Mykobakteriofág - Mycobacteriophage

A mykobakteriofág je členem skupiny bakteriofágy je známo, že má mykobakterie jako hostitelské bakteriální druhy. Zatímco původně izolován z bakteriálních druhů Mycobacterium smegmatis a Mycobacterium tuberculosis,[1] původce tuberkulóza, Od té doby bylo izolováno více než 4 200 mykobakteriofágů z různých environmentálních a klinických zdrojů. Téměř 1400 bylo kompletně sekvenováno.[2] Jako příklady virů sloužily mykobakteriofágy lysogeny a divergentní morfologie a genetické uspořádání charakteristické pro mnoho typů fágů.[3]

Všechny dosud nalezené mykobakteriofágy měly dvouvláknová DNA genomy a byly klasifikovány podle jejich struktury a vzhledu do siphoviridae nebo myoviridae.[4]

Objev

Bylo zjištěno, že infikuje bakteriofág Mycobacterium smegmatis v roce 1947 byl prvním zdokumentovaným příkladem mykobakteriofága. Byl nalezen v kulturách bakterií původně rostoucích ve vlhku kompost.[5] První bakteriofág, který infikuje M. tuberculosis byl objeven v roce 1954.[6]

Rozmanitost

Byly izolovány tisíce mykobakteriofágů pomocí jednoho hostitelského kmene, Mycobacterium smegmatis mc2155, z nichž 1400 bylo kompletně sekvenováno.[2] Většinou pocházejí ze vzorků životního prostředí, ale mykobakteriofágy byly také izolovány ze vzorků stolice tuberkulóza pacienti,[7] i když je ještě třeba sekvenovat.[8] Bylo identifikováno asi 30 odlišných typů (nazývaných shluky nebo singletony, pokud nemají žádné příbuzné), které sdílejí malou podobnost nukleotidové sekvence. Mnoho klastrů zahrnuje dostatečnou rozmanitost, aby genomy vyžadovaly rozdělení na podskupiny (obrázek 1).[8]

Existuje také značný rozsah celkově guanin plus obsah cytosinu (GC%), od 50,3% do 70%, s průměrem 64% (M. smegmatis je 67,3%). Fágové GC% se tedy nemusí nutně shodovat s fágovým hostitelem a následným nesouladem využití kodonů profily se nejeví jako škodlivé. Protože se stále objevují nové mykobakteriofágy, které postrádají rozsáhlou podobnost DNA s existující sbírkou, a jelikož existuje nejméně sedm singletonů, pro které nebyli izolováni žádní příbuzní, zjevně musíme ještě saturovat rozmanitost této konkrétní populace.[8]

Sbírka> 50 000 geny lze rozdělit do> 3 900 skupin (tzv rodinytj. rodiny fágových proteinů) podle jejich sdílených aminokyselinových sekvencí. Většina z těchto skupin (~ 75%) nemá homology mimo mykobakteriofágy a má neznámou funkci. Genetické studie s mykobakteriofágem Giles ukazují, že pro 45% genů není nezbytných lytický růst.[9]

Obrázek 1. Rozmanitost mykobakteriofágů. Sekvenované genomy pro 471 mykobakteriofágů byly porovnány podle jejich sdíleného obsahu genů a celkové podobnosti nukleotidové sekvence. Barevné kruhy zahrnují klastry A – T, jak je uvedeno, a šedé kruhy představují singletonové genomy, které nemají žádného blízkého příbuzného. A1, A2, A3 ... označte podskupiny. Mikrografy ukazují morfotypy myovirových fágů skupiny C a siphovirů (všechny ostatní), které se primárně liší délkou ocasu (stupnice: 100 nm). S výjimkou DS6A infikují všechny fágy M. smegmatis mc2155. Od Hatfull 2014[8]

Rozsah hostitelů

Analýza rozsahu hostitele ukazuje, že ne všechny mykobakteriofágy z M. smegmatis infikovat jiné kmeny a účinně infikovat pouze fágy v Klastru K a v určitých podskupinách Klastru A. M. tuberculosis (Obrázek 1).[10] Mutanty však lze snadno izolovat z některých fágů, které rozšiřují rozsah svých hostitelů a infikují tyto další kmeny.[10] Molekulární základ specificity rozsahu hostitele je však do značné míry neznámý.

