M13 - один из фагов Ff (fd и f1 - другие), член семейства нитчатых бактериофагов ( иновирус ). Фаги Ff состоят из кольцевой одноцепочечной ДНК ( оцДНК ) длиной 6407 нуклеотидов, инкапсидированных примерно в 2700 копий основного белка оболочки p8 и закрытых примерно 5 копиями каждого из четырех различных второстепенных белков оболочки (p3 и p6 на одном конце). и p7 и p9 на другом конце). [1] [2] [3] Минорный белок оболочки p3 прикрепляется к рецептору на кончике пилуса F хозяина Escherichia coli.. Жизненный цикл относительно короткий, раннее потомство фага покидает клетку через десять минут после заражения. Фаги Ff являются хроническими фагами, высвобождая свое потомство, не убивая клетки-хозяева. Инфекция вызывает появление мутных бляшек на лужайках с E. coli промежуточной непрозрачности по сравнению с обычными бляшками лизиса. Однако в инфицированных клетках наблюдается снижение скорости роста клеток. Плазмиды M13 используются для многих процессов рекомбинантной ДНК , и вирус также использовался для фагового дисплея , направленной эволюции , наноструктур и нанотехнологий . [4] [5] [6]
Вирус эшерихии M13 | |
---|---|
Синий: Пальцевый белок pIII; Коричневый: белок пальто pVI; Красный: Покровный белок pVII; Limegreen: белок оболочки pVIII; Фуксия: Coat Protein pIX; Фиолетовый: одноцепочечная ДНК | |
Классификация вирусов | |
(без рейтинга): | Вирус |
Царство : | Моноднавирия |
Королевство: | Loebvirae |
Тип: | Hofneiviricota |
Класс: | Faserviricetes |
Заказ: | Tubulavirales |
Семья: | Inoviridae |
Род: | Иновирус |
Разновидность: | Вирус эшерихии M13 |
Фаговые частицы
Оболочка фага в основном собирается из 50 аминокислотного белка, называемого p8, который кодируется геном 8 в геноме фага . Для частицы M13 дикого типа требуется приблизительно 2700 копий p8, чтобы сделать покрытие длиной около 900 нм. Однако размеры оболочки являются гибкими, а количество копий p8 регулируется в соответствии с размером одноцепочечного генома, который он упаковывает. [7] Содержание ДНК в фаге, по-видимому, ограничено примерно вдвое большим количеством естественной ДНК. Однако делеция фагового белка (p3) предотвращает полное ускользание от хозяина E. coli , и можно увидеть, что фаг, длина которого в 10-20 раз больше нормальной, с несколькими копиями фагового генома, отделяется от хозяина E. coli .
На одном конце филамента находятся пять копий открытого на поверхности белка (p9) и более скрытого белка-компаньона (p7). Если p8 образует стержень фага, то p9 и p7 образуют «тупой» конец, что видно на микрофотографиях. Эти белки очень маленькие, содержат только 33 и 32 аминокислоты соответственно, хотя некоторые дополнительные остатки могут быть добавлены к N-концевой части каждого, которые затем будут представлены на внешней стороне шерсти. На другом конце фаговой частицы находятся пять копий обнаженной поверхности (p3) и ее менее экспонированный вспомогательный белок (p6). Они образуют закругленный кончик фага и являются первыми белками, которые взаимодействуют с хозяином E. coli во время инфекции. Белок p3 также является последней точкой контакта с хозяином в виде нового зачатка фага с бактериальной поверхности.
Репликация в кишечной палочке
Ниже приведены этапы репликации M13 в E. coli .
- Вирусная (+) цепь ДНК попадает в цитоплазму
- Комплементарная (-) цепь синтезируется бактериальными ферментами.
- ДНК-гираза , топоизомераза типа II , действует на двухцепочечную ДНК и катализирует образование отрицательных суперспиралей в двухцепочечной ДНК.
- Конечный продукт - ДНК родительской репликативной формы (РФ).
- Транскрипция и трансляция вирусного генома начинается с ресурсов хозяина, включая p2.
- Белок фага p2 разрывает (+) цепь в РФ.
- 3'-гидроксил действует как праймер при создании новой вирусной цепи.
- p2 делает циркуляризацию вытесненной вирусной (+) цепи ДНК
- Полученный пул дочерних двухцепочечных молекул RF
- Отрицательная цепь RF является шаблоном транскрипции.
- мРНК транслируются в фаговые белки
Фаговые белки в цитоплазме - это p2, p10 и p5, и они являются частью процесса репликации ДНК. Остальные фаговые белки синтезируются и вставляются в цитоплазматическую или внешнюю мембрану.
- Димеры p5 связывают вновь синтезированную одноцепочечную ДНК и предотвращают преобразование в RF ДНК. Время и затухание трансляции p5 имеют важное значение.
