P1 fág - P1 phage

Virus Escherichia P1
Klasifikace virů E
(bez hodnocení):Virus
Oblast:Duplodnaviria
Království:Heunggongvirae
Kmen:Uroviricota
Třída:Caudoviricetes
Objednat:Caudovirales
Rodina:Myoviridae
Rod:Punavirus
Druh:
Virus Escherichia P1

P1 je mírný bakteriofág který infikuje Escherichia coli a některé další bakterie. Když prochází lysogenní cyklus genom fága existuje jako plazmid v bakterii[1] na rozdíl od jiných fágů (např lambda fág ), které se integrují do hostitelské DNA. P1 má ikosahedrickou hlavu obsahující DNA připojenou ke kontraktilnímu ocasu se šesti ocasními vlákny. Fág P1 získal výzkumný zájem, protože může být použit k přenosu DNA z jedné bakteriální buňky do druhé v procesu známém transdukce. Jak se replikuje během svého lytického cyklu, zachycuje fragmenty hostitelského chromozomu. Pokud jsou výsledné virové částice použity k infekci jiného hostitele, mohou být zachycené fragmenty DNA integrovány do genomu nového hostitele. Tato metoda genetického inženýrství in vivo byla široce používána po mnoho let a je používána dodnes, i když v menší míře. P1 lze také použít k vytvoření souboru Umělý chromozom odvozený od P1 klonovací vektor který může nést relativně velké fragmenty DNA. P1 kóduje místně specifickou rekombinázu Cre, která se široce používá k provádění buněčně specifické nebo časově specifické rekombinace DNA lemováním cílové DNA loxP weby (viz Cre-Lox rekombinace ).

Morfologie

Virion má podobnou strukturu jako F4 fág ale jednodušší.[1] Má dvacetistěnovou hlavu[2] obsahující genom připojený v jednom vrcholu k ocasu. Ocas má tubu obklopenou kontraktilním obalem. Končí základní deskou se šesti ocasními vlákny. Ocasní vlákna se podílejí na připojení k hostiteli a zajištění specificity.

Genom

Genom fága P1 je středně velký, kolem 93 kb / s [1] na délku (ve srovnání s genomy např. T4 - 169 kB, lambda - 48 kb / s a Ff - 6,4 kB). Ve virové částici je ve formě lineární dvouvláknové molekuly DNA. Po vložení do hostitele cirkuluje a replikuje se jako plazmid.

Ve virové částici je molekula DNA delší (110 Kbp) než skutečná délka genomu. Je vytvořen vyříznutím fragmentu odpovídající velikosti z koncatemerického řetězce DNA, který má více kopií genomu (jak je to provedeno, viz níže uvedená část o lýze). Díky tomu jsou konce molekuly DNA identické. Toto se označuje jako terminálně nadbytečné. To je důležité pro cirkulaci DNA v hostiteli. Dalším důsledkem vyříznutí DNA z a concatemer je, že daná lineární molekula může začínat v kterémkoli místě kruhového genomu. Tomu se říká cyklická permutace.

Genom je obzvláště bohatý na chi sekvence rozpoznávané bakteriální rekombinázou RecBCD. Genom obsahuje dva počátky replikace: oriR, který jej replikuje během lysogenního cyklu, a oriL, který jej replikuje během lytického stadia. Genom P1 kóduje tři tRNA, které jsou exprimovány v lytickém stadiu.

Proteome. Genom P1 kóduje 112 proteinů a 5 nepřekládaných genů a je asi dvakrát větší než genom bakteriofág lambda.[1]

Životní cyklus

Infekce a raná stadia

Fágová částice adsorbuje na povrch bakterie pomocí ocasních vláken pro specifičnost. Ocasní plášť se smršťuje a DNA fága se vstřikuje do hostitelské buňky. Hostitelská DNA rekombinační aparatura nebo enzym cre přeložený z virové DNA rekombinují terminálně redundantní konce a cirkulují genom. V závislosti na různých fyziologických podnětech může fág okamžitě přejít do lytické fáze nebo může vstoupit do lysogenního stavu.

