Фаг P1 - P1 phage

Вирус эшерихии P1
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Область:Дуплоднавирия
Королевство:Heunggongvirae
Тип:Уровирикота
Класс:Caudoviricetes
Заказ:Caudovirales
Семья:Myoviridae
Род:Пунавирус
Разновидность:
Вирус эшерихии P1

P1 это умеренный бактериофаг что заражает кишечная палочка и некоторые другие бактерии. При прохождении лизогенный цикл геном фага существует как плазмида в бактерии[1] в отличие от других фагов (например, лямбда-фаг ), которые интегрируются в ДНК хозяина. P1 имеет икосаэдрическую головку, содержащую ДНК, прикрепленную к сократительному хвосту с шестью хвостовыми волокнами. Фаг P1 вызвал исследовательский интерес, поскольку его можно использовать для переноса ДНК от одной бактериальной клетки к другой в процессе, известном как трансдукция. Во время своего литического цикла репликация захватывает фрагменты хромосомы хозяина. Если полученные вирусные частицы используются для заражения другого хозяина, захваченные фрагменты ДНК могут быть интегрированы в геном нового хозяина. Этот метод генной инженерии in vivo широко использовался в течение многих лет и используется до сих пор, хотя и в меньшей степени. P1 также можно использовать для создания Искусственная хромосома на основе P1 клонирование вектор которые могут нести относительно большие фрагменты ДНК. P1 кодирует сайт-специфичную рекомбиназу Cre, которая широко используется для проведения клеточно-специфической или временной рекомбинации ДНК путем фланкирования целевой ДНК с помощью loxP сайты (см. Cre-Lox рекомбинация ).

Морфология

Вирион похож по строению на Фаг Т4 но проще.[1] Имеет икосаэдрическую голову[2] содержащий геном, прикрепленный к одной вершине хвоста. Хвост имеет трубку, окруженную сократительной оболочкой. Он заканчивается базовой пластиной с шестью хвостовыми волокнами. Волокна хвоста участвуют в прикреплении к хозяину и обеспечении специфичности.

Геном

Геном фага P1 умеренно большой, около 93 Kbp. [1] по длине (по сравнению с геномами, например, Т4 - 169Кбп, лямбда - 48Кбп и Ff - 6.4Kbp). В вирусной частице он находится в форме линейной двухцепочечной молекулы ДНК. После вставки в хозяина он циркулирует и реплицируется в виде плазмиды.

В вирусной частице молекула ДНК длиннее (110 КБ), чем фактическая длина генома. Он создается путем вырезания фрагмента подходящего размера из конкатемерной цепи ДНК, имеющей несколько копий генома (см. Ниже раздел о лизисе, чтобы узнать, как это делается). Благодаря этому концы молекулы ДНК идентичны. Это называется окончательно избыточным. Это важно для циркуляции ДНК в организме хозяина. Еще одно последствие вырезания ДНК из объединитель состоит в том, что данная линейная молекула может начинаться в любом месте кольцевого генома. Это называется циклической перестановкой.

Геном особенно богат последовательностями Chi, распознаваемыми бактериальной рекомбиназой. RecBCD. Геном содержит два источника репликации: oriR, который реплицирует его во время лизогенного цикла, и oriL, который реплицирует его во время литической стадии. Геном P1 кодирует три тРНК, которые экспрессируются на литической стадии.

Протеом. Геном P1 кодирует 112 белков и 5 нетранслируемых генов, что примерно вдвое превышает размер бактериофаг лямбда.[1]

Жизненный цикл

Инфекция и ранние стадии

Частица фага адсорбируется на поверхности бактерии, используя хвостовые волокна для специфичности. Оболочка хвоста сокращается, и ДНК фага вводится в клетку-хозяин. Аппарат рекомбинации ДНК хозяина или фермент cre, транслируемый вирусной ДНК, рекомбинируют концы с повторяющимися концами и делают геном циркуляризованным. В зависимости от различных физиологических сигналов фаг может сразу перейти в литическую фазу или может перейти в лизогенное состояние.

