stringtranslate.com

Фи Х 174

Структура капсида фага ΦX174
Схематическое изображение вириона вируса Зинсхаймера (также известного как Phix174microvirus )

Бактериофаг phi X 174 (или ΦX174 ) представляет собой вирус с одноцепочечной ДНК ( оцДНК ), который инфицирует Escherichia coli . Этот вирус был выделен в 1935 году Николя Булгаковым [1] в лаборатории Феликса д'Эреля в Институте Пастера из образцов, собранных в канализации Парижа. Его характеристика и изучение механизма репликации проводились с 1950-х годов. Это был первый геном на основе ДНК, который удалось секвенировать. Эта работа была завершена Фредом Сэнгером и его командой в 1977 году. [2] В 1962 году Уолтер Фирс и Роберт Синшеймер уже продемонстрировали физическую, ковалентно замкнутую кольцевость ДНК ΦX174. [3] Лауреат Нобелевской премии Артур Корнберг использовал ΦX174 в качестве модели, чтобы впервые доказать, что ДНК, синтезированная в пробирке с помощью очищенных ферментов, может производить все характеристики природного вируса, открывая эпоху синтетической биологии . [4] [5] В 1972–1974 годах Джерард Гурвиц , Сью Викнер и Рид Викнер с соавторами определили гены, необходимые для производства ферментов, катализирующих превращение одноцепочечной формы вируса в двухцепочечную репликативную форму. [6] В 2003 году группа Крейга Вентера сообщила, что геном ΦX174 был первым, который был полностью собран in vitro из синтезированных олигонуклеотидов. [7] Вирусная частица ΦX174 также была успешно собрана in vitro . [8] В 2012 году было показано, как его сильно перекрывающийся геном может быть полностью распакован и при этом оставаться функциональным. [9]

Геном

Геном бактериофага ΦX174, показывающий его 11 генов [10]

Этот бактериофаг имеет [+] смысловой кольцевой одноцепочечный геном ДНК длиной 5386 нуклеотидов . [10] Содержание GC в геноме составляет 44% и 95% нуклеотидов принадлежат кодирующим генам. Из-за сбалансированного характера оснований генома она используется в качестве контрольной ДНК для секвенаторов Illumina. [ нужна цитата ]

Гены

ΦX174 кодирует 11 генов, названных последовательными буквами алфавита в том порядке, в котором они были обнаружены, за исключением A*, который является альтернативным стартовым кодоном в больших генах A. Только гены А* и К считаются несущественными, хотя относительно А* есть некоторые сомнения, поскольку его стартовый кодон можно заменить на АТТ, но не на какую-либо другую последовательность. [11] Сейчас известно, что ATT, вероятно, все еще способен продуцировать белок [12] в E. coli , и поэтому этот ген на самом деле может быть важным.

Первая половина генома ΦX174 характеризуется высоким уровнем перекрывания генов [13] : восемь из 11 генов перекрываются как минимум на один нуклеотид. [2] Было показано, что эти перекрытия не являются существенными [9] , хотя рефакторинговый фаг с удаленными всеми перекрытиями генов имел меньшую приспособленность по сравнению с диким типом. [14]

Фаг ΦX174 использовался, чтобы попытаться установить отсутствие неоткрытой генетической информации с помощью подхода «доказательство путем синтеза». [15]

Транскриптом

В 2020 году был создан транскриптом ΦX174. [16] Примечательными особенностями транскриптома ΦX174 является серия из четырех относительно слабых промоторов последовательно с четырьмя Rho-независимыми (внутренними) терминаторами и одним Rho-зависимым терминатором. [ нужна цитата ]

Белки

ΦX174 кодирует 11 белков .

Протеом

Недавно сообщалось об идентификации всех белков ΦX174 с помощью масс-спектрометрии. [14]

Инфекционный цикл

Инфекция начинается, когда G-белок связывается с липополисахаридами на поверхности бактериальной клетки-хозяина. Белок H (или белок-пилот ДНК) направляет вирусный геном через бактериальную мембрану бактерий E.coli [18] , скорее всего, через предсказанную спираль N-концевого трансмембранного домена . [19] Однако стало очевидно, что белок H является многофункциональным белком. [20] Это единственный вирусный капсидный белок ΦX174, у которого отсутствует кристаллическая структура по нескольким причинам. Он имеет низкое содержание ароматических веществ и высокое содержание глицина , что делает структуру белка очень гибкой, и, кроме того, отдельные атомы водорода (группа R для глицинов) трудно обнаружить при кристаллографии белка. Кроме того, белок H индуцирует лизис бактериального хозяина в высоких концентрациях, поскольку предсказанная N-концевая трансмембранная спираль легко протыкает дыры в бактериальной стенке. По данным биоинформатики , этот белок содержит четыре предсказанных спиральных домена, которые имеют значительную гомологию с известными факторами транскрипции. Кроме того, было установлено, что белок H de novo необходим для оптимального синтеза других вирусных белков. [21] Мутации белка H, которые препятствуют внедрению вируса, можно преодолеть, если ввести избыточное количество белка B, внутреннего каркасного белка. [ нужна цитата ]