Architektura genomu

První sekvenovaný genom mykobakteriofága byl genom mykobakteriofága L5 v roce 1993.[11] V následujících letech byly sekvenovány stovky dalších genomů.[2] Mykobakteriofágy mají vysokou hladinu mozaika genomy. Jejich genomové sekvence ukazují důkazy o rozsáhlosti horizontální genetický přenos, a to jak mezi fágy, tak mezi fágy a jejich mykobakteriálními hostiteli. Porovnání těchto sekvencí pomohlo vysvětlit, jak často se v přírodě mohou vyskytovat genetické výměny tohoto typu a jak mohou fágy přispívat k bakteriálním patogenita.[12]

Byl izolován výběr 60 mykobakteriofágů, jejichž genomy byly sekvenovány v roce 2009. Tyto genomové sekvence byly seskupeny do shluků několika metodami ve snaze určit podobnosti mezi fágy a prozkoumat jejich genetickou rozmanitost. Více než polovina druhů fágů byla původně nalezena v nebo v jejich blízkosti Pittsburgh, Pensylvánie, ačkoli jiné byly nalezeny v jiných lokalitách Spojených států, Indii a Japonsku. Nebyly nalezeny žádné výrazné rozdíly v genomech druhů mykobakteriofágů různého globálního původu.[13]

Bylo zjištěno, že genomy mykobakteriofága obsahují podmnožinu genů, které procházejí rychlejším genetickým tokem než jiné prvky genomů. Tyto geny pro „rychlý tok“ jsou mezi mykobakteriofágy vyměňovány častěji a jsou o 50 procent kratší v sekvenci než průměrný gen pro mykobakteriofágy.[13]

Aplikace

Historicky byly mykobakteriofágy používány k „psaní“ (tj. „Diagnostikování“) mykobakterií, protože každý fág infikuje pouze jeden nebo několik bakteriálních kmenů.[14] V 80. letech byly fágy objeveny jako nástroje genetické manipulace s jejich hostiteli.[15] Například fág TM4 byl použit ke konstrukci raketoplánu phasmids které se replikují jako velké kosmidy v Escherichia coli a jako fágy v mykobakteriích.[16] Lze manipulovat s kyvadlovými raketoplány E-coli a používá se k účinnému zavedení cizí DNA do mykobakterií.

Fágy s mykobakteriálními hostiteli mohou být zvláště užitečné pro pochopení a boj proti mykobakteriálním infekcím u lidí. Byl vyvinut systém pro použití mykobakteriofága nesoucího a reportér gen sledovat kmeny kmene M. tuberculosis na odolnost vůči antibiotikům.[17] V budoucnu by mohl být mykobakteriofág použit k léčbě infekcí fágová terapie.[18][19]

