Бактериофаг М13
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
| Вирус эшерихии М13 | |
|---|---|
 | |
| Синий: белок оболочки pIII; Коричневый: белок оболочки pVI; Красный: белок оболочки pVII; Лаймовый зеленый: белок оболочки pVIII; Фуксия: белок оболочки pIX; Фиолетовый: одноцепочечная ДНК. | |
Классификация вирусов  | |
| (без рейтинга): | Вирус |
| Область : | Моноднавирия |
| Королевство: | Лебвиры |
| Тип: | Хофнейвирикота |
| Сорт: | Фасервирицетес |
| Заказ: | Тубулавирусы |
| Семья: | Иновириды |
| Род: | иновирус |
| Разновидность: | Вирус эшерихии М13 |
М13 — один из фагов Ff (fd и f1 — другие), член семейства нитчатых бактериофагов ( иновирусов ). Фаги Ff состоят из кольцевой одноцепочечной ДНК ( оцДНК ), которая в случае фага m13 имеет длину 6407 нуклеотидов и инкапсулирована примерно в 2700 копий основного белка оболочки p8 и кэпирована примерно 5 копиями каждого из четырех различных второстепенные белки 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 F-пилуса хозяина Escherichia coli . Жизненный цикл относительно короткий: раннее потомство фага выходит из клетки через десять минут после заражения. Фаги Ff — это хронические фаги, высвобождающие свое потомство, не убивая клетки-хозяева. Инфекция вызывает мутные бляшки на газонах с E. coli средней степени непрозрачности по сравнению с обычными лизисными бляшками. Однако в инфицированных клетках наблюдается снижение скорости роста клеток. Репликативная форма M13 представляет собой кольцевую двухцепочечную ДНК, похожую на плазмиды , которые используются во многих процессах рекомбинантной ДНК , а вирус также использовался для фагового дисплея , направленной эволюции , наноструктур и нанотехнологических приложений. [4] [5] [6]
Фаговые частицы [ править ]
Фаговая оболочка в основном состоит из 50 аминокислот белка из , называемого p8, который кодируется геном фага 8 в геноме . Частице M13 дикого типа требуется примерно 2700 копий p8, чтобы сделать оболочку длиной около 900 нм. Размеры оболочки являются гибкими, поскольку количество копий p8 подстраивается под размер одноцепочечного генома, который она упаковывает. [7] Содержание ДНК в фаге, по-видимому, ограничено примерно в два раза больше естественного. из хозяина Однако делеция фагового белка (p3) предотвращает полный выход E. coli , и можно увидеть, как фаг, длина которого в 10–20 раз превышает нормальную, с несколькими копиями фагового генома, выделяется из хозяина E. coli .
На одном конце нити находится до пяти копий поверхностного белка (p9) и более скрытого белка-компаньона (p7). Если р8 образует стержень фага, то р9 и р7 образуют «тупой» конец, который виден на микрофотографиях. Эти белки очень малы и содержат только 33 и 32 аминокислоты соответственно, хотя к N-концевой части каждого из них могут быть добавлены некоторые дополнительные остатки, которые затем появляются на внешней стороне оболочки. На другом конце фаговой частицы находятся пять копий поверхностного (p3) и менее подверженного воздействию вспомогательного белка (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 при отпочковании нового фага с поверхности бактерии. [8] [9] [10] Производство фаговых частиц заставляет клетку-хозяина расти и делиться, но не приводит к лизису клетки. [8]
Репликация в E. coli [ править ]
Проникновение вируса в клетку-хозяина опосредовано белком p3, в частности N-доменами, связывающимися с первичными и вторичными рецепторами клетки-хозяина. [11] После того, как положительная одноцепочечная ДНК проникла в клетку, она дублируется с образованием двухцепочечной ДНК, которая затем используется для транскрипции мРНК, которая будет строить белки. [8]
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.
- Конечным продуктом является ДНК родительской репликативной формы (RF).
- Транскрипция и трансляция вирусного генома начинается с р2.
