Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Затененный электронный микрофотография невыровненного фага

Ff фаги (для F специфических ф ilamentous фагов) представляет собой группу нитевидного бактериофага ( inovirus ) , включая f1 , FD и M13 , которые инфицируют бактерии , несущие коэффициент рождаемости F . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Вирусная частица представляет собой гибкую нить ( червеобразную цепь) размером около 6 на 900 нм, с цилиндрической белковой трубкой, защищающей одноцепочечную молекулу ДНК в ее ядре. У фага всего 11 генов, он является одним из простейших известных организмов и широко используется для изучения фундаментальных аспектов молекулярной биологии. Джордж Смит и Грег Винтер использовали f1 и fd в своей работе над фаговым дисплеем, за что они были удостоены доли Нобелевской премии по химии 2018 года. [8]

Структура [ править ]

Вирусная частица представляет собой гибкую нить ( червеобразную цепочку ) диаметром около 6 нм и длиной 900 нм. Несколько тысяч копий небольшой (50 аминокислотных остатков) удлиненной альфа-спиральной субъединицы главного белка оболочки (p8) в перекрывающемся гальке-подобном массиве образуют полый цилиндр, охватывающий кольцевой однонитевой геном ДНК. Каждая субъединица p8 имеет набор основных остатков около С-конца удлиненного белка и кислотных остатков около N-конца; эти две области разделены примерно 20 гидрофобными (неполярными) остатками. Расположение, напоминающее черепицу, размещает основные остатки около центра цилиндра, где они взаимодействуют с отрицательно заряженными фосфатами ДНК. Дольше [9] (или короче [10]) ДНК может быть упакована, поскольку во время сборки может быть добавлено больше (или меньше) субъединиц p8, что требуется для защиты ДНК, что делает фаг пригодным для генетических исследований. Кислотные остатки p8 расположены вблизи внешней поверхности цилиндра, где они вызывают отрицательный заряд вирусной частицы; а неполярные области - это близкие к неполярным областям соседних субъединиц p8, где неполярные взаимодействия вносят вклад в заметную физическую стабильность вирусной частицы. Около 5 копий каждого из четырех второстепенных белков закрывают два конца вирусной частицы. [11]

Собранный основной белок оболочки, в разобранном виде

Генетика [ править ]

Последовательность ДНК генома fd содержит 6408 нуклеотидов, состоящих из 9 генов, но она продуцирует 11 белков, поскольку два гена, ген 2 и ген 1, имеют начало внутренней трансляции в рамке считывания, генерируя два дополнительных белка, p10 и p11. Он также содержит короткую некодирующую межгенную последовательность. [12] Последовательности M13 и f1 немного отличаются. У них обоих всего 6407 нуклеотидов; f1 отличается от fd в 180 положениях (только 10 из этих изменений отражаются в аминокислотных изменениях в продуктах генов) [13], а M13 имеет только 59 нуклеотидных отличий от f1. M13 использовался в ранних экспериментах с фагами Ff для идентификации функций генов [14] [15], а M13 также был разработан в качестве носителя для клонирования [16].поэтому название «фаг M13» часто неофициально используется как сокращение для «фага Ff». Для многих целей фаги в группе Ff можно рассматривать как взаимозаменяемые.

В состав вирусной частицы входят пять генных продуктов: основной белок оболочки (p8) и второстепенные белки, закрывающие два конца, p3 и p6 на одном конце и p7 и p9 на другом конце. Три генных продукта (p2, p5 и p10) представляют собой цитоплазматические белки, необходимые для синтеза ДНК, а остальные - мембранные белки, участвующие в сборке вирусной частицы. [17]

Ген, кодирующий p1, был использован в качестве консервативного маркерного гена, наряду с тремя другими особенностями, специфичными для геномов иновирусов, в подходе автоматического машинного обучения для идентификации более 10000 иновирусоподобных последовательностей из микробных геномов. [18]

Схематическое изображение, показывающее второстепенные белки на двух концах

Жизненный цикл [ править ]

Инфекция [ править ]

Белок p3 прикреплен к одному концу фаговой частицы с помощью C-концевого домена p3. Инфекция бактерий-хозяев включает взаимодействие двух разных N-концевых областей p3 с двумя разными участками бактерий-хозяев. Во-первых, домен N2 p3 прикрепляется к внешнему кончику F- пилуса , и он втягивается в клетку. Эта ретракция может включать деполимеризацию сборки субъединиц пилуса в клеточную мембрану у основания пилуса путем обращения вспять процесса роста и полимеризации пилуса. [1] [19] [20] Когда кончик пилуса, несущего p3, приближается к клеточной стенке, домен N1 p3 взаимодействует с бактериальным белком TolA, чтобы завершить инфекцию и высвободить геном в цитоплазму хозяина. [21] [22]

Репликация [ править ]

После того, как одноцепочечная кольцевая вирусная ДНК попадает в цитоплазму, она служит матрицей для синтеза комплементарной цепи ДНК. Этот синтез инициируется в межгенной области последовательности ДНК с помощью РНК-полимеразы хозяина, которая синтезирует короткий праймер РНК на заражающей ДНК в качестве матрицы. Затем ДНК-полимераза III хозяина использует этот праймер для синтеза полной комплементарной цепи ДНК, в результате чего получается двухцепочечный круг, который иногда называют репликативной формой (RF) ДНК. Комплементарная цепь RF представляет собой матрицу транскрипции для кодируемых фагом белков, особенно p2 и p10, которые необходимы для дальнейшей репликации ДНК.

Белок p2 расщепляет вирусную цепь RF ДНК, а ДНК-полимераза III хозяина синтезирует новую вирусную цепь. Старая вирусная цепь вытесняется по мере синтеза новой. Когда круг замыкается, ковалентно связанный p2 разрезает смещенную вирусную цепь на стыке между старой и вновь синтезированной ДНК и повторно лигирует два конца и высвобождает p2. RF воспроизводится с помощью этого механизма катящегося круга для создания десятков копий RF. Когда концентрация фаговых белков увеличивается, новые вирусные цепи покрываются белком репликации / сборки p5, а не комплементарными цепями ДНК. P5 также ингибирует трансляцию p2, так что продукция и упаковка дочерней вирусной оцДНК происходят синхронно. [6]

Сборка и экструзия [ править ]

Инфекция не убивает бактерии-хозяева, в отличие от большинства других семейств фагов. Потомки фагов собираются, когда они проталкиваются через мембрану растущих бактерий, вероятно, в местах адгезии, соединяющих внутреннюю и внешнюю мембраны. Пять фаговых белков, которые образуют оболочку завершенного фага, проникают во внутреннюю мембрану; для р8 и р3 N-концевые лидерные последовательности (позже удаленные) помогают белкам проникать через бактериальную мембрану, причем их N-концы направлены от цитоплазмы к периплазме. Три других белка фаговой мембраныкоторые не присутствуют в фаге, p1, p11 и p4 также участвуют в сборке. Репликация RF ДНК преобразуется в продукцию оцДНК фага путем покрытия ДНК p5 с образованием удлиненного комплекса p5 / ДНК, который затем взаимодействует с мембраносвязанными фаговыми белками. В процессе экструзии улавливаются белки p7 и p9, которые образуют внешний кончик фага-потомка. Когда р5 отделяется от ДНК, дочерняя ДНК экструдируется через мембрану и оборачивается спиральной оболочкой из р8, к которой р3 и р6 добавляются в конце сборки. Белок p4 может образовывать экструзионную пору во внешней мембране. [11]

Взаимодействие сигнала двухцепочечной упаковывающей ДНК с комплексом p1-тиоредоксин на внутренней мембране хозяина запускает образование поры. Белок p1, который обеспечивает энергию, необходимую для управления сборкой фага, имеет гидрофобный домен, охватывающий мембрану, с N-концевой частью в цитоплазме и C-концевой частью в периплазме (обратная ориентации p8). К цитоплазматической стороне трансмембранного домена примыкает последовательность из 13 остатков p1, имеющая набор основных остатков, близко совпадающий с образцом основных остатков около C-конца p8, но инвертированный по отношению к этой последовательности. [23]

Промежуточные сборки p8 могут быть получены обработкой фага хлороформом. [24] [25] [26] Спиральное содержание p8 в этих промежуточных формах аналогично содержанию в фаге, предполагая, что структурные изменения сборки могут включать просто скольжение субъединиц p8, покрытых черепицей, относительно их соседей в Ассамблея. [27]

Приложения [ править ]

Эти фаги были разработаны для множества различных применений в биологических и медицинских науках, а также в нанотехнологиях. [6] [28] [29] [30]

Иновирус
Классификация вирусов
(без рейтинга):Вирус
Царство :Моноднавирия
Королевство:Loebvirae
Тип:Hofneiviricota
Учебный класс:Faserviricetes
Заказ:Tubulavirales
Семья:Inoviridae
Род:Иновирус

См. Также [ править ]

Нитчатый бактериофаг

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Рашед I, Оберер Э (декабрь 1986 г.). «Колифаги Ff: структурные и функциональные взаимосвязи» . Микробиологические обзоры . 50 (4): 401–27. DOI : 10.1128 / MR.50.4.401-427.1986 . PMC  373080 . PMID  3540571 .
  2. ^ Май-Prochnow А, Хи Ю.Г., Kjelleberg S, Rakonjac J, D McDougald, Райс С.А. (июль 2015). « « Большие вещи в маленьких упаковках: генетика нитчатых фагов и влияние на приспособленность их хозяина » » . FEMS Microbiology Reviews . 39 (4): 465–87. DOI : 10.1093 / femsre / fuu007 . PMID 25670735 . 
  3. ^ Rakonjac J, Bas B, Derda R, ред. (2017). Нитчатый бактериофаг в био / нано / технологии, бактериальном патогенезе и экологии . Темы исследований Frontiers. Frontiers Media SA. DOI : 10.3389 / 978-2-88945-095-4 . ISBN 978-2-88945-095-4.
  4. ^ Мораг O, G Абрамов, Goldbourt A (декабрь 2011). «Сходства и различия внутри членов семейства Ff вирусов нитчатых бактериофагов». Журнал физической химии B . 115 (51): 15370–9. DOI : 10.1021 / jp2079742 . PMID 22085310 . 
  5. ^ Hay ID, Литгоу Т. (июнь 2019). «Нитчатые фаги: мастера экономики совместного использования микробов» . EMBO Reports . 20 (6). DOI : 10.15252 / embr.201847427 . PMC 6549030 . PMID 30952693 .  
  6. ^ a b c Раконжак Дж., Беннетт Нью-Джерси, Спаньоло Дж., Гагич Д., Рассел М. (2011). «Нитчатый бактериофаг: биология, фаговый дисплей и нанотехнологии». Актуальные проблемы молекулярной биологии . 13 (2): 51–76. PMID 21502666 . 
  7. ^ Раконжак, Ясна; Рассел, Марджори; Ханум, София; Брук, Сэм Дж .; Райич, Марина (2017), Лим, Теам Сун (редактор), « Нитчатые фаги : структура и биология» , Рекомбинантные антитела для инфекционных заболеваний , Cham: Springer International Publishing, 1053 , стр. 1–20, doi : 10.1007 / 978 -3-319-72077-7_1 , ISBN 978-3-319-72076-0, PMID  29549632 , получено 2021-02-11
  8. ^ Бардерас, Родриго; Бенито-Пенья, Елена (2019). «Нобелевская премия по химии 2018 г .: фаговый дисплей пептидов и антител» . Аналитическая и биоаналитическая химия . 411 (12): 2475–2479. DOI : 10.1007 / s00216-019-01714-4 . ISSN 1618-2642 . 
  9. ^ Herrmann R, Нойгебауер K, Zentgraf H, Schaller H (февраль 1978). «Транспозиция последовательности ДНК, определяющей устойчивость к канамицину, в одноцепочечный геном бактериофага fd» . Молекулярная и общая генетика . 159 (2): 171–8. DOI : 10.1007 / BF00270890 . PMID 345091 . S2CID 22923713 .  
  10. ^ Саттар S, Беннетт Нью-Джерси, Вен WX, Гатри Дж. М., Блэквелл Л. Ф., Конвей Дж. Ф., Раконжак Дж. (2015). «Ff-nano, короткие функционализированные наностержни, полученные из нитчатого бактериофага Ff (f1, fd или M13)» . Границы микробиологии . 6 : 316. DOI : 10,3389 / fmicb.2015.00316 . PMC 4403547 . PMID 25941520 .  
  11. ^ а б Straus SK, Bo HE (2018). "Белки и сборка нитчатых бактериофагов". Субклеточная биохимия . 88 : 261–279. DOI : 10.1007 / 978-981-10-8456-0_12 . ISBN 978-981-10-8455-3. PMID  29900501 .
  12. ^ Beck E, Sommer R, Auerswald EA, Kurz C, Zink B, Osterburg G и др. (Декабрь 1978 г.). «Нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага fd» . Исследования нуклеиновых кислот . 5 (12): 4495–503. DOI : 10.1093 / NAR / 5.12.4495 . PMC 342768 . PMID 745987 .  
  13. Перейти ↑ Beck E, Zink B (декабрь 1981). «Нуклеотидная последовательность и организация генома нитчатых бактериофагов fl и fd». Джин . 16 (1–3): 35–58. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (81) 90059-7 . PMID 6282703 . 
  14. ^ Пратт Д, Tzagoloff Н, Эрдал WS (ноябрь 1966). «Условные летальные мутанты малого нитчатого колифага M13. I. Изоляция, комплементация, уничтожение клеток, время действия цистрона». Вирусология . 30 (3): 397–410. DOI : 10.1016 / 0042-6822 (66) 90118-8 . PMID 5921643 . 
  15. ^ Пратт Д, Tzagoloff Н, Бодойн J (сентябрь 1969). «Условно летальные мутанты небольшого нитчатого колифага M13. II. Два гена белков оболочки». Вирусология . 39 (1): 42–53. DOI : 10.1016 / 0042-6822 (69) 90346-8 . PMID 5807970 . 
