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fago P1

P1 es un bacteriófago templado que infecta a Escherichia coli y otras bacterias. Durante su ciclo lisogénico, el genoma del fago existe como un plásmido en la bacteria [ 1 ], a ...

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P1 es un bacteriófago templado que infecta a Escherichia coli y otras bacterias. Durante su ciclo lisogénico, el genoma del fago existe como un plásmido en la bacteria [ 1 ], a diferencia de otros fagos (por ejemplo, el fago lambda ) que se integran en el ADN del huésped. P1 posee una cabeza icosaédrica que contiene el ADN unido a una cola contráctil con seis fibras. El fago P1 ha despertado interés en la investigación debido a su capacidad para transferir ADN de una célula bacteriana a otra mediante un proceso conocido como transducción . Durante su ciclo lítico, al replicarse, captura fragmentos del cromosoma del huésped. Si las partículas virales resultantes se utilizan para infectar a un huésped diferente, los fragmentos de ADN capturados pueden integrarse en el genoma del nuevo huésped. Este método de ingeniería genética in vivo se utilizó ampliamente durante muchos años y aún se emplea hoy en día, aunque en menor medida. P1 también puede utilizarse para crear el vector de clonación de cromosomas artificiales derivado de P1 , capaz de transportar fragmentos de ADN relativamente grandes. El gen P1 codifica la recombinasa Cre , que se utiliza ampliamente para llevar a cabo la recombinación de ADN específica de células o específica de tiempo, flanqueando el ADN objetivo con sitios loxP .

Morfología

El virión es similar en estructura al fago T4 , pero más simple. [ 1 ] Posee una cabeza icosaédrica [ 2 ] que contiene el genoma unido a la cola por un vértice. La cola tiene un tubo rodeado por una vaina contráctil. Termina en una placa basal con seis fibras caudales. Las fibras caudales participan en la unión al huésped y proporcionan especificidad. [ 3 ]

genoma

El genoma del fago P1 es moderadamente grande, de aproximadamente 93 kbp [ 1 ] de longitud (en comparación con los genomas de, por ejemplo, T4 – 169 kbp, lambda – 48 kbp y Ff – 6,4 kbp). En la partícula viral se presenta como una molécula de ADN bicatenario lineal. Una vez insertado en el huésped, se circulariza y se replica como un plásmido. [ 4 ] [ 5 ]

En la partícula viral, la molécula de ADN es más larga (110 kbp) que la longitud real del genoma. Se crea cortando un fragmento de tamaño adecuado de una cadena de ADN concatémera que contiene múltiples copias del genoma (véase la sección siguiente sobre lisis para saber cómo se produce). Debido a esto, los extremos de la molécula de ADN son idénticos. Esto se denomina redundancia terminal. Esto es importante para que el ADN se circularice en el huésped. Otra consecuencia de que el ADN se corte de un concatémero es que una molécula lineal dada puede comenzar en cualquier posición del genoma circular. Esto se denomina permutación cíclica. [ 4 ]

El genoma es especialmente rico en secuencias Chi reconocidas por la recombinasa bacteriana RecBCD . El genoma contiene dos orígenes de replicación: oriR, que lo replica durante el ciclo lisogénico, y oriL, que lo replica durante la fase lítica. El genoma de P1 codifica tres ARNt que se expresan en la fase lítica. [ 1 ]

El genoma de P1 codifica 112 proteínas y 5 genes no traducidos, y es aproximadamente el doble del tamaño del bacteriófago lambda . [ 1 ]

Ciclo vital

Infección y etapas iniciales

La partícula del fago se adsorbe en la superficie de la bacteria utilizando las fibras de la cola para lograr especificidad. La vaina de la cola se contrae y el ADN del fago se inyecta en la célula huésped. La maquinaria de recombinación del ADN del huésped o la enzima Cre , traducida a partir del ADN viral, recombinan los extremos redundantes y circularizan el genoma. Dependiendo de diversas señales fisiológicas, el fago puede pasar inmediatamente a la fase lítica o entrar en un estado lisogénico. [ 5 ]

