Бактеріофаг P22 у розвитку молекулярної біології.
Химия

Бактеріофаг P22 у розвитку молекулярної біології.


План

1)Історія відкриття

2)Класифікація

3)Морфологія

4) Геном

5)Інфекційний процес

6)Літичний цикл розвитку

7)Лізогенний цикл розвитку

8) Структура та збірка

9)Збірка капсиду

10) Лізіс

Використана література

Бактеріофаг P22 є помірним фагом, який зіграв ключову роль у розвитку молекулярної біології. Заражає Salmonella typhimurium. Спочатку виділений у вигляді лізогену сальмонелі( 1952), внаслідок чого Н.Ціндер і Д.Ледерберг відкрили явище загальної трансдукції. У наступні роки, P22 виявився важливим інструментом у вивченні генетики сальмонелі. Геном Р22 був секвенований і 65 генів були описані. Результати секвенування підтверджують гіпотезу про те, що мозаїка фага Р22 склалася на основі рекомбінації з іншими вирусами.

clip_image002

Рис.1 Електронно-мікроскопічний знімок ділянки клітини Salmonella typhimurium інфікованої бактеріофагом Р22 приблизно через 30 хв після зараження

Вірус класифікують:

Група: Група I (длДНК)

Порядок: Caudovirales

Батьківщина: Podoviridae

Рід: P22-подібні вируси

Вид: Enterobacteria phage P22

Морфологія

Віріон P22 складається з двох окремих структурних елементів: капсиду та хвоста. ДлДНК фага міститься всередині капсиду і, таким чином, захищена від довкілля. Капсид ікосаєдричної симетрії, решітки приблизно 600 мкм у діаметрі, складається з ~ 420 ідентичні копії продукту гена білка gp5. Сам капсид є дуже стійкою структурою, стійкий до підвищених температур і сушці, а також до дії нуклеаз і протеїназ. Хвіст містить до шести копій білка хвостових шипів gp9. Білок хвостових шипів служить для прикріплення вирусу до клітини господаря під час інфекції і сам по собі також є дуже стійкою структурою. Комірець відсутній.

Геном

Лінійна дволанцюгова ДНК міститься всередині капсиду фага у високо конденсованому рідкокристалічному стані, що складає 41 724 тисячі п.н. Міститься 72 відкриті рамки зчитування. Щильна упаковка фосфатних груп у стислій формі вимагає нейтралізації заряду, який досягається за рахунок зв’язування іонів Mg. Ліпідний склад відсутній.

Інфекційний процес

P22 спочатку заражає клітку господаря Salmonella через зв’язування білка хвостових шипів gp9 з О-антигенними повторюваними ланками бактеріального ліпополісахариду. Після того, як відбувається зв’язування, білки хвостових шипів повільно руйнують рецептори шляхом розщеплення глікозидного зв’язку між рамнозою та галактозою. Виріон несе до шести білків хвостових шипів, але тільки три використовують для зв’язування під час інфекції. Фаг пересувається в поперечному напрямку по всій поверхні клітини за допомогою повторюваних циклів зв’язування та звільнення, мабуть, поки він не находить іншого рецептора, і в цей момент зв’язування стає незворотнім. Після зв’язування з іншим рецептором відбувається викид білка, чия діяльність потрібна для активного введення ДНК у клітину.

ДлДНК вводитись у клітину-господаря у лінійному вигляді. У фагу присутні допоміжні білки gp7, gp16, gp20, необхідні для гарантованого перетину ДНК плазматичної мембрани. Після інфікування длДНК шляхом гомологічної рекомбінації перетворюється на кільцеву длДНК, що являє собою одну копію геному фагу.

Після інфікування фаг P22 повинен вибрати або кітичний або лізогенний шлях розвитку. У разі китичного шляху, вирусна реплікація відбувається одразу після інфекції і завершується приблизно через 1 годину. В результаті звільняються від 300 до 500 фагів шляхом лізису клітин. При лізогенному шляху фагова хромосома інтегрується в хромосому господаря і передається дочірнім клітинам в результаті поділу клітин.

Літичний цикл розвитку

У разі літичного циклу перші гени, які будуть експресуватися після проникнення ДНК, є ” безпосередньо ранні гени ”, які розташовані поруч з геном c2 репресори і транскрибуються полімеразою господаря з промоутерів PR, PL та Pant.

clip_image004

Рис.2 Генетична карта бактеріофага Р22

Є також два регуляторні гени — 23 і 24, обидва з яких функціонують як антитермінатори і призводять до експресії ранніх і пізніх генів відповідно. Результатом продукту гена 23 антитермінатора є утворення 20 000 транскриптів, які кодують гени, необхідні для фагової збирання та виходу фага. Сама ДНК є лінійною і закручується шляхом рекомбінації, потім реплікується за принципом кільця, що котиться. В результаті конкатамер упаковується за механізмом «повної головки» (headful механізмом), який починається з конкретної ділянки званого ”pac” сайту. У капсид упаковано приблизно 43 500 пар основ ДНК. Оскільки геном містить 41 724 п.н., то термінал надмірності становить приблизно 4% упакованої ДНК. Продукти генів 2 і 3 необхідні для упаковки ДНК і діють у комплексі.

Лізогенія

У лізогенній стадії розвитку хромосома Р 22 інтегрується у хромосому клітини-господаря у конкретній ділянці, так званому attB сайту. Інтеграція відбувається за допомогою дії білковий продукт гена Р22 int і фактора інтреграції господаря (IHF). У профагу, гені, відповідальні за зростання фага і подальшу загибель господаря, придушуються під дією певної системи репресорів. c2 і mnt. Це придушення призводить до явища, відомого як імунітет. Ген першого репресора с2, знаходиться в області ImmC. Область ImmI містить ген іншого репресора mnt, який запобігає експресії антирепресора ant. Негативну регуляцію гена ant здійснює протеїн Аrc, ген якого також знаходиться у цій галузі. Arc репресор контролює транскрипцію як з промотору Pant (промотор антирепресора), так і з промотора іншого репресора Pmnt, за рахунок їх різної орієнтації

Індукція профагу Р22 відбувається двома незалежними один від одного шляхами – активацією протеази RecA та дією Ant протеїну. Останній не є регуляторним, а безпосередньо пов’язується із С2-репресором і запобігає його взаємодії з ДНК.

Таким чином, помірний бактериофаг Р22 має двокомпонентну імунну систему, функціонування якої забезпечується двома репресорними протеїнами. Перший, С2-репресор, негативно регулює всі літичні фагові гени, тоді як інший – mnt репресор запобігає експресії гена антирепресора.

Структура та збірка

Значні успіхи в характеристикі структури та збірки бактериофага P22 були зроблені за останні 15 років. Збірка інфекційних віріонів складається з двох незалежних лінійних шляхів: збірки капсиду та збірки хвоста. Ці два шляхи потім пов’язуються з утворенням інфекційного віріону.

Інтерес до складання капсиду був пов’язаний з наявністю каркасного білка, необхідного для визначення правильного вигляду. За відсутності каркасного білка в кулях білкових субодиниць, що містяться в капсиді, відбувається збірка аберантних форм.

Збірка капсиду

Збірка капсиду Р 22 відбувається з утворенням проміжного капсиду. Близько 300 молекул каркасного білка (gp8) збираються з 420 молекулами білка оболонки (gp5) з утворенням прокапсиду. Під час складання утворюється додекаєдр, що має 12 граней і 20 вершин. Одна вершина диференційована від інших і має портальний білок (gp1). Вершина цього порталу служить як канал для введення ДНК при упаковці та виході при зараженні. У доповненні до портального білка присутні також білки GP7, GP16 і GP20, які включені в прокапсид. Хоча механізми їх дії та місця у межах прокапсиду невідомі, ці білки необхідні для постачання інфекційного вирусного геному до клітини господаря.

clip_image006

Рис. 3 Морфогенетичний шляхP22

длДНК через портал проникає в капсид під дією комплексу, що складається з gp2 і gp3. В результаті конкатамер упаковується за механізмом «повної головки» (headful механізмом). Одночасно з упаковкою ДНК каркасний білок виходить із капсиду. Упаковка ДНК викликає конформаційні зміни у решітці в результаті розширюється капсид і з’являється кутастість. Портал на вершині закривається послідовним додаванням продуктів генів gp4, gp10 та gp26. Стабільний капсид готовий до утворення хвостового шипа, що дає можливість фагу заражати.

При упаковці ДНК решітка капсида розширюється приблизно на 10% від 580 до 610 нм.

clip_image008

Рис. 4 А: проголовка бактеріофага Б: зрілий віріон

Лізіс

Для виходу бактериофага з клітини відбувається її лізис під дією холіну (gp13) та лізоциму (gp19).

Використана література

1.А. І. Доушкина, Ф. І. Твівкач Лізогенія у бактерій та її значення для біотехнології, Інститут мікробіології та вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України, Київ // Біотехнологія, Т.4 №1. – 2011. – с. 35.

2.Barrie Greene Brief Introduction to Bacteriophage P22 Assembly // Submitted to Virology. — 1996. — P. 188 — 197.

3.Christian Tidona and Gholamreza Darai (Eds.) The Springer Index of Viruses // 2nd Edition, Library of Congress Control Number: 2011935062. — 2011. — P. 1381 — 1390.

4.Stephen T. Abedon (Author), Richard Lane Calendar (Editor) The Bacteriophages // Second Edition, Oxford university press. — 2006. — P. 457 — 465.

5. http://what-when-how.com/molecular-biology/p22-bacteriophage-molecular-biology/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *