stringtranslate.com

Бактериофаг М13


M13 — один из фагов Ff (другие — fd и f1), член семейства нитчатых бактериофагов ( иновирусов ). Фаги Ff состоят из кольцевой одноцепочечной ДНК ( ssDNA ), которая в случае фага m13 имеет длину 6407 нуклеотидов и инкапсулирована примерно в 2700 копий основного белка оболочки p8 и покрыта примерно 5 копиями каждого из четырех различных второстепенных белков оболочки (p3 и p6 на одном конце и p7 и p9 на другом конце). [1] [2] [3] Малый белок оболочки p3 прикрепляется к рецептору на кончике пиля F хозяина Escherichia coli . Жизненный цикл относительно короткий, раннее потомство фага покидает клетку через десять минут после заражения. Фаги Ff — хронические фаги, высвобождающие свое потомство, не убивая клетки хозяина. Инфекция вызывает мутные бляшки в газонах E. coli , промежуточной непрозрачности по сравнению с обычными бляшками лизиса. Однако в инфицированных клетках наблюдается снижение скорости роста клеток. Репликативная форма M13 представляет собой кольцевую двухцепочечную ДНК, похожую на плазмиды , которые используются для многих процессов рекомбинантной ДНК , и вирус также использовался для фагового дисплея , направленной эволюции , наноструктур и нанотехнологических приложений. [4] [5] [6]

Частицы фага

Фаговая оболочка в основном собирается из белка из 50 аминокислот , называемого p8, который кодируется геном 8 в геноме фага . Для частицы дикого типа M13 требуется приблизительно 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] Фаг, по-видимому, ограничен примерно вдвое большим содержанием естественной ДНК. Однако удаление фагового белка (p3) предотвращает полный выход из хозяина E. coli , и можно увидеть, как фаги, длина которых в 10-20 раз больше нормальной, с несколькими копиями генома фага, покидают хозяина E. coli .

На одном конце нити находятся до пяти копий поверхностного белка (p9) и более скрытый сопутствующий белок (p7). Если p8 образует стержень фага, p9 и p7 образуют «тупой» конец, который виден на микрофотографиях. Эти белки очень малы, содержат всего 33 и 32 аминокислоты соответственно, хотя некоторые дополнительные остатки могут быть добавлены к N-концевой части каждого, которые затем представлены на внешней стороне оболочки. На другом конце фаговой частицы находятся пять копий поверхностного белка (p3) и его менее экспонированного вспомогательного белка (p6). Они образуют закругленный кончик фага и являются первыми белками, взаимодействующими с хозяином E. coli во время инфекции. Белок p3 также является последней точкой контакта с хозяином, когда новый фаг отпочковывается от бактериальной поверхности. [8] [9] [10] Производство фаговых частиц заставляет клетку-хозяина расти и делиться, но это не приводит к лизису клетки. [8]

Репликация вкишечная палочка

Проникновение вируса в клетку-хозяина опосредовано белком p3, в частности доменами N, связывающимися с первичными и вторичными рецепторами клетки-хозяина. [11] После того, как положительная одноцепочечная ДНК проникает в клетку, она дублируется, образуя двухцепочечную ДНК, которая затем используется для транскрипции мРНК, которая будет строить белки. [8]

Ниже приведены этапы репликации M13 в E. coli .

Фаговые белки в цитоплазме — это p2, p10 и p5, и они являются частью процесса репликации ДНК. Другие фаговые белки синтезируются и вставляются в цитоплазматические или внешние мембраны.

Необычно то, что основной белок оболочки может встраиваться в мембраны после трансляции, даже в те, в которых отсутствуют структуры транслокации, и даже в липосомы без содержания белка. [12]