El gen que codifica las fibras de la cola tiene un conjunto de secuencias que pueden ser reconocidas por una recombinasa específica de sitio Cin . Esto hace que el extremo C terminal de la proteína cambie entre dos formas alternativas a baja frecuencia. Las fibras de la cola viral son responsables de la especificidad de la unión al receptor del huésped. Los objetivos de las fibras de la cola viral están bajo una presión constante para evolucionar y evadir la unión. Este método de diversidad recombinacional de la cola permite que el virus se mantenga al ritmo de la bacteria. [ 6 ] Este sistema tiene homologías de secuencia cercanas a sistemas recombinacionales en las fibras de la cola de fagos no relacionados como el fago mu y el fago lambda .

Lisogenia

El genoma del fago P1 se mantiene como un plásmido de bajo número de copias en la bacteria. El tamaño relativamente grande del plásmido requiere [ 1 ] que mantenga un bajo número de copias para evitar que se convierta en una carga metabólica demasiado grande mientras es un lisógeno. Como generalmente solo hay una copia del plásmido por genoma bacteriano, existe una alta probabilidad de que el plásmido no se transmita a ambas células hijas. [ 5 ] El plásmido P1 combate esto mediante varios métodos:

  • La replicación del plásmido está estrictamente regulada por un mecanismo dependiente de la proteína RepA. Este mecanismo es similar al utilizado por otros plásmidos y garantiza que la división del plásmido se produzca al mismo ritmo que la del genoma del huésped. [ 1 ]
  • Los plásmidos entrelazados se desvinculan rápidamente mediante recombinación Cre- lox [ 7 ] [ 8 ].
  • El plásmido codifica un sistema de adicción que mata a las células hijas que lo pierden. Consta de una toxina proteica estable y una antitoxina que se une reversiblemente a ella y la neutraliza. Las células que pierden el plásmido mueren, ya que la antitoxina se degrada más rápido que la toxina. [ 9 ] [ 10 ]

Lisis

El plásmido P1 tiene un origen de replicación separado (oriL) que se activa durante el ciclo lítico. La replicación comienza con una replicación theta bidireccional regular en oriL, pero más adelante en la fase lítica, cambia a un método de replicación en círculo rodante utilizando la maquinaria de recombinación del huésped. [ 1 ] [ 11 ] [ 12 ] Esto da como resultado que numerosas copias del genoma estén presentes en una sola molécula de ADN lineal llamada concatémero. El extremo del concatémero se corta en un sitio específico llamado sitio pac o sitio de empaquetamiento. [ 13 ] A esto le sigue el empaquetamiento del ADN en las cabezas hasta que estén llenas. El resto del concatémero que no cabe en una cabeza se separa y la maquinaria comienza a empaquetarlo en una nueva cabeza. La ubicación del corte no es específica de la secuencia. Cada cabeza contiene alrededor de 110 kbp de ADN [ 13 ] por lo que hay un poco más de una copia completa del genoma (~90 kbp) en cada cabeza, con los extremos de la hebra en cada cabeza siendo idénticos. Tras infectar una nueva célula, esta redundancia terminal es utilizada por la maquinaria de recombinación del huésped para ciclar el genoma si carece de dos copias del locus lox . [ 1 ] [ 13 ] Si hay dos sitios lox presentes (uno en cada extremo terminalmente redundante), la ciclización es llevada a cabo por la recombinasa Cre. [ 1 ] [ 14 ]

Una vez que los viriones completos se ensamblan, la célula huésped se lisa, liberando las partículas virales. [ 15 ]

