stringtranslate.com

Бактериофаг М13


М13 — один из фагов Ff (fd и f1 — другие), член семейства нитчатых бактериофагов ( иновирусов ). Фаги Ff состоят из кольцевой одноцепочечной ДНК ( оцДНК ), которая в случае фага m13 имеет длину 6407 нуклеотидов и инкапсулирована примерно в 2700 копий основного белка оболочки p8 и кэпирована примерно по 5 копий каждого из четырех различных второстепенные белки оболочки (p3 и p6 на одном конце и p7 и p9 на другом конце). [1] [2] [3] Минорный белок оболочки p3 прикрепляется к рецептору на кончике F-пилуса хозяина Escherichia coli . Жизненный цикл относительно короткий: раннее потомство фага выходит из клетки через десять минут после заражения. Фаги Ff — это хронические фаги, высвобождающие свое потомство, не убивая клетки-хозяева. Инфекция вызывает мутные бляшки на газонах с E. coli средней степени непрозрачности по сравнению с обычными лизисными бляшками. Однако в инфицированных клетках наблюдается снижение скорости роста клеток. Плазмиды M13 используются во многих процессах рекомбинантной ДНК , а вирус также использовался для фагового дисплея , направленной эволюции , наноструктур и нанотехнологических приложений. [4] [5] [6]

Фаговые частицы

Фаговая оболочка в основном состоит из белка из 50 аминокислот, называемого p8, который кодируется геном 8 в геноме фага . Частице M13 дикого типа требуется примерно 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] Содержание ДНК в фаге, по-видимому, ограничено примерно в два раза. Однако делеция фагового белка (p3) предотвращает полный выход из хозяина E. coli , и можно увидеть, как фаг, длина которого в 10-20 раз превышает нормальную, с несколькими копиями фагового генома, выделяется из хозяина E. coli .

На одном конце нити находится до пяти копий поверхностного белка (p9) и более скрытого белка-компаньона (p7). Если р8 образует стержень фага, то р9 и р7 образуют «тупой» конец, который виден на микрофотографиях. Эти белки очень малы и содержат только 33 и 32 аминокислоты соответственно, хотя к N-концевой части каждого из них могут быть добавлены некоторые дополнительные остатки, которые затем появляются на внешней стороне оболочки. На другом конце фаговой частицы находятся пять копий поверхностного (p3) и менее подверженного воздействию вспомогательного белка (p6). Они образуют закругленный кончик фага и являются первыми белками, которые взаимодействуют с хозяином E. coli во время инфекции. Белок p3 также является последней точкой контакта с хозяином при отпочковании нового фага с поверхности бактерии. [8] [9] [10] Производство фаговых частиц заставляет клетку-хозяина расти и делиться, но не приводит к лизису клетки. [8]

Репликация в E. coli

Проникновение вируса в клетку-хозяина опосредовано белком p3, в частности N-доменами, связывающимися с первичными и вторичными рецепторами клетки-хозяина. [11] После того, как положительная одноцепочечная ДНК попадает 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. Остальные фаговые белки синтезируются и встраиваются в цитоплазматические или внешние мембраны.

Необычно то, что основной белок оболочки может вставлять после трансляции в мембраны, даже те, в которых отсутствуют транслокационные структуры, и даже в липосомы , не содержащие белка. [12]