Ген, кодирующий хвостовые волокна, имеет набор последовательностей, на которые может воздействовать сайт-специфическая рекомбиназа. Cin. Это заставляет С-конец белка переключаться между двумя альтернативными формами с низкой частотой. Волокна вирусного хвоста отвечают за специфичность связывания с рецептором хозяина. Мишени вирусных хвостовых волокон находятся под постоянным давлением, чтобы развиваться и уклоняться от связывания. Этот метод рекомбинационного разнообразия хвоста позволяет вирусу не отставать от бактерии.[3] Эта система имеет близкую гомологию последовательностей рекомбинационным системам в хвостовых волокнах неродственных фагов, таких как муфаг и лямбда-фаг.

Лизогения

Геном фага P1 поддерживается в бактерии в виде плазмиды с низким числом копий. Относительно большой размер плазмиды требует[1] он должен поддерживать низкое количество копий, чтобы не стать слишком большой метаболической нагрузкой, пока он является лизогеном. Поскольку обычно существует только одна копия плазмиды на бактериальный геном, плазмида имеет высокий шанс не передаться обеим дочерним клеткам. Плазмида P1 борется с этим несколькими способами:

  • Репликация плазмиды строго регулируется механизмом, зависимым от белка RepA. Это похоже на механизм, используемый некоторыми другими плазмидами. Это гарантирует, что плазмида делится одновременно с геномом хозяина.[1]
  • Связанные плазмиды быстро отсоединяются рекомбинацией Cre-lox[4][5]
  • Плазмида кодирует плазмидная зависимость система, убивающая дочерние клетки, теряющие плазмиду. Он состоит из стабильного белкового токсина и антитоксина, который обратимо связывается и нейтрализует его. Клетки, которые теряют плазмиду, погибают, поскольку антитоксин разлагается быстрее, чем токсин.

Лизис

Плазмида P1 имеет отдельную точку начала репликации (oriL), которая активируется во время литического цикла. Репликация начинается с регулярной двунаправленной тета-репликации в oriL, но позже, в литической фазе, она переключается на метод репликации по кругу с использованием механизма рекомбинации хозяина.[1][6][7] Это приводит к тому, что многочисленные копии генома присутствуют на одной линейной молекуле ДНК, называемой конкатемером. Конец конкатемера - это конкретный сайт, называемый пак сайт или сайт упаковки.[8] Затем следует упаковка ДНК в головы до полного заполнения. Остальная часть конкатемера, которая не помещается в одну головку, отделяется, и оборудование начинает упаковывать ее в новую головку. Местоположение разреза не зависит от последовательности. Каждая голова содержит около 110 килобайт ДНК.[8] Таким образом, в каждой головке имеется чуть более одной полной копии генома (~ 90kbp), причем концы нити в каждой головке идентичны. После заражения новой клетки эта терминальная избыточность используется аппаратом рекомбинации хозяина для циклизации генома, если в нем отсутствуют две копии локуса lox.[1][8] Если присутствуют два сайта lox (по одному на каждом конце концов), циклизация осуществляется рекомбиназой cre.

После того, как полные вирионы собраны, клетка-хозяин лизируется, высвобождая вирусные частицы.