Reference

  1. ^ MANKIEWICZ, E. (1961). "Mykobakteriofágy izolované od osob s tuberkulózními a netuberkulózními stavy". Příroda. 191 (4796): 1416–1417. doi:10.1038 / 1911416b0.
  2. ^ A b C „Mycobacteriophage Database“. Phagesdb.org. Citováno 4. září 2017.
  3. ^ Hatfull, Graham F. (13. října 2010). „Mycobacteriophages: Genes and Genomes“. Výroční přehled mikrobiologie. 64 (1): 331–356. doi:10.1146 / annurev.micro.112408.134233.
  4. ^ Papež WH, Jacobs-Sera D, Russell DA, Peebles CL, Al-Atrache Z, Alcoser TA a kol. (Leden 2011). „Rozšíření rozmanitosti mykobakteriofágů: pohled na architekturu a vývoj genomu“. PLOS ONE. 6 (1): e16329. doi:10.1371 / journal.pone.0016329. PMC  3029335. PMID  21298013.
  5. ^ Gardner, Grace M .; Weiser, Russell S. (1947). "Bakteriofág pro Mycobacterium smegmatis". Sborník Společnosti pro experimentální biologii a medicínu. 66: 205–206. doi:10.3181/00379727-66-16037.
  6. ^ Froman S, Will DW, Bogen E (říjen 1954). "Bakteriofág aktivní proti virulentní Mycobacterium tuberculosis. I. Izolace a aktivita". Am J Public Health Nations Health. 44 (10): 1326–33. doi:10.2105 / AJPH.44.10.1326. PMC  1620761. PMID  13197609.
  7. ^ Cater, J. C .; Redmond, W. B. (1963). „Mykobakteriální fágy izolované ze vzorků stolice pacientů s plicním onemocněním“. American Review of Respiratory Disease. 87: 726–9. doi:10.1164 / arrd.1963.87.5.726. PMID  14019331.
  8. ^ A b C d Hatfull, G. F. (2014). „Mycobacteriophages: Windows into tuberculosis“. PLoS patogeny. 10 (3): e1003953. doi:10.1371 / journal.ppat.1003953. PMC  3961340. PMID  24651299.
  9. ^ Dedrick, R. M .; Marinelli, L. J .; Newton, G. L .; Pogliano, K; Pogliano, J; Hatfull, G. F. (2013). „Funkční požadavky na růst bakteriofága: Esence a exprese genu v mykobakteriofágu Giles“. Molekulární mikrobiologie. 88 (3): 577–89. doi:10,1111 / mmi.12210. PMC  3641587. PMID  23560716.
  10. ^ A b Jacobs-Sera, D; Marinelli, L. J .; Bowman, C; Broussard, G. W .; Guerrero Bustamante, C; Boyle, M. M .; Petrova, Z. O .; Dedrick, R. M .; Pope, W. H .; Lovci fágů v oblasti přírodovědného vzdělávání Prosazování genomiky a evolučního vědeckého programu Sea-Phages; Modlin, R.L .; Hendrix, R. W .; Hatfull, G. F. (2012). „O povaze rozmanitosti mykobakteriofágů a preferenci hostitele“. Virologie. 434 (2): 187–201. doi:10.1016 / j.virol.2012.09.026. PMC  3518647. PMID  23084079.
  11. ^ Hatfull, G. F .; Sarkis, G. J. (1993). „Sekvence DNA, struktura a genová exprese mykobakteriofága L5: Fágový systém pro mykobakteriální genetiku“. Molekulární mikrobiologie. 7 (3): 395–405. doi:10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01131.x. PMID  8459766.
  12. ^ Pedulla, Marisa L; Ford, Michael E; Houtz, Jennifer M; Karthikeyan, Tharun; Wadsworth, Curtis; Lewis, John A; Jacobs-Sera; et al. (2003). "Počátky vysoce mozaikových genů mykobakteriofága". Buňka. 113 (2): 171–182. doi:10.1016 / S0092-8674 (03) 00233-2. PMID  12705866.
  13. ^ A b Hatfull, Graham F .; Jacobs-Sera, Deborah; Lawrence, Jeffrey G .; Papež, Welkin H .; Russell, Daniel A .; Ko, Ching-Chung; Weber, Rebecca J .; Patel, Manisha C .; Germane, Katherine L .; Edgar, Robert H. (19. března 2010). „Srovnávací genomová analýza 60 genů mykobakteriofága: shlukování genomu, získávání genů a velikost genů“. Journal of Molecular Biology. 397 (1): 119–143. doi:10.1016 / j.jmb.2010.01.011. PMC  2830324. PMID  20064525.
  14. ^ Jones Jr., W. D. (1975). „Zpráva o typizaci fágu u 125 kmenů“ Mycobacterium tuberculosis"". Annali Sclavo; rivista di microbiologia e di imunologia. 17 (4): 599–604. PMID  820285.
  15. ^ Jacobs WR Jr. 2000. Mycobacterium tuberculosis: kdysi geneticky nepoddajný organismus. In MolecularGenetics of the Mycobacteria, ed. GF Hatfull, WR Jacobs Jr., s. 1–16. Washington, DC: ASM Press
  16. ^ Jacobs, W. R .; Tuckman, M .; Bloom, B. R. (1987). "Zavedení cizí DNA do mykobakterií pomocí kyvadlového phasmidu". Příroda. 327 (6122): 532–535. doi:10.1038 / 327532a0. PMID  3473289.
  17. ^ Mulvey, MC; Sacksteder, KA; Einck, L; Nacy, CA (2012). „Generace nového systému reportérů na bázi nukleových kyselin k detekci fenotypové citlivosti na antibiotika u Mycobacterium tuberculosis“. mBio. 3 (2): e00312–11. doi:10,1 128 / mBio.00312-11. PMC  3312217. PMID  22415006.
  18. ^ Danelishvili L, Young LS, Bermudez LE (2006). „In vivo účinnost fágové terapie pro infekci Mycobacterium avium, jak je dodávána nevirulentním mykobakteriem“. Microb. Drug Resist. 12 (1): 1–6. doi:10.1089 / mdr.2006.12.1. PMID  16584300.
  19. ^ McNerney R, Traoré H (2005). "Mykobakteriofág a jejich aplikace na kontrolu nemocí". J. Appl. Microbiol. 99 (2): 223–33. doi:10.1111 / j.1365-2672.2005.02596.x. PMID  16033452.

externí odkazy