Исследовать

Джордж Смит , среди других, показал, что фрагменты эндонуклеазы EcoRI могут быть слиты в уникальном сайте Bam нитчатого фага f1 и тем самым экспрессироваться в гене 3, белок p3 которого доступен извне. M13 не имеет этого уникального сайта Bam в гене 3. M13 необходимо было сконструировать так, чтобы он имел доступные сайты вставок, что ограничивало его гибкость при работе со вставками различного размера. Поскольку система фагового дисплея M13 обеспечивает большую гибкость в расположении и количестве рекомбинантных белков на фаге, она является популярным инструментом для создания или использования в качестве каркаса для наноструктур. [13] Например, фаг можно сконструировать так, чтобы он имел разные белки на каждом конце и по всей длине. Это можно использовать для сборки таких структур, как нанопроволоки из оксида золота или кобальта для батарей [14] или для упаковки углеродных нанотрубок в прямые жгуты для использования в фотоэлектрических устройствах. [15] Капсид M13 также является первой интактной вирусной структурой, которая когда-либо была полностью решена с помощью твердотельного ЯМР . [16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Смил С.В., Шмитт М.А., Перейра Р.Р., Прасад А., Фиск Дж.Д. (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: сборка генетически структурированного детерминированного химического кинетического моделирования». Вирусология . 500 : 259–274. дои : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . ПМИД  27644585.
  2. ^ Раконьяк Дж., Дас Б., Дерда Р. (2016). «Редакционная статья: Нитчатый бактериофаг в био/нано/технологиях, бактериальном патогенезе и экологии». Границы микробиологии . 7 : 2109. doi : 10.3389/fmicb.2016.02109 . ПМК 5179506 . ПМИД  28066406. 
  3. ^ Ру С., Крупович М., Дейли Р.А., Борхес А.Л., Найфач С., Шульц Ф. и др. (ноябрь 2019 г.). «Загадочные иновирусы, как выяснилось, широко распространены среди бактерий и архей во всех биомах Земли». Природная микробиология . 4 (11): 1895–1906. дои : 10.1038/s41564-019-0510-x. ПМК 6813254 . ПМИД  31332386. 
  4. ^ Халил А.С., Феррер Дж.М., Брау Р.Р., Коттманн С.Т., Норен С.Дж., Ланг М.Дж., Белчер AM (март 2007 г.). «Привязка и растяжение одного бактериофага M13». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (12): 4892–7. дои : 10.1073/pnas.0605727104 . ПМЦ 1829235 . ПМИД  17360403. 
  5. ^ Сутиванчароен Н, Ли Т, Ли К, Томпсон П, Ю С, Ван К (май 2011 г.). «Наносборки бактериофаг-полимер М13 как средства доставки лекарств». Нано-исследования . 4 (5): 483–93. дои : 10.1007/s12274-011-0104-2. S2CID  97544776.
  6. ^ Эсвелт К.М., Карлсон Дж.К., Лю Д.Р. (апрель 2011 г.). «Система непрерывной направленной эволюции биомолекул». Природа . 472 (7344): 499–503. Бибкод : 2011Natur.472..499E. дои : 10.1038/nature09929. ПМК 3084352 . ПМИД  21478873. 
  7. ^ Саттар С., Беннетт, Нью-Джерси, Вен В.С., Гатри Дж.М., Блэквелл Л.Ф., Конвей Дж.Ф., Раконжак Дж. (2015). «Ff-нано, короткие функционализированные наностержни, полученные из нитчатого бактериофага Ff (f1, fd или M13)». Границы микробиологии . 6 : 316. дои : 10.3389/fmicb.2015.00316 . ПМЦ 4403547 . ПМИД  25941520. 
  8. ^ abc Смил С.В., Шмитт М.А., Перейра Р.Р., Прасад А., Фиск Дж.Д. (январь 2017 г.). «Моделирование жизненного цикла M13 I: сборка генетически структурированного детерминированного химического кинетического моделирования». Вирусология . 500 : 259–274. дои : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . ПМИД  27644585.
  9. ^ Луна; Цой; Чон; Зон; Хан; Ох (11.10.2019). «Прогресс исследований биосенсоров на основе бактериофага M13». Наноматериалы . 9 (10): 1448. дои : 10.3390/nano9101448 . ISSN  2079-4991. ПМК 6835900 . ПМИД  31614669. 
  10. ^ Хаазе, Максимилиан; Тессмер, Лутц; Кенлехнер, Лилиан; Кун, Андреас (27 мая 2022 г.). «Машина для сборки фагов M13 имеет трансмембранную олигомерную кольцевую структуру». Вирусы . 14 (6): 1163. дои : 10.3390/v14061163 . ISSN  1999-4915. ПМЦ 9228878 . ПМИД  35746635. 
  11. ^ Беннетт, Николас Дж.; Гагич, Драгана; Сазерленд-Смит, Эндрю Дж.; Раконьяц, Ясна (2011). «Характеристика домена двойной функции, который опосредует вставку и удаление мембраны Ff нитчатого бактериофага». Журнал молекулярной биологии . 411 (5): 972–985. дои : 10.1016/j.jmb.2011.07.002. ISSN  0022-2836. ПМИД  21763316.
  12. ^ Рапопорт Т.А., Юнгникель Б., Кутай У. (1996). «Транспорт белков через эндоплазматическую сеть эукариот и внутренние мембраны бактерий». Ежегодный обзор биохимии . Ежегодные обзоры . 65 (1): 271–303. doi : 10.1146/annurev.bi.65.070196.001415. ПМИД  8811181.
  13. ^ Хуан Ю, Чан С.И., Ли С.К., Гао Ю., Ху Э.Л., Де Йорео Дж., Белчер А.М. (июль 2005 г.). «Программируемая сборка наноархитектур с использованием генно-инженерных вирусов». Нано-буквы . 5 (7): 1429–34. Бибкод : 2005NanoL...5.1429H. дои : 10.1021/nl050795d. ПМИД  16178252.
  14. ^ Нам К.Т., Ким Д.В., Ю П.Дж., Чанг С.И., Митхонг Н., Хаммонд П.Т. и др. (май 2006 г.). «Синтез и сборка нанопроволок с поддержкой вирусов для электродов литий-ионных аккумуляторов». Наука . 312 (5775): 885–8. Бибкод : 2006Sci...312..885N. дои : 10.1126/science.1122716. PMID  16601154. S2CID  5105315.
  15. ^ Данг X, Йи Х, Хам МХ, Ци Дж, Юн Д.С., Ладевски Р. и др. (апрель 2011 г.). «Самосборные одностенные углеродные нанотрубки с шаблоном вируса для высокоэффективного сбора электронов в фотоэлектрических устройствах». Природные нанотехнологии . 6 (6): 377–84. Бибкод : 2011NatNa...6..377D. дои : 10.1038/nnano.2011.50. ПМИД  21516089.
  16. ^ Мораг О, Сгуракис Н.Г., Бейкер Д., Голдборт А. (январь 2015 г.). «Капсидная модель бактериофага M13 ЯМР-Розетта обнаруживает учетверенный эпитоп гидрофобной упаковки». Труды Национальной академии наук . 112 (4): 971–976. дои : 10.1073/pnas.1415393112. ПМЦ 4313819 . ПМИД  25587134. 

дальнейшее чтение