Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с фага Enterobacteria P2 )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вирус эшерихии P2
PhageP2.jpg
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Царство :Дуплоднавирия
Королевство:Heunggongvirae
Тип:Уровирикота
Класс:Caudoviricetes
Заказ:Caudovirales
Семья:Myoviridae
Род:Педуовирус
Разновидность:
Вирус эшерихии P2

Бактериофаг P2 , научное название Escherichia вирус P2 , [1] является умеренным фагом , который заражает кишечную палочку . Это хвостатый вирус с сократительной оболочкой, поэтому он классифицируется в роду Peduovirus (ранее P2likevirus ), подсемействе Peduovirinae , семействе Myoviridae в пределах отряда Caudovirales . Этот род вирусов включает множество P2-подобных фагов, а также фаг-сателлит P4 . [2]

Открытие [ править ]

Бактериофаг P2 был впервые выделен Г. Бертани из штамма E. coli Лиссабон и Каррер в 1951 г. [3] С того времени было обнаружено большое количество P2-подобных профагов (например, 186, HP1, HK239 и WΦ). изолированы, что общие признаки, такие как диапазон хозяев, серологическое родство и неспособность рекомбинировать с фагом λ , и они, по-видимому, довольно часто встречаются в популяциях E. coli, поскольку около 30% штаммов в эталонной коллекции E. coli (SABC) содержат P2 -подобные профаги. [4] Из этих P2-подобных профагов P2 лучше всего охарактеризован. Было обнаружено, что фаг P2 способен размножаться во многих штаммах E. coli , а также в штаммах многих других видов, включаяSerratia , Klebsiella pneumoniae и Yersinia sp, [5], которые предположили, что они играют важную роль в горизонтальном переносе генов в бактериальной эволюции.

Геном и морфология [ править ]

Фаг P2 имеет геном двухцепочечной ДНК, заключенный в икосаэдрический капсид диаметром 60 нанометров, соединенный с хвостом длиной 135 нанометров. Присутствие фага P4 может заставить P2 образовывать более мелкие капсиды. [6] Хвост заканчивается базовой пластиной, которая является центром контроля инфекционности фага. Базовая пластина включает 6 хвостовых волокон, которые первоначально связываются с рецепторами на стенке бактериальной клетки, и белок шипа хвоста, который впоследствии необратимо связывается с другими рецепторами на клеточной стенке.

Геном бактериофага P2 состоит из 33 592 п.н. двухцепочечной линейной ДНК с когезионными концами (номер доступа AF063097). 42 гена в геноме можно разделить на три основные категории: (i) гены, необходимые для литического роста, (ii) гены, участвующие в установлении и поддержании лизогении (например, int и C ), и (iii) несущественные гены (включая старый, жесть и Z / весело ). Кроме того, в геноме P2 обнаружен ряд открытых рамок считывания (ORF), которые могут кодировать функциональные белки. [5]

Жизненный цикл [ править ]

Бактериофаг P2 является умеренным фагом, что означает, что он может размножаться литически (т. Е. Направлять клетку-хозяин для производства потомства фага и, наконец, лизировать хозяина, когда потомство фага выходит), а также устанавливать лизогению (т.е. вводить и слить свой генетический материал в геном хозяина без лизирования клетки) и поддерживать в качестве профага в геноме хозяина.

Инфекция [ править ]

Адсорбция вириона на клетке-хозяине является ключевым этапом фаговой инфекции, которая необходима для последующего связывания фага и инъекции фаговой ДНК. Во время процесса адсорбции хвостовое волокно фага P2 распознает и связывается с центральной областью липополисахарида E. coli , а затем фаг вводит свою ДНК в цитоплазму. [5] [7]

Литический цикл [ править ]

Ранняя транскрипция [ править ]

Экспрессия гена P2 регулируется с течением времени в течение литического цикла. Ранняя транскрипция, которая отвечает за экспрессию генов, необходимых для последующей репликации ДНК, начинается сразу после заражения. Ранний оперон содержит 9 генов и транскрибируется с литического промотора Pe. Первый ген в опероне, обозначенный cox , кодирует репрессор лизогенного промотора Pc и предотвращает экспрессию генов, необходимых для установления лизогении. [8] [9] Затем фаг входит в литический жизненный цикл и начинается ранняя транскрипция. Только хозяина сг 70 РНК - полимеразы требуется в начале процесса транскрипции. [9]

Репликация ДНК [ править ]