Gen, který kóduje ocasní vlákna, má sadu sekvencí, na které lze cílit místně specifickou rekombinázou Cin. To způsobí, že C koncový konec proteinu přepíná mezi dvěma alternativními formami při nízké frekvenci. Virová ocasní vlákna jsou odpovědná za specificitu vazby na hostitelský receptor. Cíle virových koncových vláken jsou pod neustálým tlakem, aby se vyvíjely a vyhýbaly se vazbě. Tato metoda rekombinační rozmanitosti ocasu umožňuje viru držet krok s bakterií.[3] Tento systém má blízké sekvenční homologie s rekombinačními systémy v koncových vláknech nesouvisejících fágů, jako je mu fág a lambda fág.

Lysogeny

Genom fága P1 je v bakterii udržován jako plazmid s nízkým počtem kopií. Vyžaduje relativně velkou velikost plazmidu[1] aby si udržel nízký počet kopií, aby se nestala příliš velkou metabolickou zátěží, zatímco je to lysogen. Jelikož na bakteriální genom je obvykle pouze jedna kopie plazmidu, má plazmid vysokou šanci, že nebude přenesen do obou dceřiných buněk. Plazmid P1 s tím bojuje několika metodami:

  • Replikace plazmidu je přísně regulována mechanismem závislým na proteinu RepA. To je podobné mechanismu, který používá několik dalších plazmidů. Zajišťuje, že se plazmid dělí v kroku s hostitelským genomem.[1]
  • Blokované plazmidy jsou rychle odpojeny rekombinací Cre-lox[4][5]
  • Plazmid kóduje a závislost na plazmidu systém, který zabíjí dceřinné buňky, které ztrácejí plazmid. Skládá se ze stabilního proteinového toxinu a antitoxinu, který se na něj reverzibilně váže a neutralizuje ho. Buňky, které ztratí plazmid, jsou zabity, protože antitoxin se degraduje rychleji než toxin.

Lyza

Plazmid P1 má samostatný počátek replikace (oriL), který je aktivován během lytického cyklu. Replikace začíná pravidelnou obousměrnou replikací theta na oriL, ale později v lytické fázi se přepne na metodu replikace s postupným kruhem pomocí hostitelského rekombinačního aparátu.[1][6][7] To má za následek přítomnost mnoha kopií genomu na jedné lineární molekule DNA zvané concatemer. Na konci concatemer je vyříznut konkrétní web zvaný pac místo balení.[8] Poté následuje zabalení DNA do hlav, dokud nejsou plné. Zbytek concatemeru, který se nevejde do jedné hlavy, je oddělen a strojní zařízení to začne balit do nové hlavy. Umístění řezu není specifické pro sekvenci. Každá hlava pojme kolem 110kbp DNA[8] takže v každé hlavě je o něco více než jedna úplná kopie genomu (~ 90 kb / s), přičemž konce řetězce v každé hlavě jsou identické. Po infikování nové buňky je tato terminální redundance využívána hostitelským rekombinačním aparátem k cyklizaci genomu, pokud mu chybí dvě kopie lox lokusu.[1][8] Pokud jsou přítomna dvě lox místa (jedno na každém terminálně redundantním konci), provede se cyklizace cre rekombináza.

Jakmile jsou kompletní viriony shromážděny, hostitelská buňka je lyžována a uvolní virové částice.