Исследовать

Джордж Смит , среди прочих, показал, что фрагменты эндонуклеазы EcoRI могут быть слиты в уникальном сайте Bam нитчатого фага f1 и, таким образом, экспрессированы в гене 3, белок p3 которого был доступен извне. У M13 нет этого уникального сайта Bam в гене 3. M13 пришлось спроектировать так, чтобы у него были доступные сайты вставки, что сделало его ограниченным в его гибкости при работе со вставками разного размера. Поскольку система отображения фага M13 обеспечивает большую гибкость в расположении и количестве рекомбинантных белков на фаге, она является популярным инструментом для конструирования или использования в качестве каркаса для наноструктур. [13] Например, фаг можно спроектировать так, чтобы на каждом конце и по всей его длине был разный белок. Это можно использовать для сборки таких структур, как нанопровода из золота или оксида кобальта для батарей [14] или для упаковки углеродных нанотрубок в прямые пучки для использования в фотоэлектрических устройствах. [15] Капсид M13 также является первой неповрежденной вирусной структурой, которая когда-либо была полностью решена с помощью твердотельного ЯМР . [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: Сборка генетически-структурированной детерминированной химической кинетической симуляции». Вирусология . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  2. ^ Rakonjac J , Das B, Derda R (2016). «Редакционная статья: Нитчатый бактериофаг в био/нано/технологии, бактериальном патогенезе и экологии». Frontiers in Microbiology . 7 : 2109. doi : 10.3389/fmicb.2016.02109 . PMC 5179506. PMID  28066406 . 
  3. ^ Roux S, Krupovic M, Daly RA, Borges AL, Nayfach S, Schulz F и др. (ноябрь 2019 г.). «Криптические иновирусы, обнаруженные как широко распространенные среди бактерий и архей в биомах Земли». Nature Microbiology . 4 (11): 1895–1906. doi :10.1038/s41564-019-0510-x. PMC 6813254 . PMID  31332386. 
  4. ^ Khalil AS, Ferrer JM, Brau RR, Kottmann ST, Noren CJ, Lang MJ, Belcher AM (март 2007 г.). «Привязывание и растяжение одного бактериофага M13». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (12): 4892–7. doi : 10.1073/pnas.0605727104 . PMC 1829235. PMID  17360403 . 
  5. ^ Suthiwangcharoen N, Li T, Li K, Thompson P, You S, Wang Q (май 2011 г.). «Наносборки бактериофага-полимера M13 как средства доставки лекарств». Nano Research . 4 (5): 483–93. doi :10.1007/s12274-011-0104-2. S2CID  97544776.
  6. ^ Esvelt KM, Carlson JC, Liu DR (апрель 2011 г.). «Система для непрерывной направленной эволюции биомолекул». Nature . 472 (7344): 499–503. Bibcode :2011Natur.472..499E. doi :10.1038/nature09929. PMC 3084352 . PMID  21478873. 
  7. ^ Sattar S, Bennett NJ, Wen WX, Guthrie JM, Blackwell LF, Conway JF, Rakonjac J (2015). "Ff-nano, короткие функционализированные наностержни, полученные из нитевидного бактериофага Ff (f1, fd или M13)". Frontiers in Microbiology . 6 : 316. doi : 10.3389/fmicb.2015.00316 . PMC 4403547. PMID  25941520 . 
  8. ^ abc Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: Сборка генетически-структурированной детерминированной химической кинетической симуляции». Вирусология . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  9. ^ Moon; Choi; Jeong; Sohn; Han; Oh (2019-10-11). "Исследовательский прогресс в области биосенсоров на основе бактериофага M13". Nanomaterials . 9 (10): 1448. doi : 10.3390/nano9101448 . ISSN  2079-4991. PMC 6835900. PMID 31614669  . 
  10. ^ Хаазе, Максимилиан; Тессмер, Лутц; Кёнлехнер, Лилиан; Кун, Андреас (2022-05-27). «Машина сборки фага M13 имеет олигомерную кольцевую структуру, охватывающую мембрану». Вирусы . 14 (6): 1163. doi : 10.3390/v14061163 . ISSN  1999-4915. PMC 9228878. PMID  35746635 . 
  11. ^ Беннетт, Николас Дж.; Гагич, Драгана; Сазерленд-Смит, Эндрю Дж.; Раконьяц, Ясна (2011). «Характеристика домена с двойной функцией, который опосредует вставку в мембрану и удаление нитчатого бактериофага Ff». Журнал молекулярной биологии . 411 (5): 972–985. doi :10.1016/j.jmb.2011.07.002. ISSN  0022-2836. PMID  21763316.
  12. ^ Рапопорт ТА, Юнгникель Б, Кутай У (1996). «Транспорт белков через эукариотический эндоплазматический ретикулум и внутренние мембраны бактерий». Ежегодный обзор биохимии . 65 (1). Ежегодные обзоры : 271–303. doi :10.1146/annurev.bi.65.070196.001415. PMID  8811181.
  13. ^ Huang Y, Chiang CY, Lee SK, Gao Y, Hu EL, De Yoreo J, Belcher AM (июль 2005 г.). «Программируемая сборка наноархитектур с использованием генетически модифицированных вирусов». Nano Letters . 5 (7): 1429–34. Bibcode : 2005NanoL...5.1429H. doi : 10.1021/nl050795d. PMID  16178252.
  14. ^ Nam KT, Kim DW, Yoo PJ, Chiang CY, Meethong N, Hammond PT и др. (май 2006 г.). «Вирусный синтез и сборка нанопроводов для электродов литий-ионных аккумуляторов». Science . 312 (5775): 885–8. Bibcode :2006Sci...312..885N. doi :10.1126/science.1122716. PMID  16601154. S2CID  5105315.
  15. ^ Dang X, Yi H, Ham MH, Qi J, Yun DS, Ladewski R и др. (апрель 2011 г.). «Самоорганизующиеся однослойные углеродные нанотрубки с использованием вирусного шаблона для высокоэффективного сбора электронов в фотоэлектрических устройствах». Nature Nanotechnology . 6 (6): 377–84. Bibcode :2011NatNa...6..377D. doi :10.1038/nnano.2011.50. PMID  21516089.
  16. ^ Morag O, Sgourakis NG, Baker D, Goldbourt A (январь 2015 г.). «Модель капсида NMR–Rosetta бактериофага M13 выявляет четырехкратный гидрофобный эпитоп упаковки». Труды Национальной академии наук . 112 (4): 971–976. doi :10.1073/pnas.1415393112. PMC 4313819. PMID  25587134 . 

Дальнейшее чтение