Кроме сох , ранняя оперон содержит два других генов , которые необходимы для репликации ДНК Р2, гены А и В . [10] [11] Репликация генома P2 инициируется белком A и происходит из фиксированного источника ( ori ) посредством модифицированного механизма катящегося круга, который генерирует двухцепочечные мономерные круги. [12] [13] Белок B может потребоваться для синтеза отстающей цепи, поскольку он может взаимодействовать с DnaB E. coli и действовать как загрузчик геликазы . [14]

Активация поздней транскрипции [ править ]

Поздняя транскрипция гена инициируется с четырех поздних промоторов после начала репликации ДНК и экспрессии активатора транскрипции Ogr. [15] [16] Поздние промоторы, P P , P O , P V и P F, активируются Ogr и направляют транскрипцию генов, ответственных за литические функции, а также кодирующие строительные блоки для фаговых потомков. [5] [17] [18] Все четыре промотора имеют область с частичной диадной симметрией, сосредоточенную примерно на 55 п.н. ниже сайта инициации транскрипции. Выявленная с помощью делеционного анализа и замен оснований эта диадная симметрия, как было показано, важна для активности промотора. [9][19] [20] Более того, поздние гены P2 также могут быть активированы δ-белками сателлитных фагов P4 и ΦR73 напрямую. [9] [21]

Лисис [ править ]

Во время литического цикла, как и другие двухцепочечные фаги, бактериофаг P2 применяет систему холин-эндолизин для лизиса клетки-хозяина. P2 имеет два основных гена лизиса (ген K и ген Y) и два дополнительных гена лизиса ( lysA и lysB ). [9] [22] Продукт гена К имеет большое сходство аминокислотной последовательности с аминокислотной последовательностью гена R в фаге λ, который проявляет функцию эндолизина и атакует гликозидную связь. Ген Y кодирует полипептид, имеющий большое сходство с семейством белков холина, который образует «дыры» в клеточной мембране и обеспечивает путь выхода эндолизина к клеточной стенке. Несущественные гены, lysA и lysB , по-видимому, играют роль в контроле правильного времени лизиса.[23]

Лизогенный цикл [ править ]

Интеграция профага [ править ]

Во время лизогенного цикла геном P2 встраивается в хромосому хозяина и сохраняется как профаг. Интеграция включает сайт-специфическую рекомбинацию между сайтом прикрепления бактерий ( attB ) и сайтом прикрепления фага ( attP ), которая генерирует соединения фага-хозяина, attL и attR . Эта реакция контролируется интегразой, кодируемой фагом, и не приводит ни к увеличению, ни к потере нуклеотидов. [9] Другой фактор интеграции, IHF, также важен в процессе интеграции и служит архитектурным белком, который связывает и изгибает ДНК. [16] [24]Таким образом, механизм интеграции фага P2 аналогичен хорошо изученной системе сайт-специфической рекомбинации λ, но фаговые белки и их сайты связывания ДНК различаются. [9] [25]

Поддержание лизогении [ править ]

Лизогенное состояние P2 поддерживается и поддерживается репрессором C. Это 99-аминокислот полипептида и связывается только с одним оператором области , которая регулирует экспрессию ранних генов: сох, B и , возможно , A . Исследования показали, что репрессор C может как положительно, так и отрицательно регулировать свой собственный промотор Pc, поскольку Pc активируется при низком уровне C и снижается на высоких уровнях. [16] [26] Поскольку репрессор C не инактивируется системой SOS / RecA E. coli , профаг P2 не индуцируется ультрафиолетовым излучением. Более того, даже если C-репрессор инактивирован, профаг P2 не может вырезать из-за отсутствия экспрессии int . [5] [27]Следовательно, P2 рассматривается как прототип класса невосприимчивых фагов умеренного климата. [9] Механизм того, как P2 разрешает парадокс индукции-вырезания, все еще остается неизвестным.

Контроль литического роста по сравнению с лизогенным [ править ]

Как указывалось ранее, при инфицировании фаг P2 может вступать в литический или лизогенный цикл. Решение о литическом / лизогенном воздействии на инфекцию зависит от того, какой промотор принимает на себя управление, лизогенный промотор Pc или промотор Pe, который контролирует гены, ответственные за литический цикл. [16] Pc и Pe расположены лицом к лицу и являются взаимоисключающими. Промотор Pe управляет транскрипцией белка Cox, который репрессирует промотор Pc и тем самым предотвращает лизогенизацию, а промотор Pc управляет транскрипцией репрессора C, который подавляет регуляцию Pe. [5] [26] [28]Таким образом, предполагается, что какой промотор принимает управление, является следствием относительных концентраций белка Цокс и репрессора С. Если баланс между C-репрессором и белками Cox смещается в сторону C-репрессора после заражения, то фаг войдет в лизогенный жизненный цикл, поскольку промотор Pe будет отключен, и наоборот. [16]