Dějiny

P1 objevil v roce 1951 Giuseppe Bertani v Salvador Luria laboratoř, ale fág byl málo studován, dokud Ed Lennox, také ve skupině Lurie, v letech 1954–5 neprokázal, že by mohl transduce genetický materiál mezi hostitelskými bakteriemi. Tento objev vedl k tomu, že fág byl používán pro genetickou výměnu a mapování genomu E-colia stimulovalo jeho další studium jako modelového organismu.[1][9][10] V šedesátých letech minulého století Hideo Ikeda a Jun-ichi Tomizawa ukázali, že genom fágové DNA je lineární a dvouvláknový s redundancí na koncích. V 70. letech Nat Sternberg charakterizoval Cre–lox site-specific rekombinace systém, který umožňuje cirkulaci lineárního genomu za vzniku plazmidu po infekci. V 80. letech vyvinul Sternberg P1 jako vektor pro klonování velkých kusů eukaryotické DNA.[9] Mapu genu P1 založenou na částečné sekvenci DNA publikovali v roce 1993 Michael Yarmolinsky a Małgorzata Łobocka a genom byl kompletně sekvenován Łobockou a kolegy v roce 2004.[1][10]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j Łobocka, Małgorzata B .; Debra J. Rose; Guy Plunkett; Marek Rusin; Arkadiusz Samojedny; Hansjörg Lehnherr; Michael B. Yarmolinsky; Frederick R. Blattner (listopad 2004). „Genome of Bacteriophage P1“. Journal of Bacteriology. 186 (21): 7032–7068. doi:10.1128 / JB.186.21.7032-7068.2004. ISSN  0021-9193. PMC  523184. PMID  15489417.
  2. ^ Walker, J T; D H Walker (březen 1983). „Morfogeneze Coliphage P1: analýza mutantů elektronovou mikroskopií“. Journal of Virology. 45 (3): 1118–1139. doi:10.1128 / JVI.45.3.1118-1139.1983. ISSN  0022-538X. PMC  256520. PMID  6834479.
  3. ^ Sandmeier, H .; S. Iida; W. Arber (01.06.1992). "Oblasti inverze DNA min plazmidu p15B a Cin bakteriofága P1: Vývoj genů ocasních vláken bakteriofága". Journal of Bacteriology. 174 (12): 3936–3944. doi:10.1128 / jb.174.12.3936-3944.1992. ISSN  0021-9193. PMC  206102. PMID  1534556.
  4. ^ Adams, David E .; James B. Bliska; Nicholas R. Cozzarelli (08.08.1992). „Cre-lox rekombinace v buňkách Escherichia coli mechanické rozdíly od reakce in vitro“. Journal of Molecular Biology. 226 (3): 661–673. doi:10.1016 / 0022-2836 (92) 90623-R. ISSN  0022-2836. PMID  1324323.
  5. ^ Austin, S; M Ziese; N Sternberg (září 1981). „Nová role pro místně specifickou rekombinaci při udržování bakteriálních replikonů“. Buňka. 25 (3): 729–736. doi:10.1016 / 0092-8674 (81) 90180-X. ISSN  0092-8674. PMID  7026049.
  6. ^ Cohen, Gerald; Etti Or; Wolfgang Minas; Nat L. Sternberg (10. 10. 1996). „Bakteriofág P 1 lytický replikon: směrovost replikace a cis působící prvky“. Gen. 175 (1–2): 151–155. doi:10.1016/0378-1119(96)00141-2. ISSN  0378-1119. PMID  8917092.
  7. ^ Cohen, Gerald (listopad 1983). "Studie elektronové mikroskopie časných lytických replikačních forem bakteriofága P1 DNA". Virologie. 131 (1): 159–170. doi:10.1016/0042-6822(83)90542-1. ISSN  0042-6822. PMID  6359666.
  8. ^ A b C Sternberg, N .; J. Coulby (01.10.1990). „Štěpení balicího místa bakteriofága P1 (pac) je regulováno methylací adeninu“. Sborník Národní akademie věd. 87 (20): 8070–8074. Bibcode:1990PNAS ... 87.8070S. doi:10.1073 / pnas.87.20.8070. ISSN  0027-8424. PMC  54894. PMID  2236019.
  9. ^ A b Michael Yarmolinsky; Ronald Hoess (2015), „The Legacy of Nat Sternberg: The Genesis of Cre-lox Technologie", Roční přehled virologie, 2 (1): 25–40, doi:10.1146 / annurev-virology-100114-054930, PMID  26958905
  10. ^ A b Hansjörg Lehnherr (2006), „Bacteriophage P1“, Richard Calendar (ed.), BakteriofágyOxford University Press, s. 350, ISBN  0195148509

externí odkazy