P1 fag

Escherichia virus P1
Virusklassificering
(orankad):	Virus
Rike :	Duplodnaviria
Rike:	Heunggongvirae
Provins:	Uroviricota
Klass:	Caudoviricetes
Beställa:	Caudovirales
Familj:	Myoviridae
Släkte:	Punavirus
Arter:	Escherichia-virus P1

P1 är en tempererad bakteriofag som infekterar Escherichia coli och några andra bakterier. När det genomgår en lysogen cykel existerar faggenomet som en plasmid i bakterien till skillnad från andra fager (t.ex. lambdafagen ) som integreras i värd-DNA. P1 har ett icosaedriskt huvud som innehåller DNA fäst vid en sammandragande svans med sex svansfibrer. P1-fagen har vunnit forskningsintresse eftersom den kan användas för att överföra DNA från en bakteriecell till en annan i en process som kallas transduktion . När den replikerar under sin lytiska cykel fångar den fragment av värdkromosomen. Om de resulterande virala partiklarna används för att infektera en annan värd kan de fångade DNA-fragmenten integreras i den nya värdens genom. Denna metod för genteknik in vivo användes flitigt i många år och används fortfarande idag, men i mindre utsträckning. P1 kan också användas för att skapa den P1-härledda artificiella kromosomkloningsvektorn som kan bära relativt stora fragment av DNA. P1 kodar för ett platsspecifikt rekombinas, Cre, som används allmänt för att utföra cellspecifik eller tidsspecifik DNA-rekombination genom att flankera mål-DNA:t med loxP -ställen (se Cre-Lox-rekombination ).

Morfologi

Virionet liknar strukturen T4-fagen men enklare. Den har ett ikosaedriskt huvud som innehåller genomet fäst vid ena spetsen till svansen. Svansen har ett rör omgivet av en sammandragande mantel. Den slutar i en bottenplatta med sex stjärtfibrer. Svansfibrerna är involverade i att fästa till värden och tillhandahålla specificitet.

Genom

Genomet för P1-fagen är måttligt stort, runt 93 Kbp i längd (jämfört med genomen av t.ex. T4 - 169 Kbp, lambda - 48 Kbp och Ff - 6,4 Kbp). I den virala partikeln är den i form av en linjär dubbelsträngad DNA-molekyl. När den väl har införts i värden cirkulerar den och replikerar som en plasmid.

I den virala partikeln är DNA-molekylen längre (110 Kbp) än genomets faktiska längd. Det skapas genom att skära ett fragment av lämplig storlek från en konkatemer DNA-kedja som har flera kopior av genomet (se avsnittet nedan om lys för hur detta görs). På grund av detta är ändarna på DNA-molekylen identiska. Detta hänvisas till som terminalt redundant. Detta är viktigt för att DNA:t ska cirkuleras i värden. En annan konsekvens av att DNA:t skärs ut ur en konkatemer är att en given linjär molekyl kan starta var som helst på det cirkulära genomet. Detta kallas en cyklisk permutation.

Genomet är särskilt rikt på Chi-sekvenser som känns igen av det bakteriella rekombinaset RecBCD . Genomet innehåller två ursprung för replikation: oriR som replikerar det under den lysogena cykeln och oriL som replikerar det under det lytiska stadiet. Genomet av P1 kodar för tre tRNA som uttrycks i det lytiska stadiet.

Proteome . Genomet av P1 kodar för 112 proteiner och 5 oöversatta gener och är ungefär dubbelt så stor som bakteriofag lambda .

Livscykel

Infektion och tidiga stadier

Fagpartikeln adsorberas på ytan av bakterien med användning av svansfibrerna för specificitet. Svansskidan drar ihop sig och fagens DNA injiceras i värdcellen. Värd-DNA-rekombinationsmaskineriet eller cre-enzymet som översatts från det virala DNA:t rekombinerar de terminalt överflödiga ändarna och cirkulerar genomet. Beroende på olika fysiologiska signaler kan fagen omedelbart fortsätta till den lytiska fasen eller så kan den gå in i ett lysogent tillstånd.

Genen som kodar för svansfibrerna har en uppsättning sekvenser som kan riktas mot ett platsspecifikt rekombinas Cin . Detta gör att den C-terminala änden av proteinet byter mellan två alternativa former med låg frekvens. De virala svansfibrerna är ansvariga för specificiteten för bindning till värdreceptorn. Målen för de virala svansfibrerna är under ett konstant tryck för att utvecklas och undvika bindning. Denna metod för rekombination av svansen gör att viruset kan hålla jämna steg med bakterien. Detta system har nära sekvenshomologi med rekombinationssystem i svansfibrerna hos obesläktade fager som mu-fagen och lambdafagen .

Lysogeni

Genomet av P1-fagen bibehålls som en plasmid med lågt kopietal i bakterien. Plasmidens relativt stora storlek kräver att den håller ett lågt antal kopior så att den inte blir en för stor metabolisk börda medan den är en lysogen. Eftersom det vanligtvis bara finns en kopia av plasmiden per bakteriegenom, har plasmiden en stor chans att inte överföras till båda dottercellerna. P1-plasmiden bekämpar detta med flera metoder:

• Plasmidreplikationen är hårt reglerad av en RepA-proteinberoende mekanism. Detta liknar den mekanism som används av flera andra plasmider. Det säkerställer att plasmiden delar sig i takt med värdgenomet.
• Sammankopplade plasmider kopplas snabbt bort genom Cre-lox-rekombination
• Plasmiden kodar för ett plasmidberoendesystem som dödar dotterceller som förlorar plasmiden. Den består av ett stabilt proteintoxin och ett antitoxin som reversibelt binder till och neutraliserar det. Celler som förlorar plasmiden dödas eftersom antitoxinet bryts ned snabbare än toxinet.

Lysis

Pl-plasmiden har ett separat replikationsursprung (oriL) som aktiveras under den lytiska cykeln. Replikering börjar med en vanlig dubbelriktad theta-replikering vid oriL men senare i den lytiska fasen växlar den till en rullande cirkelmetod för replikering med hjälp av värdrekombinationsmaskineriet. Detta resulterar i att många kopior av genomet finns på en enda linjär DNA-molekyl som kallas en konkatemer. Änden av concatemeren skärs en specifik plats som kallas pac- platsen eller förpackningsplatsen. Detta följs av packning av DNA i huvudena tills de är fulla. Resten av konkatemeren som inte passar in i ett huvud separeras och maskineriet börjar packa detta i ett nytt huvud. Placeringen av skärningen är inte sekvensspecifik. Varje huvud rymmer cirka 110 kbp DNA så det finns lite mer än en komplett kopia av genomet (~90 kbp) i varje huvud, med ändarna av strängen i varje huvud som är identiska. Efter infektion av en ny cell används denna terminala redundans av värdrekombinationsmaskineriet för att cyklisera genomet om det saknar två kopior av lox-lokuset. Om två lox-ställen är närvarande (ett i varje terminalt redundant ände) utförs cykliseringen av cre-rekombinaset.

När de fullständiga virionerna har satts samman lyseras värdcellen, vilket frisätter viruspartiklarna.

Historia

P1 upptäcktes 1951 av Giuseppe Bertani i Salvador Lurias laboratorium, men fagen studerades föga förrän Ed Lennox, även han i Lurias grupp, visade 1954–5 att den kunde transducera genetiskt material mellan värdbakterier. Denna upptäckt ledde till att fagen användes för genetiskt utbyte och genomkartläggning i E. coli , och stimulerade dess fortsatta studie som en modellorganism. På 1960-talet visade Hideo Ikeda och Jun-ichi Tomizawa att fagens DNA-genom var linjärt och dubbelsträngat, med redundans i ändarna. På 1970-talet karakteriserade Nat Sternberg det platsspecifika Cre -lox - rekombinationssystemet, vilket gör att det linjära genomet kan cirkulera för att bilda en plasmid efter infektion. Under 1980-talet utvecklade Sternberg P1 som en vektor för kloning av stora bitar av eukaryot DNA. En P1-genkarta baserad på en partiell DNA-sekvens publicerades 1993 av Michael Yarmolinsky och Małgorzata Łobocka, och genomet sekvenserades fullständigt av Łobocka och kollegor 2004.

externa länkar

• Viralzon : P1-liknande fag