Эволюция бактериофага P2 и других P2-подобных фагов [ править ]

Множество исследований показали, что геномы фагов состоят как из генов, похожих на гены хозяина или других фаговых генов, так и из новых генов, мало похожих на какие-либо известные гены. [9] [29] [30] Семейство P2-подобных фагов не является исключением. Их геномы во многом схожи, но каждый из них содержит уникальные гены, в том числе некоторые из них, функции которых остаются неизвестными. Основываясь на критерии, предложенном Аккерманом, многие фаги можно таксономически классифицировать как P2-подобные, поскольку они имеют общие черты с фагом P2 [31], но до сих пор доступны только 6 полных геномов (P2, 186, ΦCTX, HP1, HP2 и K139). [9]

Филогенетическое родство 6 секвенированных P2-подобных фагов [ править ]

При сравнении всего генома было обнаружено, что только девять поздних генов (соответствующих генам H, L, M, N, O, P, Q, S, T в фаге P2) и ген интегразы генетически сходны и присутствуют во всех 6 полных секвенированных геномов. Филогенетические деревья, основанные на аминокислотных последовательностях продуктов 9 поздних генов, строятся отдельно, и все они демонстрируют идентичную топологию, что предполагает, что они могут иметь одинаковую эволюционную историю. Более того, эти 9 поздних генов, вероятно, будут унаследованы клонально, поскольку нет никаких указаний на основные события рекомбинации между ними для какой-либо пары фагов. Однако для остальных генов, помимо этих девяти, их филогенетические отношения часто неоднозначны, и их эволюционная история трудно разрешить. [9]

Гомологичная и негомологичная рекомбинация [ править ]

Гомологичная рекомбинация играет более важную роль в нуклеотидных изменениях фага P2, чем мутации , что неудивительно, поскольку P2-подобные профаги преобладают в популяции E. coli и обнаружен генетический обмен между геномами хозяина. [9] [32] Секвенирование пяти поздних генов из 18 изолятов P2-подобных фагов продемонстрировало, что гомологичная рекомбинация является обширной и происходит случайным образом в нескольких точках разрыва. Генетические вариации поздних генов 18 близких родственников невелики, так как наибольшая разница в любом гене составляла всего 3,7%. Поскольку было гораздо больше вариаций в положениях синонимичных, а не несинонимичных третьих кодонов, эти поздние гены, вероятно, будут подвергаться довольно сильной стабилизирующей селекции. [9][33]

Помимо гомологичной рекомбинации между родственными фагами, негомологичная рекомбинация также является ключевым механизмом эволюции фагов. Высокий уровень сходства генов хвостовых волокон фагов P2, P1 , Mu , λ, K3 и T2 , принадлежащих к разным семействам, указывает на ранее недооцененный уровень негомологичной рекомбинации между неродственными фагами. Поскольку круг хозяев фага в значительной степени определяется хвостовым волокном, это открытие предполагает, что при селективном давлении фаги, вероятно, изменят круг своих хозяев, используя доступный им генофонд. [7] [9]

Вклад в развитие своего хозяина [ править ]

Возможность переключения между литическим и лизогенным жизненным циклом очень полезна для выживания фага. В большой плотной популяции изогенных хозяев предпочтительна литическая стратегия, и вирулентность фага, а также механизмы защиты хозяина будут развиваться в виде гонки вооружений. Напротив, лизогения является предпочтительной, когда плотность клеток-хозяев недостаточно высока для поддержания плотности фагов посредством повторяющихся циклов литических инфекций. [34]

Хорошо известно, что фаг P2 может опосредовать горизонтальный перенос генов при инфицировании различных бактерий. Во время этого процесса фаг P2 может служить источником новых генов для хозяев, что обеспечивает материал для эволюции и отбора. По сравнению с эволюцией через мутации и отбор, генетические изменения, опосредованные фагами, могут повлиять на радикальные изменения метаболизма и физиологии бактерий в течение короткого времени, и они могут придать приспособленность своим хозяевам. Например, Эдлин и др. обнаружили, что лизогенная E. coli, имеющая профаг λ, P1, P2 или Mu, может расти быстрее, чем не лизогенный аналог в условиях ограниченного количества питательных веществ. [35] [36]Кроме того, было показано, что профаг P2 может способствовать распространению токсинов, расширяющих цито летальные клетки, среди штаммов E. coli O157 и способствовать расширению их ниш среди различных животных-хозяев, что позволяет по-новому взглянуть на патогенез E. coli O157. [37]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "История таксономии ICTV: вирус эшерихии P2 " . Международный комитет по таксономии вирусов . Проверено 14 января 2019 .
  2. ^ Bowden, DW; Модрич, П. (10 июня 1985 г.). «Созревание in vitro кольцевой ДНК бактериофага P2. Очистка компонентов ter и характеристика реакции» . Журнал биологической химии . 260 (11): 6999–7007. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 88879-2 . PMID 2987239 . 
  3. ^ Бертани, Г., ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИЗОГЕНЕЗА I. Способ высвобождения фагов лизогенными Escherichia coli1. Journal of Bacteriology, 1951. 62 (3): p. 293.
  4. ^ Nilsson, AS, JL Karlsson, и E. Haggård-Ljungquist, Сайт-специфическая рекомбинация связывает эволюцию P2-подобных колифагов и патогенных энтеробактерий. Молекулярная биология и эволюция, 2004. 21 (1): с. 1-13.
  5. ^ a b c d e f Haggård-Ljungquist, E., C. Halling, and R. Calendar, ДНК-последовательности генов хвостовых волокон бактериофага P2: доказательства горизонтального переноса генов хвостовых волокон между неродственными бактериофагами. Journal of Bacteriology, 1992. 174 (5): p. 1462-1477.
  6. ^ Дирборн, AD; Laurinmaki, P; Chandramouli, P; Роденбург, CM; Ван, S; Мясник, SJ; Докланд, Т (9 апреля 2012 г.). «Определение структуры и размера прокапсидов бактериофагов P2 и P4: функция мутаций размерной чувствительности» . Журнал структурной биологии . 178 (3): 215–24. DOI : 10.1016 / j.jsb.2012.04.002 . PMC 3361666 . PMID 22508104 .  
  7. ^ a b Haggård-Ljungquist, E., C. Halling, and R. Calendar, ДНК-последовательности генов хвостовых волокон бактериофага P2: доказательства горизонтального переноса генов хвостовых волокон между неродственными бактериофагами. Journal of Bacteriology, 1992. 174 (5): p. 1462-1477.
  8. ^ Saha, S., E. Haggård-Ljungquist и K. Nordström, Cox-белок бактериофага P2 ингибирует образование репрессорного белка и саморегулирует ранний оперон. Журнал EMBO, 1987. 6 (10): p. 3191.
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n Нильссон, А. и Э. Хаггард-Юнгквист. Р2-подобные бактериофаги. В календаре Р. (ред.), Бактериофаги. Oxford Press, Oxford, 2005: с. 365–390
  10. ^ Линдаль, Г., Генетическая карта бактериофага P2. Вирусология, 1969. 39 (4): с. 839-860
  11. ^ Lindqvist, BH, Вегетативная ДНК умеренного колифага P2. Molecular and General Genetics, 1971. 110 (2): p. 178–196.
  12. ^ Лю, Й. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Исследования репликации ДНК бактериофага P2: локализация сайта расщепления белка A. Nucleic Acids Research, 1994. 22 (24): p. 5204-5210.
  13. ^ Odegrip, R. и E. Haggård-Ljungquist, Два тирозиновых остатка активного сайта белка A играют неэквивалентные роли во время инициации репликации по методу катящегося кольца бактериофага P2. Журнал молекулярной биологии, 2001. 308 (2): с. 147-163.
  14. ^ Odegrip, R., et al., Взаимодействие белка P2 B бактериофага с геликазой DnaB Escherichia coli . Journal of Virology, 2000. 74 (9): p. 4057-4063.
