Бактериофаг Р2
| Педуовирус P2 | |
|---|---|
| |
Классификация вирусов 
| |
| (без рейтинга): | Вирус |
| Область : | Дуплоднавирия |
| Королевство: | Хынггунвирэ |
| Тип: | Уровироката |
| Сорт: | Каудовирицеты |
| Семья: | Педуовирусиды |
| Род: | Педуовирус |
| Разновидность: | Педуовирус P2
|
| Синонимы [ 1 ] | |
|
Вирус эшерихии P2 | |
Бактериофаг P2 , научное название педуовирус P2 (ранее вирус эшерихии P2 ), [ 1 ] является умеренным фагом , инфицирующим кишечную палочку . Это хвостатый вирус с сократительной оболочкой, поэтому он отнесен к роду Peduovirus (ранее P2likevirus ), семейству Peduoviridae в классе Caudoviricetes . Этот род вирусов включает множество P2-подобных фагов, а также сателлитный фаг P4 . [ 2 ]
Открытие
[ редактировать ]Lisbonne и Carrère Бактериофаг Р2 впервые был выделен Дж. Бертани из штаммов E. coli в 1951 г. [ 3 ] С тех пор было выделено большое количество P2-подобных профагов (например, 186, HP1, HK239 и WΦ), которые имели общие признаки, такие как круг хозяев, серологическое родство и неспособность рекомбинировать с фагом λ . распространен в популяциях E. coli , поскольку около 30% штаммов в эталонной коллекции E. coli (SABC) содержат P2-подобные профаги. [ 4 ] Из этих P2-подобных профагов лучше всего охарактеризован P2. Было обнаружено, что фаг P2 способен размножаться во многих штаммах E. coli , а также в штаммах многих других видов, включая Serratia , Klebsiella pneumoniae и Yersinia sp. [ 5 ] что позволило предположить, что он играл важную роль в горизонтальном переносе генов в эволюции бактерий.
Геном и морфология
[ редактировать ]Фаг P2 имеет двухцепочечный ДНК- геном, упакованный в икосаэдрический капсид диаметром 60 нанометров, который соединен с хвостом длиной 135 нанометров. Присутствие фага P4 может привести к образованию капсидов P2 меньшего размера. [ 6 ] Хвост заканчивается базовой пластиной, которая является центром контроля инфекционности фагов. Базовая пластинка включает 6 хвостовых волокон, которые первоначально связываются с рецепторами на клеточной стенке бактерий, и белок хвостового шипа, который впоследствии необратимо связывается с другими рецепторами на клеточной стенке. [ нужна ссылка ]
Геном бактериофага P2 состоит из 33 592 пар оснований из двухцепочечной линейной ДНК со сцепленными концами (инвентарный номер AF063097). 42 гена в геноме можно разделить на три основные категории: (i) гены, необходимые для литического роста, (ii) гены, участвующие в установлении и поддержании лизогении (такие как int и C ), и (iii) несущественные гены (включая старый, жесть и Z/fun ). несколько открытых рамок считывания (ORF), которые могут кодировать функциональные белки. Кроме того, в геноме P2 обнаружено [ 5 ]
Жизненный цикл
[ редактировать ]Бактериофаг P2 является умеренным фагом, что означает, что он может размножаться литически (т. е. направляя клетку-хозяина на производство фаговых потомков и, наконец, лизировать хозяина, когда фаговые потомства выходят), а также устанавливать лизогению (т. е. инъекцию и слияние своего генетического материала в геном хозяина без лизиса клетки) и сохраняться в качестве профага в геноме хозяина. [ нужна ссылка ]
Инфекция
[ редактировать ]Адсорбция вириона клеткой-хозяином является ключевым этапом фаговой инфекции, который необходим для последующего связывания фага и инъекции фаговой ДНК. Во время процесса адсорбции хвостовое волокно фага P2 распознает и связывается с центральной областью липополисахарида E. coli , а затем фаг вводит свою ДНК в цитоплазму. [ 5 ] [ 7 ]
Литический цикл
