使用して、前の手順 (遺伝子をプラスミドに挿入、大腸菌を形質転換、組み換え体を特定) を繰り返し、ice-minus 遺伝子を持つ細菌を特定します。それらの細菌は、目的の ice-minus 表現型を持ちます。
8. 氷マイナス遺伝子を、通常の氷プラスP. syringae細菌に挿入します。
9. 組み換えが起こるようにして、P. syringaeの氷マイナス株と氷プラス株の両方を生成します。

米国だけでも、霜による農作物被害は毎年約 10 億ドルに上ると推定されています。^[要出典] P. syringae は一般に植物の表面に生息するため、氷核形成能によって霜の発生が促進され、植物の芽が凍り、収穫物が枯れてしまいます。植物の表面に氷を持たないP. syringae株を導入すると、株間の競争が発生します。氷を持たない株が勝利すると、 P. syringaeによって提供される氷核は存在しなくなり、通常の水の凍結温度である 0 °C (32 °F) での植物表面の霜の発生レベルが低下します。氷を持たない株が勝利しなくても、競争により、氷を持つP. syringaeから提供される氷核の量は減少します。通常の水の凍結温度での霜の発生レベルが減少すると、霜害による作物の損失量が減り、全体的な作物の収穫量が増加します。

1961年、米国農務省のポール・ホッペはトウモロコシにつく菌を研究した。毎シーズン、感染した葉をすりつぶし、その粉末を翌シーズンのトウモロコシに散布して病気の発生を追跡した。^[2] その年、突然霜が降り、奇妙な結果が出た。感染した粉末に感染した植物だけが霜害を受け、健康な植物は凍らなかったのだ。この現象は科学者を困惑させたが、 1970年代初め、ウィスコンシン大学マディソン校の大学院生スティーブン・リンドウがDC・アーニー、C・アッパーとともに乾燥した葉の粉末の中に細菌を発見した。現在カリフォルニア大学バークレー校の植物病理学者であるリンドウは、この特定の細菌がもともと存在しない植物にこの細菌が導入されると、植物が霜害に対して非常に脆弱になることを発見した。彼はその後、この細菌がP. syringaeであると特定し、氷核形成におけるP. syringaeの役割を調査し、1977年に突然変異体である氷マイナス株を発見した。彼は後に、組み換えDNA技術によってP. syringaeの氷マイナス株の開発にも成功した。^[3]

1983年、バイオテクノロジー企業のAdvanced Genetic Sc​​iences（AGS）は、 P. syringaeのアイスマイナス株を使ったフィールドテストを行うための米国政府の認可を申請したが、環境保護団体と抗議者が法的な異議申し立てを行い、フィールドテストは4年間延期された。^[4] 1987年、P. syringaeのアイスマイナス株が環境に放出された最初の遺伝子組み換え生物（GMO）となり、 ^[5]カリフォルニアのイチゴ畑にP. syringaeのアイスマイナス株が散布された。結果は有望で、処理された植物の霜害が軽減された。リンドウは、アイスマイナスP. syringaeを散布したジャガイモの苗の収穫実験も行った。彼はアイスマイナスP. syringae株でジャガイモ作物を霜害から守ることに成功した。^[6]

リンドウがアイスマイナスP. syringaeに関する研究を行っていた当時、遺伝子工学は非常に物議を醸すものと考えられていた。 ジェレミー・リフキンと彼の経済動向財団（FET）は、NIHが環境影響評価を実施しておらず、「アイスマイナス」細菌が生態系や地球規模の気象パターンに及ぼす可能性のある影響を調査しなかったと主張し、フィールド試験を遅らせるために連邦裁判所でNIHを訴えた。^{[4] [7]} 承認が下りると、両方の試験場は試験が行われる前夜に活動家グループから攻撃を受けた。「世界初の試験場が世界初のフィールド破壊者を引き付けた」。^[5] BBCはアース・ファースト！のアンディ・キャフリーの言葉を引用した。 「バークレーの会社がフロストバンという細菌を私の地域に放出する計画を初めて聞いたとき、文字通りナイフで刺されたような気がしました。ここでも、科学、テクノロジー、企業が金のために、地球上に存在しなかった新しい細菌を私の体に侵入させようとしているのです。私の体は既にスモッグ、放射線、食べ物に含まれる有毒化学物質によって侵略されており、私はもう我慢できませんでした。」^[5]

リフキンの訴訟が成功したことで、レーガン政権は農業バイオテクノロジーに関する連邦政府の意思決定を導く包括的な規制政策をより迅速に策定せざるを得なくなった。1986年、科学技術政策局はバイオテクノロジー規制の協調的枠組みを発表し、これは現在も米国の規制決定を左右している。^[4]

この論争により、多くのバイオテクノロジー企業は農業における遺伝子組み換え微生物の使用をやめることになった。^[8]

• 細菌の氷核形成タンパク質

• コーネル大学のシュードモナス-植物相互作用プロジェクトによる P. syringae のゲノム情報。2023-03-26 にWayback Machineでアーカイブされました。