История

P1 был открыт в 1951 году Джузеппе Бертани в Сальвадор Лурия лаборатории, но фаг был мало изучен, пока Эд Леннокс, также в группе Лурии, не показал в 1954–195, что он может преобразовывать генетический материал между бактериями-хозяевами. Это открытие привело к использованию фага для генетического обмена и картирования генома в Кишечная палочка, и стимулировали его дальнейшее изучение как модельный организм.[1][9][10] В 1960-х Хидео Икеда и Джун-ичи Томидзава показали, что геном ДНК фага является линейным и двухцепочечным с избыточностью на концах. В 1970-е годы Нат Штернберг охарактеризовал Cre–лох сайт-специфическая рекомбинация система, которая позволяет линейному геному циркуляризоваться с образованием плазмиды после заражения. В 1980-х годах Штернберг разработал P1 как вектор для клонирования больших фрагментов эукариотической ДНК.[9] Карта гена P1, основанная на частичной последовательности ДНК, была опубликована в 1993 году Михаилом Ярмолинским и Малгожатой Лобоцкой, а геном был полностью секвенирован Лобоцкой и коллегами в 2004 году.[1][10]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Obocka, Małgorzata B .; Дебра Дж. Роуз; Гай Планкетт; Марек Русин; Аркадиуш Самоедный; Хансйорг Ленхерр; Михаил Б. Ярмолинский; Фредерик Р. Блаттнер (ноябрь 2004 г.). «Геном бактериофага Р1». Журнал бактериологии. 186 (21): 7032–7068. Дои:10.1128 / JB.186.21.7032-7068.2004. ISSN  0021-9193. ЧВК  523184. PMID  15489417.
  2. ^ Уокер, Дж. Т.; Д. Х. Уокер (март 1983 г.). «Морфогенез колифага P1: анализ мутантов с помощью электронной микроскопии». Журнал вирусологии. 45 (3): 1118–1139. Дои:10.1128 / JVI.45.3.1118-1139.1983. ISSN  0022-538X. ЧВК  256520. PMID  6834479.
  3. ^ Sandmeier, H .; С. Иида; В. Арбер (1 июня 1992 г.). «Области инверсии ДНК плазмиды p15B и Cin бактериофага P1: эволюция генов хвостовых волокон бактериофага». Журнал бактериологии. 174 (12): 3936–3944. Дои:10.1128 / jb.174.12.3936-3944.1992. ISSN  0021-9193. ЧВК  206102. PMID  1534556.
  4. ^ Адамс, Дэвид Э .; Джеймс Б. Блиска; Николас Р. Коццарелли (1992-08-05). «Механистические отличия Cre-lox рекомбинации в клетках Escherichia coli от реакции in vitro». Журнал молекулярной биологии. 226 (3): 661–673. Дои:10.1016 / 0022-2836 (92) 90623-П. ISSN  0022-2836. PMID  1324323.
  5. ^ Остин, S; M Ziese; Н. Штернберг (сентябрь 1981 г.). «Новая роль сайт-специфической рекомбинации в поддержании бактериальных репликонов». Клетка. 25 (3): 729–736. Дои:10.1016 / 0092-8674 (81) 90180-Х. ISSN  0092-8674. PMID  7026049.
  6. ^ Коэн, Джеральд; Etti Or; Вольфганг Минас; Нат Л. Штернберг (1996-10-10). «Литический репликон бактериофага P 1: направленность репликации и цис-действующие элементы». Ген. 175 (1–2): 151–155. Дои:10.1016/0378-1119(96)00141-2. ISSN  0378-1119. PMID  8917092.
  7. ^ Коэн, Джеральд (ноябрь 1983 г.). «Электронно-микроскопическое исследование ранних форм литической репликации ДНК бактериофага P1». Вирусология. 131 (1): 159–170. Дои:10.1016/0042-6822(83)90542-1. ISSN  0042-6822. PMID  6359666.
  8. ^ а б c Sternberg, N .; Дж. Коулби (1990-10-01). «Расщепление сайта упаковки бактериофага P1 (pac) регулируется метилированием аденина». Труды Национальной академии наук. 87 (20): 8070–8074. Bibcode:1990PNAS ... 87.8070S. Дои:10.1073 / pnas.87.20.8070. ISSN  0027-8424. ЧВК  54894. PMID  2236019.
  9. ^ а б Михаил Ярмолинский; Рональд Хёсс (2015), "Наследие Ната Штернберга: происхождение Cre-лох Технологии", Ежегодный обзор вирусологии, 2 (1): 25–40, Дои:10.1146 / annurev-virology-100114-054930, PMID  26958905
  10. ^ а б Hansjörg Lehnherr (2006), «Бактериофаг P1», в Ричард Календаре (ред.), Бактериофаги, Oxford University Press, стр. 350, ISBN  0195148509

внешняя ссылка