- Фаговый белок p2 разрывает (+) цепь RF.
- 3'-гидроксил действует как праймер при создании новой вирусной цепи.
- p2 циркулирует смещенную вирусную (+) цепь ДНК
- Образуется пул дочерних двухцепочечных RF-молекул.
- Отрицательная цепь RF является матрицей 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 встраиваются в цитоплазматические или внешние мембраны.
- Димеры p5 связывают вновь синтезированную одноцепочечную ДНК и предотвращают преобразование в RF-ДНК. Выбор времени и ослабление трансляции p5 имеют важное значение.
- Синтез РФ ДНК продолжается, и количество р5 достигает критической концентрации
- Репликация ДНК переключается на синтез одноцепочечной (+) вирусной ДНК.
- Структуры p5-ДНК длиной около 800 нм и диаметром 8 нм.
- Комплекс р5-ДНК является субстратом реакции сборки фага.
Необычно то, что основной белок оболочки может вставлять после трансляции в мембраны, даже те, в которых отсутствуют транслокационные структуры, и даже в липосомы , не содержащие белка. [12]
Исследования [ править ]
Джордж Смит , среди других, показал, что фрагменты эндонуклеазы EcoRI могут быть слиты в уникальном сайте Bam нитчатого фага f1 и тем самым экспрессироваться в гене 3, белок p3 которого доступен извне. M13 не имеет этого уникального сайта Bam в гене 3. M13 необходимо было сконструировать так, чтобы он имел доступные сайты вставок, 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, она является популярным инструментом для создания или использования в качестве каркаса для наноструктур. [13] Например, фаг можно сконструировать так, чтобы он имел разные белки на каждом конце и по всей длине. Это можно использовать для сборки таких структур, как нанопровода из золота или оксида кобальта для батарей. [14] или упаковать углеродные нанотрубки в прямые жгуты для использования в фотоэлектрических устройствах. [15] Капсид M13 также является первой неповрежденной структурой вируса, которая когда-либо была полностью решена с помощью твердотельного ЯМР . [16]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Смил С.В., Шмитт М.А., Перейра Р.Р., Прасад А., Фиск Дж.Д. (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: сборка генетически структурированного детерминированного химического кинетического моделирования» . Вирусология . 500 : 259–274. дои : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . ПМИД 27644585 .
- ^ Раконьяк Дж. , Дас Б., Дерда Р. (2016). «Редакционная статья: Нитчатый бактериофаг в био/нано/технологиях, бактериальном патогенезе и экологии» . Границы микробиологии . 7 : 2109. doi : 10.3389/fmicb.2016.02109 . ПМК 5179506 . ПМИД 28066406 .
- ^ Ру С., Крупович М., Дейли Р.А., Борхес А.Л., Найфач С., Шульц Ф. и др. (ноябрь 2019 г.). «Загадочные иновирусы, как выяснилось, широко распространены среди бактерий и архей во всех биомах Земли» . Природная микробиология . 4 (11): 1895–1906. дои : 10.1038/s41564-019-0510-x . ПМК 6813254 . ПМИД 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.). «Привязывание и растяжение одиночного бактериофага М13» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (12): 4892–7. дои : 10.1073/pnas.0605727104 . ПМЦ 1829235 . ПМИД 17360403 .
- ^ Сутиванчароен 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. дои : 10.1007/s12274-011-0104-2 . S2CID 97544776 .
- ^ Эсвелт К.М., Карлсон Дж.К., Лю Д.Р. (апрель 2011 г.). «Система непрерывной направленной эволюции биомолекул» . Природа . 472 (7344): 499–503. Бибкод : 2011Natur.472..499E . дои : 10.1038/nature09929 . ПМК 3084352 . ПМИД 21478873 .