[ редактировать ]Ранняя транскрипция
[ редактировать ]Экспрессия гена P2 регулируется с течением времени в ходе литического цикла. Ранняя транскрипция, отвечающая за экспрессию генов, необходимых для последующей репликации ДНК, инициируется сразу после заражения. Ранний оперон содержит 9 генов и транскрибируется с литического промотора Pe. Первый ген оперона, обозначенный cox , кодирует репрессор лизогенного промотора Pc и предотвращает экспрессию генов, необходимых для установления лизогении. [ 8 ] [ 9 ] Затем фаг вступает в литический жизненный цикл и начинается ранняя транскрипция. Только хост σ 70 РНК-полимераза необходима на раннем этапе транскрипции. [ 9 ]
репликация ДНК
[ редактировать ]Помимо cox которые необходимы для репликации ДНК P2, гены A и B. , ранний оперон содержит два других гена , [ 10 ] [ 11 ] Репликация генома P2 инициируется белком A и происходит из фиксированного источника ( ori ) посредством модифицированного механизма катящегося круга, который генерирует двухцепочечные мономерные кольца. [ 12 ] [ 13 ] Белок B может потребоваться для синтеза отстающей цепи, поскольку он может взаимодействовать с DnaB E. coli и действовать как загрузчик геликазы . [ 14 ]
Активация поздней транскрипции
[ редактировать ]Транскрипция позднего гена инициируется с четырех поздних промоторов, как только начинается репликация ДНК и экспрессируется активатор транскрипции Ogr. [ 15 ] [ 16 ] Поздние промоторы, P P , PO , PV и PF , активируются Ogr и направляют транскрипцию генов, ответственных за литические функции, а также кодируют строительные блоки для потомства фага. [ 5 ] [ 17 ] [ 18 ] Все четыре промотора имеют область с частичной диадной симметрией, расположенную примерно на 55 п.н. ниже сайта инициации транскрипции. Эта симметрия диады, выявленная с помощью анализа делеций и замен оснований, важна для активности промотора. [ 9 ] [ 19 ] [ 20 ] Более того, поздние гены P2 также могут напрямую активироваться δ-белками сателлитных фагов P4 и ΦR73. [ 9 ] [ 21 ]
Лизис
[ редактировать ]Во время литического цикла, как и другие двухцепочечные фаги, бактериофаг P2 применяет систему холин-эндолизин для лизиса клетки-хозяина. P2 имеет два основных гена лизиса (ген K и ген Y) и два вспомогательных гена лизиса ( lysA и lysB ). [ 9 ] [ 22 ] Продукт гена K имеет большое сходство аминокислотной последовательности с таковым гена R в фаге λ, который проявляет функцию эндолизина и атакует гликозидную связь. Ген Y кодирует полипептид, имеющий большое сходство с семейством белков холина, который образует «дыры» в клеточной мембране и обеспечивает путь выхода эндолизина к клеточной стенке. Несущественные гены, lysA и lysB , по-видимому, играют роль в контроле правильного времени лизиса. [ 23 ]
Лизогенный цикл
[ редактировать ]Интеграция профагов
[ редактировать ]Во время лизогенного цикла геном P2 встраивается в хромосому хозяина и сохраняется в виде профага. Интеграция включает сайт-специфическую рекомбинацию между сайтом прикрепления бактерий ( attB ) и сайтом прикрепления фага ( attP ), которая генерирует соединения хозяин-фаг, attL и attR . Эта реакция контролируется кодируемой фагом интегразой и не приводит к увеличению или потере нуклеотидов. [ 9 ] Другой фактор хозяина интеграции, IHF, также важен в процессе интеграции и служит архитектурным белком, который связывает и изгибает ДНК. [ 16 ] [ 24 ] Таким образом, механизм интеграции фага Р2 подобен хорошо изученной системе ?-сайт-специфической рекомбинации, однако фаговые белки и их сайты связывания с ДНК различаются. [ 9 ] [ 25 ]
Поддержание лизогении
[ редактировать ]Лизогенное состояние P2 стимулируется и поддерживается C-репрессором. которая регулирует экспрессию ранних генов: cox, B и, возможно, A. Это полипептид, состоящий из 99 аминокислот, который связывается только с одной операторной областью , Исследования показали, что C-репрессор может как положительно, так и отрицательно регулировать свой собственный промотор Pc, поскольку уровень Pc повышается при низком уровне C и понижается при высоких уровнях. [ 16 ] [ 26 ] Поскольку репрессор C не инактивируется системой SOS/RecA E. coli , профаг P2 не индуцируется ультрафиолетовым облучением. Более того, даже если C-репрессор инактивирован, профаг P2 не способен вырезать из-за отсутствия экспрессии int . [ 5 ] [ 27 ] Следовательно, P2 рассматривается как прототип неиндуцируемого класса умеренных фагов. [ 9 ] Механизм решения P2 парадокса индукции-иссечения до сих пор остается неизвестным. [ нужна ссылка ]
Контроль литического и лизогенного роста
[ редактировать ]Как указывалось ранее, при инфицировании фаг Р2 может вступать либо в литический, либо в лизогенный цикл. Решение о литике/лизогенности при инфекции зависит от того, какой промотор берет на себя управление: лизогенный промотор Pc или промотор Pe, который контролирует гены, ответственные за литический цикл. [ 16 ] ПК и Ре расположены лицом к лицу и являются взаимоисключающими. Промотор Pe управляет транскрипцией белка Cox, который репрессирует промотор Pc и тем самым предотвращает лизогенизацию, а промотор Pc управляет транскрипцией репрессора C, который подавляет регуляцию Pe. [ 5 ] [ 26 ] [ 28 ] Таким образом, считается, что выбор промотора является следствием относительных концентраций белка Цокс и C-репрессора. Если после заражения баланс между C-репрессором и белками Cox сместится в сторону C-репрессора, то фаг вступит в лизогенный жизненный цикл, поскольку промотор Pe будет выключен, и наоборот. [ 16 ]
Эволюция бактериофага P2 и других P2-подобных фагов
[ редактировать ]Множество исследований показали, что фаговые геномы состоят как из генов, сходных с генами хозяина или других фаговых генов, так и из новых генов, которые мало похожи на какие-либо известные гены. [ 9 ] [ 29 ] [ 30 ] Семейство P2-подобных фагов не является исключением. Их геномы во многом схожи, но каждый из них содержит уникальные гены, в том числе некоторые, функции которых остаются неизвестными. На основании критерия, предложенного Акерманном, многие фаги могут быть таксономически классифицированы как P2-подобные, поскольку они имеют некоторые общие признаки с фагом P2: [ 31 ] но на данный момент доступно только 6 полных геномов (P2, 186, ΦCTX, HP1, HP2 и K139). [ 9 ]
Филогенетические взаимоотношения 6 секвенированных P2-подобных фагов
[ редактировать ]При сравнении всего генома было обнаружено, что только девять поздних генов (соответствующих генам H, L, M, N, O, P, Q, S, T в фаге P2) и ген интегразы оказались генетически сходными и присутствовали у всех 6 полностью секвенированных геномов. Филогенетические деревья, основанные на аминокислотных последовательностях девяти поздних генных продуктов, строятся отдельно, и все они имеют идентичную топологию, что позволяет предположить, что они могут иметь одинаковую эволюционную историю. Более того, эти 9 поздних генов, вероятно, наследуются клонально, поскольку нет никаких признаков крупных событий рекомбинации между ними для какой-либо пары фагов. Однако для остальных генов, помимо этих девяти, их филогенетические отношения часто неоднозначны, и их эволюционную историю трудно определить. [ 9 ]
Гомологичная и негомологичная рекомбинация
[ редактировать ]Гомологичная рекомбинация играет более важную роль в нуклеотидных изменениях фага P2, чем мутация , что неудивительно, поскольку P2-подобные профаги преобладают в популяции E. coli и обнаружено, что между геномами хозяина происходит генетический обмен. [ 9 ] [ 32 ] Секвенирование пяти поздних генов из 18 изолятов P2-подобных фагов показало, что гомологичная рекомбинация обширна и происходит случайным образом в нескольких точках разрыва. Генетические вариации поздних генов 18 близких родственников невелики, поскольку наибольшая разница в любом гене составляла всего 3,7%. Поскольку вариаций в синонимичных, а не несинонимичных позициях третьих кодонов было гораздо больше, эти поздние гены, вероятно, будут подвергаться довольно сильному стабилизирующему отбору. [ 9 ] [ 33 ]
Помимо гомологичной рекомбинации между родственными фагами, негомологичная рекомбинация также является ключевым механизмом эволюции фагов. Высокий уровень сходства генов хвостовых волокон фагов P2, P1 , Mu , λ, K3 и T2 , принадлежащих к разным семействам, указывает на ранее не оцененный уровень негомологичной рекомбинации между неродственными фагами. Поскольку диапазон хозяев фага в значительной степени определяется хвостовым волокном, это открытие предполагает, что под давлением отбора фаги, вероятно, изменят свой диапазон хозяев, используя доступный им генофонд. [ 7 ] [ 9 ]
Вклад в эволюцию своего хозяина
[ редактировать ]Способность переключаться между литическим и лизогенным жизненным циклом очень полезна для выживания фага. В большой плотной популяции изогенных хозяев предпочтительна литическая стратегия, и вирулентность фагов, а также механизмы защиты хозяина будут развиваться в духе гонки вооружений. Напротив, лизогения предпочтительна, когда плотность клеток-хозяев недостаточно высока для поддержания плотности фага посредством повторных циклов литических инфекций. [ 34 ]
Хорошо известно, что фаг Р2 потенциально способен опосредовать горизонтальный перенос генов при заражении различных бактерий. Во время этого процесса фаг P2 может служить для хозяев источником новых генов, которые предоставляют материалы для эволюции и отбора. По сравнению с эволюцией посредством мутаций и отбора, генетические изменения, опосредованные фагами, могут за короткое время повлиять на радикальные изменения в метаболизме и физиологии бактерий, а также могут придать хозяину приспособленность. Например, Эдлин и др. обнаружили, что лизогенная E. coli, имеющая профаг λ, P1, P2 или Mu, может расти быстрее, чем нелизогенный аналог, в условиях ограниченного количества питательных веществ. [ 35 ] [ 36 ] Кроме того, было показано, что профаг P2 может способствовать распространению цитолетальных токсинов, расширяющих структуру, среди штаммов E. coli O157 и способствовать расширению их ниш среди различных животных-хозяев, что дает новое представление о патогенезе E. coli O157. [ 37 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «История таксономии ICTV: педуовирус P2 » . Международный комитет по таксономии вирусов . Проверено 11 июня 2024 г.
- ^ Боуден, Д.В.; Модрич П. (10 июня 1985 г.). «Созревание in vitro ДНК кольцевого бактериофага P2. Очистка тер-компонентов и характеристика реакции» . Журнал биологической химии . 260 (11): 6999–7007. дои : 10.1016/S0021-9258(18)88879-2 . ПМИД 2987239 .
- ^ Бертани, Г., ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЛИЗОГЕНЕЗУ I.: Способ высвобождения фагов лизогенной Escherichia coli1. Журнал бактериологии, 1951. 62 (3): с. 293.
- ^ Нильссон, А.С., Дж.Л. Карлссон и Э. Хаггорд-Люнгквист, Сайт-специфическая рекомбинация связывает эволюцию P2-подобных колифагов и патогенных энтеробактерий. Молекулярная биология и эволюция, 2004. 21 (1): с. 1-13.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Хаггорд-Люнгквист Э., К. Холлинг и Р. Календарь, Последовательности ДНК генов хвостовых волокон бактериофага P2: свидетельства горизонтального переноса генов хвостовых волокон между несвязанными бактериофагами. Журнал бактериологии, 1992. 174 (5): с. 1462-1477.
- ^ Дирборн, AD; Лауринмаки, П; Чандрамули, П; Роденбург, CM; Ван, С; Мясник, С.Дж.; Докланд, Т. (9 апреля 2012 г.). «Определение структуры и размера прокапсидов бактериофагов P2 и P4: функция мутаций, реагирующих на размер» . Журнал структурной биологии . 178 (3): 215–24. дои : 10.1016/j.jsb.2012.04.002 . ПМК 3361666 . ПМИД 22508104 .
- ^ Перейти обратно: а б Хаггорд-Люнгквист Э., К. Холлинг и Р. Календарь, Последовательности ДНК генов хвостовых волокон бактериофага P2: свидетельства горизонтального переноса генов хвостовых волокон между несвязанными бактериофагами. Журнал бактериологии, 1992. 174 (5): с. 1462-1477.
- ^ Саха, С., Э. Хаггорд-Люнгквист и К. Нордстрем, Цокс-белок бактериофага P2 ингибирует образование белка-репрессора и саморегулирует ранний оперон. Журнал EMBO, 1987. 6 (10): с. 3191.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Нильссон А. и Э. Хаггорд-Люнгквист. P2-подобные бактериофаги. В Р. Календаре (ред.), Бактериофаги. Oxford Press, Оксфорд, 2005: с. 365-390
- ^ Линдаль, Г., Генетическая карта бактериофага P2. Вирусология, 1969. 39 (4): с. 839-860
- ^ Линдквист, Б.Х., Вегетативная ДНК колифага P2 умеренного климата. Молекулярная и общая генетика, 1971. 110 (2): с. 178-196.
- ^ Лю, Ю. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Исследования репликации ДНК бактериофага P2: локализация места расщепления белка A. Nucleic Acids Research, 1994. 22 (24): с. 5204-5210.
- ^ Одегрип, Р. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Два тирозиновых остатка в активном центре белка A играют неэквивалентную роль во время инициации репликации бактериофага P2 по катящемуся кругу. Журнал молекулярной биологии, 2001. 308 (2): с. 147-163.
- ^ Одегрип, Р. и др., Взаимодействие белка P2 B бактериофага с хеликазой DnaB Escherichia coli. Журнал вирусологии, 2000. 74 (9): с. 4057-4063.
- ^ Вуд, Л.Ф., Нью-Йорк Цзайн и Дж.Э. Кристи, Активация поздней транскрипции P2 белком P2 ogr требует дискретного сайта контакта на C-конце α-субъединицы РНК-полимеразы Escherichia coli. Журнал молекулярной биологии, 1997. 274 (1): с. 1-7.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Мандали С. Сайт-специфическая рекомбинация P2-подобных фагов; возможные инструменты безопасной генной терапии: фокус на фаге ΦD145. 2010.
- ^ Биркеланд, Н.К. и Б.Х. Линдквист, Ген позднего контроля Coliphage P2 ogr: последовательность ДНК и идентификация продукта. Журнал молекулярной биологии, 1986. 188 (3): с. 487-490.
- ^ Кристи, GE и др., Регуляция экспрессии позднего гена бактериофага P2: ген ogr. Труды Национальной академии наук, 1986. 83 (10): с. 3238-3242.
- ^ Грамбоу, Нью-Джерси и др., Анализ делеции позднего промотора бактериофага P2. Джин, 1990. 95 (1): с. 9-15.
- ^ Ван Боккелен, Г. и др., Мутационный анализ позднего промотора бактериофага P4. Журнал бактериологии, 1991. 173 (1): с. 37-45.
- ^ Клерч, Б., Э. Ривера и М. Ллагостера, Белки-активаторы бактериофага PSP3 и phi R73: анализ специфичности промотора. Журнал бактериологии, 1996. 178 (19): с. 5568-5572.
- ^ Цирманн Р. и др., Функции, участвующие в лизисе клетки-хозяина, индуцированном бактериофагом P2, и идентификации нового хвостового гена. Журнал бактериологии, 1994. 176 (16): с. 4974-4984.
- ^ Зимеки М. и др., Бактериофаги обеспечивают регуляторные сигналы при митоген-индуцированной пролиферации мышиных спленоцитов. Cell Mol Biol Lett, 2003. 8 (3): с. 699-711.
- ^ Ю, А. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Характеристика сайтов связывания двух белков, участвующих в системе сайт-специфической рекомбинации бактериофага P2. Журнал бактериологии, 1993. 175 (5): с. 1239-1249.
- ^ Лэнди, А., Динамические, структурные и регуляторные аспекты лямбда-сайт-специфической рекомбинации. Ежегодный обзор биохимии, 1989. 58 (1): с. 913-941.
- ^ Перейти обратно: а б Саха С., Б. Лундквист и Э. Хаггорд-Люнгквист, Ауторегуляция репрессора бактериофага P2 . Журнал EMBO, 1987. 6 (3): с. 809.
- ^ Бертани, Л.Е., Абортивная индукция бактериофага P2. Вирусология, 1968. 36 (1): с. 87-103.
- ^ Ю, А. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Белок Cox является модулятором направленности сайт-специфической рекомбинации бактериофага P2. Журнал бактериологии, 1993. 175 (24): с. 7848-7855.
- ^ Ботштейн, Д., ТЕОРИЯ МОДУЛЬНОЙ ЭВОЛЮЦИИ БАКТЕРИОФАГОВ *. Анналы Нью-Йоркской академии наук, 1980. 354 (1): с. 484-491.
- ^ Хендрикс, Р.В. и др., Эволюционные взаимоотношения между различными бактериофагами и профагами: все фаги в мире. Труды Национальной академии наук, 1999. 96 (5): с. 2192-2197.
- ^ Акерманн, Х.-В., Хвостатые бактериофаги: порядок Caudovirales. Достижения в области вирусных исследований, 1999. 51 : с. Р135-Р202.
- ^ Фейл, Э.Дж. и др., Рекомбинация в природных популяциях патогенных бактерий: краткосрочные эмпирические оценки и долгосрочные филогенетические последствия. Труды Национальной академии наук, 2001. 98 (1): с. 182-187.
- ^ Нильссон, А.С. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Обнаружение гомологичной рекомбинации среди родственников бактериофага P2. Молекулярная филогенетика и эволюция, 2001. 21 (2): с. 259-269.
- ^ Нильссон А.С. и Э. Хаггорд-Люнгквист, Эволюция P2-подобных фагов и их влияние на эволюцию бактерий. Исследования в области микробиологии, 2007. 158 (4): с. 311-317.
- ^ Эдлин, Г., Л. Лин и Р. Кудрна, λ Лизогены E. coli размножаются быстрее, чем нелизогены. 1975.
- ^ Эдлин, Г., Л. Лин и Р. Битнер, Репродуктивная пригодность P1, P2 и мю-лизогенов Escherichia coli. Дж. Вирол, 1977. 21 (2): с. 560-564.
- ^ Сваб, Д. и др., Вариабельность последовательностей геномов P2-подобных профагов, несущих оперон цитолетального токсина V в Escherichia coli O157. Appl Environ Microbiol, 2013. 79 (16): с. 4958-64.
2. Бертани, Г., ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЛИЗОГЕНЕЗУ I.: Способ высвобождения фага лизогенными Escherichia coli1. Журнал бактериологии, 1951. 62 (3): с. 293.