ДНК выбрасывается через гидрофильный канал в 5-кратной вершине. [22] Предполагается, что белок H находится в этой области, но экспериментальные данные не подтвердили его точное местоположение. Попав внутрь бактерии-хозяина, репликация генома [+] оцДНК происходит через промежуточную ДНК с отрицательным смыслом. Это происходит, когда фаговый геном скручивается, а вторичная структура, образованная в результате такой сверхскручивания, притягивает примосомный белковый комплекс. Он один раз транслоцируется по геному и синтезирует [-] оцДНК из положительного исходного генома. [+] Геномы оцДНК для упаковки в вирусы создаются на основе механизма вращающегося круга. Это механизм, с помощью которого двухцепочечный суперспиральный геном разрывается на положительной цепи кодируемым вирусом белком А, что также привлекает бактериальную ДНК-полимеразу (ДНАП) к месту расщепления. DNAP использует отрицательную цепь в качестве матрицы для придания ДНК положительного смысла. Транслоцируясь по геному, он вытесняет внешнюю цепь уже синтезированной ДНК, которая немедленно покрывается белками SSBP . Белок А расщепляет весь геном каждый раз, когда распознает исходную последовательность. [ нужна цитата ]

Поскольку белок D является наиболее распространенным транскриптом гена, его больше всего в вирусном прокапсиде. Аналогично, транскрипты генов F, J и G более распространены, чем H, поскольку стехиометрия этих структурных белков составляет 5:5:5:1. Примосомы представляют собой белковые комплексы, которые прикрепляют/связывают фермент геликазу с матрицей. Примосомы дают цепям РНК праймеры для синтеза ДНК. [ нужна цитата ]

Филогенетика и разнообразие

ΦX174 тесно связан с другими микровирусами , особенно с фагом NC (например, NC1, NC7, NC11, NC16, NC37, NC5, NC41, NC56, NC51 и т. д.) и более отдаленно связан с G4-подобными фагами и еще более отдаленно связан с к α3-подобному фагу. Рокита и др. В 2006 г. было представлено филогенетическое древо их взаимоотношений. [23]

Использование

Экспериментальная эволюция

ΦX174 использовался в качестве модельного организма во многих эволюционных экспериментах. [24]

Биотехнология

ФХ174 регулярно используется в качестве положительного контроля при секвенировании ДНК из-за его относительно небольшого размера генома по сравнению с другими организмами, относительно сбалансированного содержания нуклеотидов — около 23% G, 22% C, 24% A и 31% T, т.е. 45% G+C и 55% A+T, см. номер NC_001422.1 [10] для его последовательности длиной 5386 нуклеотидов. В инструментах секвенирования Illumina в качестве положительного контроля используется ΦX174, [25] и один цикл секвенирования Illumina может покрыть геном ΦX174 несколько миллионов раз, что делает его, весьма вероятно, наиболее тщательно секвенированным геномом в истории. [ нужна цитата ]

ΦX174 также используется для проверки устойчивости средств индивидуальной защиты к вирусам, передающимся через кровь. [26]

ΦX174 также был модифицирован для обеспечения пептидного дисплея (фагового дисплея) из белка вирусного капсида G. [27]

Синтетическая биология

Геном ΦX174 был первым фагом, клонированным в дрожжах, [9] что обеспечивает удобный сухой док для модификаций генома. [28] ΦX174 также был первым геномом, который был полностью распакован, и все перекрытия генов были удалены. [13] Эффект этих изменений привел к значительному снижению прикрепления к хозяину, нарушению регуляции экспрессии белка и чувствительности к теплу. [14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лакович, Здравко; Толян, Карло (20 декабря 2020 г.). «Владимир Сертич: забытый пионер вирусологии и бактериофаговой терапии». Примечания и записи: Журнал Королевского общества истории науки . 74 (4): 567–578. дои : 10.1098/rsnr.2019.0010. ISSN  0035-9149. ПМЦ  7653334 . ПМИД  33177747.
  2. ^ ab Сэнгер Ф., Air GM, Баррелл Б.Г., Браун Н.Л., Коулсон А.Р., Фиддес Калифорния и др. (февраль 1977 г.). «Нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага phi X174». Природа . 265 (5596): 687–95. Бибкод : 1977Natur.265..687S. дои : 10.1038/265687a0. PMID  870828. S2CID  4206886.
  3. ^ Фирс В., Зиншаймер Р.Л. (октябрь 1962 г.). «Структура ДНК бактериофага фи-X174. III. Ультрацентрифужное доказательство кольцевой структуры». Журнал молекулярной биологии . 5 (4): 424–34. дои : 10.1016/S0022-2836(62)80031-X. ПМИД  13945085.
  4. ^ Национальная библиотека медицинских профилей в области науки. Документы Артура Корнберга. «Создание жизни в пробирке», 1959–1970 гг. ссылка [ нужен неосновной источник ]
  5. ^ Гулиан М., Корнберг А., Зиншаймер Р.Л. (декабрь 1967 г.). «Ферментативный синтез ДНК XXIV. Синтез ДНК инфекционного фага фи-Х174». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 58 (6): 2321–8. Бибкод : 1967PNAS...58.2321G. дои : 10.1073/pnas.58.6.2321 . JSTOR  58720. PMC 223838 . ПМИД  4873588. 
  6. ^ Викнер С., Гурвиц Дж. (октябрь 1974 г.). «Преобразование вирусной ДНК phiX174 в двухцепочечную форму очищенными белками Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 71 (10): 4120–4. дои : 10.1073/pnas.71.10.4120 . ПМК 434340 . ПМИД  4610569. 
  7. ^ Смит Х.О., Хатчисон Калифорния, Пфанкох С., Вентер Дж.К. (декабрь 2003 г.). «Создание синтетического генома путем сборки всего генома: бактериофаг phiX174 из синтетических олигонуклеотидов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (26): 15440–5. Бибкод : 2003PNAS..10015440S. дои : 10.1073/pnas.2237126100 . JSTOR  3149024. PMC 307586 . ПМИД  14657399. 
  8. ^ Черва Дж.Э., Органтини Л.Дж., Эшли Р.Э., Хафенштейн С.Л., Фейн Б.А. (сентябрь 2011 г.). «СБОРКА прокапсида øX174 in VITRO из олигомеров внешнего каркасного белка и ранних промежуточных продуктов сборки пентамеров». Журнал молекулярной биологии . 412 (3): 387–96. дои : 10.1016/j.jmb.2011.07.070. ПМИД  21840317.
  9. ^ abc Jaschke PR, Либерман EK, Родригес Дж, Сьерра А, Энди Д (декабрь 2012 г.). «Полностью декомпрессированный синтетический геном бактериофага øX174, собранный и заархивированный в дрожжах». Вирусология . 434 (2): 278–84. дои : 10.1016/j.virol.2012.09.020 . ПМИД  23079106.
  10. ^ abc Фаг Enterobacteria phiX174 sensu lato , полный геном. «Полный геном: доступ NC_001422», Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 30 января 2016 г.
  11. ^ Баас П.Д., Ливеринк Х., ван Теффелен Х.А., ван Мансфельд А.Д., ван Бум Дж.Х., Янс Х.С. (июнь 1987 г.). «Изменение стартового кодона ATG белка A бактериофага phi X174 на кодон АТТ дает жизнеспособный фаг, что указывает на то, что белок A не важен для размножения phi X174». Письма ФЭБС . 218 (1): 119–25. дои : 10.1016/0014-5793(87)81030-x . PMID  2954853. S2CID  24174007.
  12. ^ Хехт А., Глазго Дж., Яшке П.Р., Бавазер Л.А., Мансон М.С., Кокран Дж.Р. и др. (апрель 2017 г.). «Измерения инициации трансляции всех 64 кодонов E. coli». Исследования нуклеиновых кислот . 45 (7): 3615–3626. дои : 10.1093/nar/gkx070. ПМК 5397182 . ПМИД  28334756. 
  13. ^ аб 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. doi : 10.1038/s41576-021-00417-w. ISSN  1471-0064. ПМЦ 8490965 . ПМИД  34611352. 
  14. ^ abc Райт Б.В., Руан Дж., Моллой, член парламента, Яшке П.Р. (ноябрь 2020 г.). «Модуляризация генома показывает, что перекрывающаяся топология генов необходима для эффективного воспроизводства вирусов». ACS Синтетическая биология . 9 (11): 3079–3090. doi : 10.1021/acsynbio.0c00323. PMID  33044064. S2CID  222300240.
  15. ^ Яшке П.Р., Дотсон Г.А., Хунг К.С., Лю Д., Энди Д. (ноябрь 2019 г.). «Окончательная демонстрация путем синтеза полноты аннотации генома». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (48): 24206–24213. дои : 10.1073/pnas.1905990116 . ПМК 6883844 . ПМИД  31719208. 
  16. ^ Логель Д.Ю., Яшке П.Р. (август 2020 г.). «Карта транскрипции бактериофага φX174 высокого разрешения». Вирусология . 547 : 47–56. дои : 10.1016/j.virol.2020.05.008 . PMID  32560904. S2CID  219459208.
  17. ^ Фейн Б.А., Брентлингер К.Л., Берч А.Д., Чен М., Хафенштейн С., Мур Э., Новак С.Р., Утияма А. (2006). «ɸX174 и др., Микровирусы ». В Календаре R (ред.). Бактериофаги (2-е изд.). Нью-Йорк: Оксфордский университет. Нажимать. п. 130. ИСБН 978-0195148503.
  18. ^ Джазвински С.М., Линдберг А.А., Корнберг А. (июль 1975 г.). «Липополисахаридный рецептор бактериофага phiX174 и S13». Вирусология . 66 (1): 268–82. дои : 10.1016/0042-6822(75)90197-x. ПМИД  1094681.
  19. ^ Туснади Г.Е., Симон I (сентябрь 2001 г.). «Сервер прогнозирования трансмембранной топологии HMMTOP». Биоинформатика . 17 (9): 849–50. дои : 10.1093/биоинформатика/17.9.849 . ПМИД  11590105.
  20. ^ Черва Дж. Э., Янг Л. Н., Фейн Б. А. (март 2011 г.). «Развязка функций многофункционального белка: выделение мутанта пилотного белка ДНК, который влияет на морфогенез частиц». Вирусология . 411 (1): 9–14. дои : 10.1016/j.virol.2010.12.026 . ПМИД  21227478.
  21. ^ Рубоянес М.В., Чен М., Дубрава М.С., Черва Дж.Э., Фейн Б.А. (октябрь 2009 г.). «Экспрессия пилотных белков ДНК с делецией N-конца ингибирует ранние стадии репликации phiX174». Журнал вирусологии . 83 (19): 9952–6. дои : 10.1128/JVI.01077-09. ПМК 2748053 . ПМИД  19640994. 
  22. ^ Маккенна Р., Ся Д., Виллингманн П., Илаг Л.Л., Кришнасвами С., Россманн М.Г. и др. (январь 1992 г.). «Атомная структура одноцепочечной ДНК бактериофага phi X174 и ее функциональное значение». Природа . 355 (6356): 137–43. Бибкод : 1992Natur.355..137M. дои : 10.1038/355137a0. ПМК 4167681 . ПМИД  1370343. 
  23. ^ Рокита Д.Р., Берч К.Л., Кодл С.Б., Вичман Х.А. (февраль 2006 г.). «Горизонтальный перенос генов и эволюция геномов колифагов микровиридов». Журнал бактериологии . 188 (3): 1134–42. дои : 10.1128/JB.188.3.1134-1142.2006. ПМЦ 1347346 . ПМИД  16428417. 
  24. ^ Wichman HA, Brown CJ (август 2010 г.). «Экспериментальная эволюция вирусов: микровирусы как модельная система». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 365 (1552): 2495–501. дои : 10.1098/rstb.2010.0053. ПМЦ 2935103 . ПМИД  20643739. 
  25. ^ «Использование элемента управления PhiX для циклов секвенирования HiSeq®» . Иллюмина. Архивировано из оригинала 9 января 2019 года . Проверено 8 января 2019 г.
  26. ^ «Информация о СИЗ - Стандартные детали» . wwwn.cdc.gov . Проверено 8 февраля 2019 г.
  27. ^ Кристакос К.Дж., Чепмен Дж.А., Фейн Б.А., Кампос С.К. (январь 2016 г.). «PhiXing-it, отображение чужеродных пептидов на бактериофаге ΦX174». Вирусология . 488 : 242–8. doi :10.1016/j.virol.2015.11.021. ПМК 6191337 . ПМИД  26655242. 
  28. ^ Андо Х., Лемир С., Пирес Д.П., Лу Т.К. (сентябрь 2015 г.). «Разработка модульных вирусных каркасов для целевого редактирования бактериальной популяции». Клеточные системы . 1 (3): 187–196. doi :10.1016/j.cels.2015.08.013. ПМЦ 4785837 . ПМИД  26973885. 

Внешние ссылки