  15. ^ Вуд, LF, NY Tszine и GE Christie, Активация поздней транскрипции P2 белком P2 ogr требует дискретного сайта контакта на С-конце субъединицы α РНК-полимеразы Escherichia coli. Журнал молекулярной биологии, 1997. 274 (1): с. 1-7.
  16. ^ a b c d e Мандали, С., Сайт-специфическая рекомбинация P2-подобных фагов; возможные инструменты для безопасной генной терапии: акцент на фаге ΦD145. 2010 г.
  17. ^ Birkeland, NK и BH Lindqvist, Coliphage P2, поздний контрольный ген ogr: последовательность ДНК и идентификация продукта. Журнал молекулярной биологии, 1986. 188 (3): p. 487-490.
  18. ^ Christie, GE, et al., Регулирование экспрессии позднего гена бактериофага P2: ген ogr. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1986. 83 (10): p. 3238-3242.
  19. ^ Grambow, NJ, et al., Делеционный анализ позднего промотора бактериофага P2. Gene, 1990. 95 (1): p. 9-15.
  20. ^ Ван Боккелен, Г. и др., Мутационный анализ позднего промотора бактериофага P4. Журнал бактериологии, 1991. 173 (1): с. 37-45.
  21. ^ Клерч, Б., Э. Ривера и М. Llagostera, Бактериофаг PSP3 и белки-активаторы phi R73: анализ специфичности промоторов. Журнал бактериологии, 1996. 178 (19): с. 5568-5572.
  22. ^ Ziermann, R., et al., Функции, вовлеченные в индуцированный бактериофагом P2 лизис клетки-хозяина и идентификацию нового хвостового гена. Журнал бактериологии, 1994. 176 (16): с. 4974-4984.
  23. ^ Zimecki, M., et al., Бактериофаги обеспечивают регуляторные сигналы в индуцированной митогеном пролиферации спленоцитов мышей. Cell Mol Biol Lett, 2003. 8 (3): p. 699-711.
  24. ^ Yu, A. и E. Haggård-Ljungquist, Характеристика сайтов связывания двух белков, участвующих в системе сайт-специфической рекомбинации бактериофага P2. Journal of Bacteriology, 1993. 175 (5): p. 1239-1249.
  25. ^ Лэнди, А., Динамические, структурные и регуляторные аспекты лямбда-сайт-специфической рекомбинации. Annual Review of Biochemistry, 1989. 58 (1): p. 913-941.
  26. ^ а б Саха, С., Б. Лундквист и Э. Хаггард-Юнгквист, Ауторегуляция репрессора бактериофага P2 . Журнал EMBO, 1987. 6 (3): p. 809.
  27. ^ Бертани, Л. Е., Абортивная индукция бактериофага P2. Virology, 1968. 36 (1): p. 87-103.
  28. ^ Yu, A. и E. Haggård-Ljungquist, Белок Cox является модулятором направленности сайт-специфической рекомбинации бактериофага P2 . Журнал бактериологии, 1993. 175 (24): с. 7848-7855.
  29. ^ Ботштейн, Д., ТЕОРИЯ МОДУЛЬНОЙ ЭВОЛЮЦИИ БАКТЕРИОФАГОВ *. Annals of the New York Academy of Sciences, 1980. 354 (1): p. 484-491.
  30. ^ Хендрикс, RW, и др., Эволюционные отношения между различными бактериофагами и профагами: фаги всего мира. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1999. 96 (5): p. 2192-2197.
  31. ^ Ackermann, H.-W., Хвостатые бактериофаги: отряд Caudovirales. Достижения в вирусных исследованиях, 1999. 51 : с. P135-P202.
  32. ^ Feil, EJ, et al., Рекомбинация в естественных популяциях патогенных бактерий: краткосрочные эмпирические оценки и долгосрочные филогенетические последствия. Труды Национальной академии наук, 2001. 98 (1): с. 182-187.
  33. ^ Nilsson, AS и E. Haggård-Ljungquist, Обнаружение гомологичной рекомбинации среди родственников бактериофага P2. Молекулярная филогенетика и эволюция, 2001. 21 (2): с. 259-269.
  34. ^ Nilsson, AS и E. Haggård-Ljungquist, Эволюция P2-подобных фагов и их влияние на бактериальную эволюцию. Исследования в области микробиологии, 2007. 158 (4): с. 311-317.
  35. ^ Эдлин, Г., Л. Лин и Р. Кудрна, λ лизогены E. coli воспроизводятся быстрее, чем нелизогены. 1975 г.
  36. ^ Эдлин, Г., Л. Лин и Р. Битнер, Репродуктивная пригодность лизогенов P1, P2 и Mu из Escherichia coli. J. Virol, 1977. 21 (2): p. 560-564.
  37. ^ Сваб Д. и др., Вариабельность последовательности геномов P2-подобных профагов, несущих оперон V цитолетального токсина в Escherichia coli O157. Appl Environ Microbiol, 2013. 79 (16): стр. 4958-64.

2. Бертани, Г., ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИЗОГЕНЕЗА I. Способ высвобождения фагов лизогенными Escherichia coli1. Journal of Bacteriology, 1951. 62 (3): p. 293.