Фаг Т7
| Вирус эшерихии Т7 | |
|---|---|
 | |
Классификация вирусов  | |
| (без рейтинга): | Вирус |
| Область : | Дуплоднавирия |
| Королевство: | Хынггунвирэ |
| Тип: | Уровироката |
| Сорт: | Каудовирицеты |
| Заказ: | Каудовирусы |
| Семья: | Автографивирусиды |
| Род: | Тесептимавирус |
| Разновидность: | Вирус эшерихии Т7 |
Бактериофаг Т7 (или фаг Т7 ) представляет собой бактериофаг , вирус, поражающий бактерии. Он заражает большинство штаммов Escherichia coli и размножается через этих хозяев. Бактериофаг Т7 имеет литический жизненный цикл , то есть он разрушает заражаемую клетку. Он также обладает несколькими свойствами, которые делают его идеальным фагом для экспериментов: его очистка и концентрация дают стабильные результаты химических анализов; [2] его можно сделать неинфекционным под воздействием ультрафиолетового света; [3] и его можно использовать в фаговом дисплее для клонирования РНК-связывающих белков . [3]
Открытие
[ редактировать ]В исследовании Демерека и Фано, проведенном в 1945 году, [4] Т7 использовался для описания одного из семи типов фагов (от Т1 до Т7), которые литически растут на Escherichia coli . [5] Хотя все семь фагов были пронумерованы произвольно, позже было обнаружено, что фаги с нечетными номерами, или Т-нечетные фаги, имеют общие морфологические и биохимические особенности, которые отличают их от Т-четных фагов. [6] Прежде чем получить физическое обозначение Т7, фаг 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. [7] [5]
Хозяева
[ редактировать ]Т7 растет на шероховатых штаммах Escherichia coli (т.е. на тех, у которых нет полноразмерного О-антигена полисахарида на поверхности) и некоторых других кишечных бактериях , но близкие родственники также заражают гладкие и даже капсулированные штаммы. [8]
Структура вириона
[ редактировать ]
Вирус имеет сложную структурную симметрию: капсид фага имеет икосаэдрическую форму (двадцать граней) с внутренним диаметром 55 нм и хвостом диаметром 19 нм и длиной 28,5 нм, прикрепленным к капсиду. [9] Выброс белков из капсида при заражении приводит к изменению структуры вируса при попадании в клетку. [10]
Геном
[ редактировать ]Геном Т7 фага [11] был одним из первых полностью секвенированных геномов и был опубликован в 1983 году. [12] Головка фаговой частицы содержит размером примерно 40 т.п.н. геном дцДНК , который кодирует 55 белков. [13] В геноме имеется множество перекрывающихся генов. [14] которые были частично удалены посредством «рефакторинга» генома для создания T7.1. [15]
![Схематическое изображение генома фага Т7. Ячейки — это гены, цифры — это номера генов. Цвета обозначают функциональные группы, как показано на рисунке. Белые ящики — это гены с неизвестной функцией или без аннотаций. Изменено после [5]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/db/T7_phage_genome.png/500px-T7_phage_genome.png)
Жизненный цикл
[ редактировать ]Т7 имеет жизненный цикл 17 минут при 37˚C, т.е. время от заражения до лизиса клетки-хозяина, когда высвобождаются новые фаги. Из-за короткого латентного периода большинство физиологических исследований проводится при температуре 30°C, при которой инфицированные клетки лизируются через 30 минут. Однако были выделены высокоприспособленные штаммы Т7 с латентным периодом всего ~11 минут при 37°C, растущие в оптимальных условиях на богатой среде. Этот адаптированный фаг может претерпевать эффективное увеличение своей популяции более чем на 10 13 за один час роста. [16]
Заражение бактериями-хозяевами
[ редактировать ]
Фаг Т7 распознает определенные рецепторы на поверхности клеток E. coli и связывается с поверхностью клетки своими вирусными хвостовыми волокнами. У некоторых штаммов Т7 хвостовые волокна заменены хвостовыми шипами, которые разрушают О- или К-антигены на поверхности клетки посредством ферментативной активности . [5]
В процессе адсорбции и проникновения лизоцимы создают отверстие в слое пептидогликана бактериальной клеточной стенки, позволяющее перенести вирусную ДНК в бактерию. Короткий, короткий хвост Т7-подобного фага слишком короток, чтобы охватить клеточную оболочку, и чтобы выбросить геном фага в клетку в начале инфекции, вирионные белки должны сначала создать канал на кончике хвоста. в цитоплазму клетки. [17] Фаг также высвобождает пять белков, необходимых для начала репликации вирусного генома и расщепления генома хозяина. [18] Бактериофаг Т7 был разработан для преодоления некоторых защитных механизмов бактерий-хозяев, включая клеточную стенку пептидогликана и систему CRISPR . [18] Как только фаг Т7 внедрил вирусный геном, процесс репликации ДНК генома хозяина останавливается и начинается репликация вирусного генома. [19]
В оптимальных условиях фаг Т7 может завершить литический процесс в течение 25 минут, что приводит к гибели клетки-хозяина E. coli . Во время лизиса вирус может произвести более 100 потомков. [18]
Компоненты
[ редактировать ]Gp5 (кодируется геном gp5 ) представляет собой ДНК-полимеразу Т7 . ДНК-полимераза Т7 использует E. coli , эндогенный тиоредоксин белок REDOX, в качестве скользящего зажима ДНК фага во время репликации ДНК (хотя тиоредоксин обычно выполняет другую функцию). Скользящий зажим удерживает полимеразу на ДНК, что увеличивает скорость синтеза. [20]
Репликация и репарация ДНК
[ редактировать ]Фаг Т7 имеет простейшую из известных ДНК- реплисом , состоящую из геликазы и примазы , которые расположены в одной полипептидной цепи, образующей гексамер в присутствии ДНК и АТФ или dTTP . ДНК-полимераза Т7 при помощи E. coli тиоредоксина осуществляет синтез ДНК как ведущей, так и отстающей цепи .
У фага Т7 двухцепочечные разрывы ДНК, вероятно, восстанавливаются путем вставки участка донорской ДНК в разрыв в месте разрыва. [21] Этому восстановлению двухцепочечных разрывов способствует белок гена 2.5, который способствует отжигу гомологичных комплементарных цепей ДНК . [22]
Репликативные промежуточные соединения
[ редактировать ]Реплицирующая внутриклеточная ДНК фага Т7, растянутая после лизиса клеток, обычно длиннее, чем зрелая хромосома фага (от 11 до 15 мкМ), и может иметь форму сильно сцепленных линейных нитей, длина которых до 66 раз превышает длину зрелого фага. хромосома. [23] Реплицирующуюся ДНК также можно увидеть в форме спиральных кольцевых структур, которые, по-видимому, соответствуют конфигурациям ДНК с множеством петель, в которых суперспиральные завитки, необходимые для уплотнения ДНК, устраняются за счет разрыва цепи при лизисе клеток. [23]
Приложения в молекулярной биологии
[ редактировать ]Последовательность промотора Т7 широко используется в молекулярной биологии из-за ее чрезвычайно высокого сродства к РНК-полимеразе Т7 и, следовательно, высокого уровня экспрессии. [3] [2]
Т7 использовался в качестве модели в синтетической биологии . Чан и др. (2005) « провели рефакторинг » генома Т7, заменив примерно 12 т.п.н. его генома модифицированной ДНК. [15] Сконструированная ДНК была разработана так, чтобы с ней было легче работать несколькими способами: отдельные функциональные элементы были разделены сайтами эндонуклеазы рестрикции для простой модификации, а перекрывающиеся домены, кодирующие белок, были разделены и, при необходимости, модифицированы молчащими мутациями одной пары оснований .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Падилья-Санчес, Виктор (10 июля 2021 г.), Структурная модель бактериофага T7 с атомным разрешением , doi : 10.5281/zenodo.5133295 , получено 24 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Стьюдер, Ф. Уильям (1 ноября 1969 г.). «Генетика и физиология бактериофага Т7». Вирусология . 39 (3): 562–574. дои : 10.1016/0042-6822(69)90104-4 . ISSN 0042-6822 . ПМИД 4902069 .
- ^ Jump up to: а б с Теэсалу, Тамбет; Сугахара, Кадзуки Н.; Руослахти, Эркки (1 января 2012 г.). «Картирование сосудистых почтовых индексов с помощью фагового дисплея». В Витрупе, К. Дейн; Вердин, Грегори Л. (ред.). Методы энзимологии . Академическая пресса. стр. 35–56. дои : 10.1016/B978-0-12-396962-0.00002-1 . ПМИД 22230564 .
- ^ Демерец, М; Фано, Ю (15 марта 1945 г.). «Устойчивые к бактериофагам мутанты Escherichia coli » . Генетика . 30 (2): 119–136. дои : 10.1093/генетика/30.2.119 . ПМК 1209279 . ПМИД 17247150 .
- ^ Jump up to: а б с д Дома, роман; Блаше, Соня; Докланд, Терье; Хаггорд-Люнгквист, Элизабет; фон Брунн, Альбрехт; Салас, Маргарита; Касьенс, Шервуд; Молино, Ян; Утц, Питер (2012). «Белко-белковые взаимодействия бактериофагов» . Достижения в области исследования вирусов . 83 : 219–298. дои : 10.1016/B978-0-12-394438-2.00006-2 . ПМЦ 3461333 . ПМИД 22748812 .
- ^ Каммак, Ричард; Этвуд, Тереза; Кэмпбелл, Питер; Пэриш, 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 .
- ^ Д'Эрель, Феликс (1926). Бактериофаг и его поведение . Балтимор, Мэриленд: Уильямс и Уилкинс. дои : 10.5962/bhl.title.7308 . LCCN 26009494 . ОСЛК 2394374 .
- ^ Молино, Ян Дж. (2006). «Глава 20: Группа Т7». В «Календаре», Ричард Лейн (ред.). Бактериофаги (2-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 277. ИСБН 9780195148503 .
- ^ «Тесептимавирус ~ Страница ViralZone» . www.viralzone.expasy.org . Проверено 18 ноября 2019 г.
- ^ Молино, Ян Дж.; Панджа, Дебабрата (март 2013 г.). «Выталкивание пробки: механизмы выброса фагового генома». Обзоры природы Микробиология . 11 (3): 194–204. дои : 10.1038/nrmicro2988 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 23385786 . S2CID 205498472 .
- ^ «Геном бактериофага Т7» . 9 сентября 2004 года . Проверено 18 мая 2011 г.
- ^ Данн, Джон Дж.; Стьюдер, Ф. Уильям; Готтесман, М. (июнь 1983 г.). «Полная нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага Т7 и расположение генетических элементов Т7». Журнал молекулярной биологии . 166 (4): 477–535. дои : 10.1016/S0022-2836(83)80282-4 . ПМИД 6864790 .
- ^ «Юнипрот: эталонный протеом бактериофага Т7» .
- ^ Райт, Брэдли В.; Моллой, Марк П.; Яшке, Пол Р. (5 октября 2021 г.). «Перекрывающиеся гены в природных и искусственно созданных геномах» . Обзоры природы Генетика . 23 (3): 154–168. дои : 10.1038/s41576-021-00417-w . ISSN 1471-0064 . ПМЦ 8490965 . ПМИД 34611352 .
- ^ Jump up to: а б Чан, Леон Ю; Косури, Шрирам; Энди, Дрю (январь 2005 г.). «Рефакторинг бактериофага Т7» . Молекулярная системная биология . 1 (1). дои : 10.1038/msb4100025 . ПМК 1681472 . ПМИД 16729053 .
- ^ Хейнеман, Ричард Х.; Булл, Джеймс Дж. (июль 2007 г.). «Тестирование оптимальности с помощью экспериментальной эволюции: время лизиса бактериофага» . Эволюция . 61 (7): 1695–1709. дои : 10.1111/j.1558-5646.2007.00132.x . ЧВК 1974807 . ПМИД 17598749 .
- ^ Чанг, Чунг-Ю; Кемп, Присцилла; Молино, Ян Дж. (март 2010 г.). «Gp15 и gp16 взаимодействуют при транспортировке ДНК бактериофага Т7 в инфицированную клетку» . Вирусология . 398 (2): 176–186. дои : 10.1016/j.virol.2009.12.002 . ПМК 2825023 . ПМИД 20036409 .
- ^ Jump up to: а б с Кимрон, Уди; Табор, Стэнли; Ричардсон, Чарльз К. «Новые подробности о взаимодействии бактериофага Т7 с хозяином» . Архивировано из оригинала 17 августа 2011 года.
- ^ Кульчик, А.В.; Ричардсон, CC (2016). «Система репликации бактериофага Т7». Ферменты . 39 : 89–136. дои : 10.1016/bs.enz.2016.02.001 . ПМИД 27241928 .
- ^ Джеффри, Констанс Дж. (январь 1999 г.). «Подрабатывающие белки». Тенденции биохимических наук . 24 (1): 8–11. дои : 10.1016/S0968-0004(98)01335-8 . ISSN 0968-0004 . ПМИД 10087914 .
- ^ Лай, Ин-Та; Маскер, Уоррен (апрель 2000 г.). «Репарация двухцепочечных разрывов путем включения молекулы гомологичной ДНК». Молекулярная микробиология . 36 (2): 437–446. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.01861.x . ПМИД 10792729 .
- ^ Ю, Человек; Маскер, Уоррен (15 марта 2001 г.). «Для восстановления двухцепочечного разрыва ДНК необходим белок, связывающий одноцепочечную ДНК Т7, но не хеликаза Т7» . Журнал бактериологии . 183 (6): 1862–1869. дои : 10.1128/JB.183.6.1862-1869.2001 . ПМК 95080 . ПМИД 11222583 .
- ^ Jump up to: а б Бернштейн, Кэрол; Бернштейн, Харрис (июнь 1974 г.). «Спиральные кольца ДНК, высвобожденные из клеток, инфицированных бактериофагами Т7 или Т4, или из неинфицированной Escherichia coli » . Журнал вирусологии . 13 (6): 1346–1355. doi : 10.1128/JVI.13.6.1346-1355.1974 . ПМЦ 355455 . ПМИД 4598784 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- T7 + Фаг в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Виралзона
- Новые подробности о взаимодействии T7-хоста . Микроб Журнал
- Эталонный протеом Т7 в Uniprot