- ^ Саттар С, Беннетт, Нью-Джерси, Вен В.С., Гатри Дж.М., Блэквелл Л.Ф., Конвей Дж.Ф., Раконжак Дж. (2015). «Ff-нано, короткие функционализированные наностержни, полученные из нитчатого бактериофага Ff (f1, fd или M13)» . Границы микробиологии . 6 : 316. дои : 10.3389/fmicb.2015.00316 . ПМЦ 4403547 . ПМИД 25941520 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Смил С.В., Шмитт М.А., Перейра Р.Р., Прасад А., Фиск Дж.Д. (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: сборка генетически структурированного детерминированного химического кинетического моделирования» . Вирусология . 500 : 259–274. дои : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . ПМИД 27644585 .
- ^ Луна; Цой; Чон; Зон; Хан; Ох (11.10.2019). «Прогресс исследований биосенсоров на основе бактериофага M13» . Наноматериалы . 9 (10): 1448. дои : 10.3390/nano9101448 . ISSN 2079-4991 . ПМК 6835900 . ПМИД 31614669 .
- ^ Хаазе, Максимилиан; Тессмер, Лутц; Кенлехнер, Лилиан; Кун, Андреас (27 мая 2022 г.). «Машина для сборки фага M13 имеет трансмембранную олигомерную кольцевую структуру» . Вирусы . 14 (6): 1163. дои : 10.3390/v14061163 . ISSN 1999-4915 . ПМЦ 9228878 . ПМИД 35746635 .
- ^ Беннетт, Николас Дж.; Гагич, Драгана; Сазерленд-Смит, Эндрю Дж.; Раконьяц, Ясна (2011). «Характеристика домена с двойной функцией, который опосредует вставку и удаление мембраны Ff нитчатого бактериофага» . Журнал молекулярной биологии . 411 (5): 972–985. дои : 10.1016/j.jmb.2011.07.002 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 21763316 .
- ^ Рапопорт Т.А., Юнгникель Б., Кутай У. (1996). «Транспорт белков через эндоплазматическую сеть эукариот и внутренние мембраны бактерий». Ежегодный обзор биохимии . 65 (1). Годовые обзоры : 271–303. дои : 10.1146/annurev.bi.65.070196.001415 . ПМИД 8811181 .
- ^ Хуан И, Чан Сай, Ли С.К., Гао Ю, 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. Бибкод : 2005NanoL...5.1429H . дои : 10.1021/nl050795d . ПМИД 16178252 .
- ^ Нам К.Т., Ким Д.В., Ю П.Дж., Чан С.И., Митхонг Н., Хаммонд П.Т. и др. (май 2006 г.). «Синтез и сборка нанопроволок с поддержкой вирусов для электродов литий-ионных аккумуляторов». Наука . 312 (5775): 885–8. Бибкод : 2006Sci...312..885N . дои : 10.1126/science.1122716 . ПМИД 16601154 . S2CID 5105315 .
- ^ Данг X, Йи Х, Хам МХ, Ци Дж, Юн Д.С., Ладевски Р. и др. (апрель 2011 г.). «Самосборные одностенные углеродные нанотрубки с шаблоном вируса для высокоэффективного сбора электронов в фотоэлектрических устройствах». Природные нанотехнологии . 6 (6): 377–84. Бибкод : 2011НатНа...6..377Д . дои : 10.1038/nnano.2011.50 . ПМИД 21516089 .
- ^ Мораг О, Сгуракис Н.Г., Бейкер Д., Голдборт А. (январь 2015 г.). «Капсидная модель бактериофага M13 ЯМР-Розетта обнаруживает учетверенный эпитоп гидрофобной упаковки» . Труды Национальной академии наук . 112 (4): 971–976. дои : 10.1073/pnas.1415393112 . ПМЦ 4313819 . ПМИД 25587134 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Барбас К.Ф., Бертон Д.Р., Сильверман Дж.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-клоны M13» (PDF) . В Griffin HG, Griffin AM (ред.). Протоколы секвенирования ДНК. Методы молекулярной биологии™ . Том. 23. Хумана Пресс. стр. 9–22. дои : 10.1385/0-89603-248-5:9 . ISBN 0-89603-248-5 . ПМИД 8220775 . Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 г.
{{cite book}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )