Бактериофаг Т7 (или фаг Т7 ) - бактериофаг , вирус, поражающий бактерии. Он заражает большинство штаммов Escherichia coli и полагается на этих хозяев для своего размножения. Бактериофаг Т7 имеет литический жизненный цикл , что означает, что он разрушает инфицированную клетку. Он также обладает рядом свойств, которые делают его идеальным фагом для экспериментов: его очистка и концентрация дали согласованные значения в химических анализах; [1] его можно сделать неинфекционным при воздействии ультрафиолета; [2] и его можно использовать при фаговом дисплее для клонирования белков, связывающих РНК . [2]
Вирус эшерихии Т7 | |
---|---|
Классификация вирусов | |
(без рейтинга): | Вирус |
Царство : | Дуплоднавирия |
Королевство: | Heunggongvirae |
Тип: | Уровирикота |
Класс: | Caudoviricetes |
Заказ: | Caudovirales |
Семья: | Автографивирусы |
Род: | Тезептимавирус |
Разновидность: | Вирус эшерихии Т7 |
Открытие
В исследовании 1945 года, проведенном Демереком и Фано, [3] T7 использовался для описания одного из семи типов фагов (от T1 до T7), литически растущих на Escherichia coli; [4], хотя все семь фагов были пронумерованы произвольно, позднее было обнаружено, что фаги с нечетными номерами или Т-нечетные фаги имеют общие морфологические и биохимические особенности, которые отличают их от Т-четных фагов. [5] До того, как фаг стал называться Т7, он использовался в предыдущих экспериментах. Немецко-американский биофизик Макс Дельбрюк работал с тем же вирусом в конце 1930-х годов, назвав его фагом δ, а франко-канадский микробиолог Феликс д'Эрель, вероятно, изучал его близкого родственника в 1920-х годах. [6] [4]
Хосты
Т7 растет на грубых штаммах Escherichia coli (то есть на тех, на поверхности которых отсутствует полноразмерный полисахарид О-антигена ) и некоторых других кишечных бактериях , но его близкие родственники также заражают гладкие и даже капсулированные штаммы. [7] E. coli более устойчива к T7, чем к некоторым другим подобным фагам.
Структура вириона
Вирус обладает сложной структурной симметрией: капсид фага является икосаэдрическим (двадцать граней) с внутренним диаметром 55 нм и хвостом диаметром 19 нм и длиной 28,5 нм, прикрепленным к капсиду. [8] Выброс белков из капсида при заражении вызывает изменение структуры вируса при попадании в клетку. [9]
Геном
Генома фага Т7 [10] был одним из первых полностью секвенированы геномы и был опубликован в 1983 г. [11] глава фаговой частицы содержит примерно 40 т.п.н. дц геном , который кодирует 55 белков. [12]
Жизненный цикл
Жизненный цикл Т7 составляет 17 минут при 37 ° C, то есть время от инфицирования до лизиса клетки-хозяина, когда высвобождается новый фаг. Из-за короткого латентного периода большинство физиологических исследований проводится при 30 ° C, когда инфицированные клетки лизируются через 30 минут. Однако были выделены высокофункциональные штаммы Т7 с латентным периодом всего ~ 11 мин при 37 ° C, выращиваемых в оптимальных условиях с результатами в богатой среде. Этот адаптированный фаг может эффективно увеличивать свою популяцию более чем на 10 13 за один час роста. [14]
Заражение бактериями-хозяевами
Фаг T7 распознает определенные рецепторы на поверхности клеток E.coli и связывается с поверхностью клетки своими вирусными хвостовыми волокнами. У некоторых штаммов T7 хвостовые волокна заменены хвостовыми шипами, которые разрушают О- или К-антигены на поверхности клетки за счет ферментативной активности .
Использование адсорбции и проникновения процесса лизоцимы , чтобы создать отверстие внутри пептидогликан слой бактериальной клеточной стенки, что позволяет перенос вирусной ДНК в бактерию. Короткий короткий хвост T7-подобного фага слишком короткий, чтобы охватить оболочку клетки, и для того, чтобы выбросить геном фага в клетку при инициации инфекции, белки вириона должны сначала создать канал из кончика хвоста. в цитоплазму клетки. [15] Фаг также высвобождает пять белков, необходимых для начала репликации вирусного генома и расщепления генома хозяина. [16] Бактериофаг T7 был разработан для преодоления некоторых защитных механизмов бактерий-хозяев, включая клеточную стенку пептидогликана и систему CRISPR . [16] После того, как фаг T7 вставил вирусный геном, процесс репликации ДНК генома хозяина останавливается и начинается репликация вирусного генома.
В оптимальных условиях фаг T7 может завершить литический процесс в течение 25 минут, что приведет к гибели клетки-хозяина E. coli . Во время лизиса вирус может произвести более 100 потомков. [16]
Составные части
Gp5 (кодируемый геном gp5 ) представляет собой ДНК-полимеразу фага Т7 . Полимераза T7 использует эндогенный тиоредоксин E. coli , белок REDOX, в качестве скользящего зажима во время репликации фаговой ДНК (хотя тиоредоксин обычно выполняет другую функцию). Скользящий зажим удерживает полимеразу на ДНК, что увеличивает скорость синтеза. [17]
Репликация и восстановление ДНК
Фаг T7 имеет простейшую известную реплисому ДНК , состоящую из геликазы и примазы, которые находятся в одной полипептидной цепи, которая образует гексамер в присутствии ДНК и АТФ или dTTP . ДНК-полимераза Т7 при помощи тиоредоксина E. coli выполняет синтез как ведущей, так и отстающей цепи ДНК .
В фаге T7 двухцепочечные разрывы ДНК , вероятно, восстанавливаются путем вставки участка донорской ДНК в разрыв в месте разрыва. [18] Этой репарации двухцепочечных разрывов способствует белок гена 2.5, который способствует отжигу гомологичных комплементарных цепей ДНК . [19]
Репликативные промежуточные продукты
Репликации внутриклеточной ДНК фаг Т7, когда вытянуты после лизиса клеток, как правило , длиннее , чем зрелые фаговых хромосомы ( от 11 до 15 мкМ) и может происходить в форме высококонцентрированного каскадной линейными нитей до 66 - кратной длины зрелого фага хромосома. [20] Реплицирующуюся ДНК можно также увидеть в форме спиральных кольцевых структур, которые, по-видимому, соответствуют многопетлевым конфигурациям ДНК, в которых сверхспиральные скручивания, необходимые для уплотнения ДНК, устраняются за счет разрыва цепи при лизисе клеток.
Приложения в молекулярной биологии
Последовательность промотора Т7 широко используется в молекулярной биологии из-за ее чрезвычайно высокого сродства к РНК-полимеразе Т7 и, следовательно, высокого уровня экспрессии. [2] [1]
Т7 использовался в качестве модели в синтетической биологии . Чан и др. (2005) осуществили « рефакторинг » генома T7, заменив примерно 12 т.п.н. его генома на сконструированную ДНК. [21] Сконструированная ДНК была разработана таким образом, чтобы с ней было легче работать несколькими способами: отдельные функциональные элементы были разделены сайтами рестрикционных эндонуклеаз для простой модификации, а перекрывающиеся белковые кодирующие домены были разделены и, при необходимости, модифицированы одной парой оснований. тихие мутации . Т7 был протестирован на остеосаркоме человека для лечения опухолевых клеток.
Рекомендации
- ^ a b Studier, Ф. Уильям (1969-11-01). «Генетика и физиология бактериофага Т7». Вирусология . 39 (3): 562–574. DOI : 10.1016 / 0042-6822 (69) 90104-4 . ISSN 0042-6822 . PMID 4902069 .
- ^ а б в Тисалу, Тамбет; Sugahara, Kazuki N .; Руослахти, Эркки (01.01.2012), Виттруп К. Дейн; Вердин, Грегори Л. (ред.), «Глава вторая - Картирование сосудистых почтовых индексов с помощью фагового дисплея» , « Методы в энзимологии» , «Белковая инженерия для терапии», часть B, Academic Press, 503 : 35–56, doi : 10.1016 / B978 -0-12-396962-0.00002-1 , PMID 22230564 , получено 18 ноября 2019 г.
- ^ Демерец М., Фано У (март 1945 г.). «Устойчивые к бактериофагам мутанты в Escherichia Coli» . Генетика . 30 (2): 119–36. PMC 1209279 . PMID 17247150 .
- ^ а б Лобокка М, Шибальский, ред. (2012-12-31). Бактериофаги . Академическая пресса. С. 226–. ISBN 978-0-12-394788-8.
- ^ Каммак, Ричард; Этвуд, Тереза; Кэмпбелл, Питер; Приход, Ховард; Смит, Энтони; Велла, Фрэнк; Стирлинг, Джон, ред. (2006). Оксфордский словарь биохимии и молекулярной биологии . Издательство Оксфордского университета. DOI : 10.1093 / acref / 9780198529170.001.0001 . ISBN 9780191727641.
- ^ d'Herelle, Ф. (1926). Бактериофаг и его поведение. Балтимор, Мэриленд: Уильямс и Уилкинс
- ^ Molineux, IJ (2006). Глава 20: Группа Т7. В: Бактериофаги (Р. Календарь, изд.), Стр. 277. Oxford University Press, Oxford.
- ^ "Тесептимавирус ~ страница ViralZone" . viralzone.expasy.org . Проверено 18 ноября 2019 .
- ^ Molineux, Ian J .; Панджа, Дебабрата (март 2013 г.). «Открытие пробки: механизмы выброса фагового генома». Обзоры природы микробиологии . 11 (3): 194–204. DOI : 10.1038 / nrmicro2988 . ISSN 1740-1534 . PMID 23385786 . S2CID 205498472 .
- ^ «Геном бактериофага Т7» . Проверено 18 мая 2011 года .
- ^ Данн, JJ; Studier, FW (1983). «Полная нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага Т7 и расположение генетических элементов Т7». Журнал молекулярной биологии . 166 (4): 477–535. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (83) 80282-4 . PMID 6864790 .
- ^ «Унипрот: эталонный протеом бактериофага Т7» .
- ^ Häuser, R; Blasche, S; Докланд, Т; Haggård-Ljungquist, E; фон Брунн, А; Салас, М; Casjens, S; Molineux, I; Uetz, P (2012). Белковые взаимодействия бактериофагов . Достижения в вирусных исследованиях. 83 . С. 219–98. DOI : 10.1016 / B978-0-12-394438-2.00006-2 . ISBN 9780123944382. PMC 3461333 . PMID 22748812 .
- ^ Heineman, RH; Бык, JJ (2007). «Проверка оптимальности с экспериментальной эволюцией: время лизиса в бактериофаге» . Эволюция . 61 (7): 1695–1709. DOI : 10.1111 / j.1558-5646.2007.00132.x . PMC 1974807 . PMID 17598749 .
- ^ Чанг, CY; Кемп, П; Molineux, IJ (2010). «Gp15 и gp16 взаимодействуют при перемещении ДНК бактериофага T7 в инфицированную клетку» . Вирусология . 398 (2): 176–86. DOI : 10.1016 / j.virol.2009.12.002 . PMC 2825023 . PMID 20036409 .
- ^ а б в «Новые подробности о взаимодействиях бактериофага Т7 с хозяином» . Архивировано из оригинала на 2011-08-17.
- ^ Джеффри, Констанс Дж. (1999-01-01). «Подрабатывающие белки». Направления биохимических наук . 24 (1): 8–11. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (98) 01335-8 . ISSN 0968-0004 . PMID 10087914 .
- ^ Lai YT, Masker W. Ремонт двухцепочечных разрывов путем включения молекулы гомологичной ДНК. Mol Microbiol. 2000 апр; 36 (2): 437-46. PMID 10792729
- ^ Yu M, Masker W. Однонитевой ДНК-связывающий белок T7, но не геликаза T7, необходим для репарации двухцепочечных разрывов ДНК. J Bacteriol. 2001 Март; 183 (6): 1862-9. PMID 11222583
- ^ Бернштейн C, Бернштейн Х. Спиральные кольца ДНК, выпущенные из клеток, инфицированных бактериофагами T7 или T4, или из неинфицированных Escherichia coli. J Virol. 1974 июн; 13 (6): 1346-55. DOI: 10.1128 / JVI.13.6.1346-1355.1974. PMID: 4598784; PMCID: PMC355455.
- ^ Чан Л.Ю., Косури С., Энди Д. (2005). «Рефакторинг бактериофага Т7» . Молекулярная системная биология . 1 : E1 – E10. DOI : 10.1038 / msb4100025 . PMC 1681472 . PMID 16729053 .
Внешние ссылки
- T7 + Phage в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- [1] ViralZone
- Новые подробности о взаимодействиях T7-host . Журнал Microbe
- Эталонный протеом T7 в Uniprot