- Синтез RF ДНК продолжается, и количество p5 достигает критической концентрации
- Репликация ДНК переключается на синтез одноцепочечной (+) вирусной ДНК
- структуры p5-ДНК длиной около 800 нм и диаметром 8 нм
- Комплекс p5-ДНК является субстратом в реакции сборки фага
Исследовать
Джордж Смит, среди других, показал, что фрагменты эндонуклеазы EcoRI могут быть слиты в уникальном Bam-сайте нитчатого фага f1 и, таким образом, экспрессироваться в гене 3, белок p3 которого доступен извне. M13 не имеет этого уникального сайта Bam в гене 3. M13 должен был быть сконструирован так, чтобы иметь доступные сайты вставки, что ограничивало его гибкость при работе со вставками различного размера. Поскольку система фагового дисплея M13 обеспечивает большую гибкость в расположении и количестве рекомбинантных белков на фаге, это популярный инструмент для конструирования или использования в качестве каркаса для наноструктур. [8] Например, фаг может быть сконструирован так, чтобы на каждом конце и по длине был разный белок. Это может быть использовано для сборки таких структур, как нанопроволоки из золота или оксида кобальта для батарей [9], или для упаковки углеродных нанотрубок в прямые пучки для использования в фотоэлектрической энергии. [10]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Смил SW, Schmitt MA, Pereira RR, Прасад A, Фиск JD (январь 2017). "Моделирование жизненного цикла M13 I: Сборка генетически структурированного детерминированного химического кинетического моделирования" . Вирусология . 500 : 259–274. DOI : 10.1016 / j.virol.2016.08.017 . PMID 27644585 .
- ^ Раконжак Дж, Дас Б., Дерда Р. (2016). "От редакции: нитчатый бактериофаг в био / нано / технологии, бактериальном патогенезе и экологии" . Границы микробиологии . 7 : 2109. DOI : 10,3389 / fmicb.2016.02109 . PMC 5179506 . PMID 28066406 .
- ^ Ру С., Крупович М., Дали Р.А., Борхес А.Л., Найфах С., Шульц Ф. и др. (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 .
- ^ Халил А.С., Феррер Дж.М., Брау Р.Р., Коттманн С.Т., Норен С.Дж., Ланг М.Дж., Белчер А.М. (март 2007 г.). «Привязка и растяжка одиночного бактериофага М13» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (12): 4892–7. DOI : 10.1073 / pnas.0605727104 . PMC 1829235 . PMID 17360403 .
- ^ Сутивангчароен Н., Ли Т., Ли К., Томпсон П., Ю С., Ван К. (май 2011 г.). «Наносборки бактериофаг-полимер М13 как средства доставки лекарств». Нано-исследования . 4 (5): 483–93. DOI : 10.1007 / s12274-011-0104-2 .
- ^ Эсвелт К.М., Карлсон Дж.С., Лю Д.Р. (апрель 2011 г.). «Система непрерывной направленной эволюции биомолекул» . Природа . 472 (7344): 499–503. Bibcode : 2011Natur.472..499E . DOI : 10,1038 / природа09929 . PMC 3084352 . PMID 21478873 .
- ^ Саттар С., Беннетт Нью-Джерси, Вен В. X., 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 .
- ^ Хуан И, Чан Си, Ли С. К., Гао Й, Ху Э. Л., Де Йорео Дж, Белчер А. М. (июль 2005 г.) «Программируемая сборка наноархитектур с использованием генно-инженерных вирусов». Нано-буквы . 5 (7): 1429–34. Bibcode : 2005NanoL ... 5.1429H . DOI : 10.1021 / nl050795d . PMID 16178252 .
- ^ Нам К.Т., Ким Д.В., Ю П.Дж., Чан Си, Митонг Н., Хаммонд П.Т. и др. (Май 2006 г.). «Синтез и сборка нанопроволок для электродов литий-ионных аккумуляторов с использованием вирусов». Наука . 312 (5775): 885–8. Bibcode : 2006Sci ... 312..885N . DOI : 10.1126 / science.1122716 . PMID 16601154 .
- ^ Данг X, Йи Х, Хэм М.Х., Ци Дж., Юн Д.С., Ладевски Р. и др. (Апрель 2011 г.). «Самосборные одностенные углеродные нанотрубки на основе вирусов для высокоэффективного сбора электронов в фотоэлектрических устройствах». Природа Нанотехнологии . 6 (6): 377–84. Bibcode : 2011NatNa ... 6..377D . DOI : 10.1038 / nnano.2011.50 . PMID 21516089 .
дальнейшее чтение
- Барбас К.Ф., Бертон Д.Р., Сильверман Г.Дж. (октябрь 2004 г.). Фаговый дисплей: лабораторное руководство (1-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-740-2.
- Мессинг Дж (1993). «Машины для клонирования M13» (PDF) . В Griffin HG, Griffin AM (ред.). Протоколы секвенирования ДНК. Методы молекулярной биологии ™ . Методы молекулярной биологии. 23 . Humana Press. С. 9–22. DOI : 10.1385 / 0-89603-248-5: 9 . ISBN 0-89603-248-5. PMID 8220775 . Архивировано 19 февраля 2012 года.CS1 садоводы: непригодная URL ( ссылка )