  16. ^ Мессинг J (апрель 1991). «Клонирование в фаге M13 или как использовать биологию в лучшем виде». Джин . 100 : 3–12. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (91) 90344-b . PMID 2055478 . 
  17. ↑ Рассел М., Линдерот Н.А., Сали А. (июнь 1997 г.). «Сборка нитчатого фага: вариация на тему экспорта белка». Джин . 192 (1): 23–32. DOI : 10.1016 / s0378-1119 (96) 00801-3 . PMID 9224870 . 
  18. ^ Roux S, Krupovic M, Daly RA, Borges AL, Nayfach S, Schulz F, et al. (Ноябрь 2019 г.). «Выявлено, что скрытые иновирусы распространены среди бактерий и архей в биомах Земли» . Природная микробиология . 4 (11): 1895–1906. DOI : 10.1038 / s41564-019-0510-х . PMC 6813254 . PMID 31332386 .  
  19. ^ Лоли TD, Klimke WA, Gubbins MJ, Frost LS (июль 2003). «Конъюгация фактора F - истинная система секреции типа IV» . Письма о микробиологии FEMS . 224 (1): 1–15. DOI : 10.1016 / S0378-1097 (03) 00430-0 . PMID 12855161 . 
  20. ↑ Craig L, Forest KT, Maier B (июль 2019 г.). «Пили IV типа: динамика, биофизика и функциональные последствия» . Обзоры природы. Микробиология . 17 (7): 429–440. DOI : 10.1038 / s41579-019-0195-4 . PMID 30988511 . S2CID 115153017 .  
  21. ^ Bennett NJ, Rakonjac J (февраль 2006). «Разблокирование вириона нитчатого бактериофага во время инфекции опосредуется доменом C pIII». Журнал молекулярной биологии . 356 (2): 266–73. DOI : 10.1016 / j.jmb.2005.11.069 . PMID 16373072 . 
  22. ^ Hoffmann-Томс S, Jakob RP, Schmid FX (апрель 2014). «Энергетическая связь между функциональными сайтами гена-3-белка во время заражения фагом fd». Журнал молекулярной биологии . 426 (8): 1711–22. DOI : 10.1016 / j.jmb.2014.01.002 . PMID 24440124 . 
  23. ^ Рапоза, Мария П .; Вебстер, Роберт Э. (1995). «Продукты гена I и перекрывающегося в рамке гена XI необходимы для сборки нитчатого фага» . Журнал молекулярной биологии . 248 (3): 627–638. DOI : 10.1006 / jmbi.1995.0247 . ISSN 0022-2836 . PMID 7752229 .  
  24. ^ Griffith, J .; Manning, M .; Данн, К. (1981). «Нитчатые бактериофаги сжимаются в полые сферические частицы при воздействии на поверхность раздела хлороформ-вода» . Cell . 23 (3): 747–753. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (81) 90438-4 . ISSN 0092-8674 . PMID 7226228 .  
  25. ^ Мэннинг, Марсия; Гриффит, Джек (1985). «Ассоциация I-форм и сфероидов M13 с липидными пузырьками» . Архивы биохимии и биофизики . 236 (1): 297–303. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (85) 90629-0 . ISSN 0003-9861 . PMID 3966795 .  
  26. ^ Стопар, Дэвид; Spruijt, Ruud B .; Wolfs, Cor JAM; Хемминга, Маркус А. (1998). «Имитация начальных взаимодействий бактериофага M13 при разборке белка оболочки в модельных мембранных системах» . Биохимия . 37 (28): 10181–10187. DOI : 10.1021 / bi9718144 . ISSN 0006-2960 . PMID 9665724 .  
  27. ^ Робертс, Линда М .; Дункер, А. Кейт (1993). «Структурные изменения, сопровождающие сокращение нитчатого фага fd, вызванное хлороформом» . Биохимия . 32 (39): 10479–10488. DOI : 10.1021 / bi00090a026 . ISSN 0006-2960 . PMID 8399194 .  
  28. Перейти ↑ Prisco A, De Berardinis P (2012). «Нитчатый бактериофаг fd как система доставки антигена в вакцинации» . Международный журнал молекулярных наук . 13 (4): 5179–94. DOI : 10.3390 / ijms13045179 . PMC 3344273 . PMID 22606037 .  
  29. ^ Генри, Кевин А.; Арбаби-Гахруди, Мехди; Скотт, Джейми К. (2015). «Помимо фагового дисплея: нетрадиционные применения нитчатого бактериофага в качестве носителя вакцины, терапевтического биологического средства и основы для биоконъюгации» . Границы микробиологии . 6 : 755. DOI : 10,3389 / fmicb.2015.00755 . ISSN 1664-302X . PMC 4523942 . PMID 26300850 .   
  30. ^ Догич, Звонимир (2016). "Нитевидные фаги как модельная система в физике мягкого вещества" . Границы микробиологии . 7 : 1013. DOI : 10,3389 / fmicb.2016.01013 . ISSN 1664-302X . PMC 4927585 . PMID 27446051 .