Historia

El P1 fue descubierto en 1951 por Giuseppe Bertani en el laboratorio de Salvador Luria , pero el fago fue poco estudiado hasta que Ed Lennox, también en el grupo de Luria, demostró en 1954-5 que podía transducir material genético entre bacterias huésped. Este descubrimiento llevó a que el fago se utilizara para el intercambio genético y el mapeo del genoma en E. coli , y estimuló su posterior estudio como organismo modelo. [ 1 ] [ 16 ] [ 17 ] En la década de 1960, Hideo Ikeda y Jun-ichi Tomizawa demostraron que el genoma de ADN del fago era lineal y de doble cadena, con redundancia en los extremos. En la década de 1970, Nat Sternberg caracterizó el sistema de recombinación sitio-específica Cre- lox , que permite que el genoma lineal se circularice para formar un plásmido después de la infección. Durante la década de 1980, Sternberg desarrolló el P1 como vector para clonar grandes fragmentos de ADN eucariota. [ 16 ] Un mapa genético P1 basado en una secuencia de ADN parcial fue publicado en 1993 por Michael Yarmolinsky y Małgorzata Łobocka, y el genoma fue secuenciado completamente por Łobocka y colegas en 2004. [ 1 ] [ 17 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Łobocka, Małgorzata B.; Rosa, Debra J.; Plunkett, Guy; Rusin, Marek; Samojedny, Arkadiusz; Lehnherr, Hansjörg; Yarmolinsky, Michael B.; Blattner, Frederick R. (noviembre de 2004). "Genoma del bacteriófago P1" . Revista de Bacteriología . 186 (21): 7032– 7068. doi : 10.1128/JB.186.21.7032-7068.2004 . ISSN 0021-9193 . PMC 523184 . PMID 15489417 .   
  2. ↑ Walker, Jean T.; Walker, Donald H., Jr. (marzo de 1983). "Morfogénesis del colífago P1: análisis de mutantes mediante microscopía electrónica" . Journal of Virology . 45 (3): 1118– 1139. doi : 10.1128/JVI.45.3.1118-1139.1983 . ISSN 0022-538X . PMC 256520. PMID 6834479 .   
  3. ^ Huan, Yang W.; Fa-arun, Jidapha; Wang, Baojun (15 de noviembre de 2022). "El papel del antígeno O en la transducción P1 de Shigella flexneri y Escherichia coli con su fibra de cola S alternativa" . Revista de biología molecular . 434 (21) 167829. doi : 10.1016/j.jmb.2022.167829 . hdl : 20.500.11820/6744e471-2d83-4948-af77-994696b4f05c . ISSN 0022-2836 . PMID 36116540 . S2CID 252325855 .   
  4. ^ Fujisawa , Hisao; Morita, Miyo (1997). "Embalaje de ADN de fagos" . De genes a células . 2 (9): 537– 545. doi : 10.1046/j.1365-2443.1997.1450343.x . ISSN 1356-9597 . PMID 9413995 . S2CID 26780439 .   
  5. 1 2 3 Zhang, Kailun; Pankratz, Kiara; Duong, Hau; Theodore, Matthew; Guan, Jingwen; Jiang, Anxiao (Andrew); Lin, Yiruo; Zeng, Lanying (2021). "Las interacciones entre proteínas reguladoras virales aseguran una probabilidad de lisogenia independiente de MOI durante la infección por el bacteriófago P1" . mBio . 12 ( 5): e01013–21. doi : 10.1128/mBio.01013-21 . ISSN 2150-7511 . PMC 8546580. PMID 34517752 .   
  6. ↑ Sandmeier, Heinrich; Iida, Shigeru; Arber, Werner (1992-06-01). "Regiones de inversión de ADN Min del plásmido p15B y Cin del bacteriófago P1: Evolución de los genes de la fibra de la cola del bacteriófago" . Journal of Bacteriology . 174 (12): 3936– 3944. doi : 10.1128/jb.174.12.3936-3944.1992 . ISSN 0021-9193 . PMC 206102. PMID 1534556 .   
  7. ↑ Adams, David E.; Bliska, James B.; Cozzarelli, Nicholas R. (1992-08-05). "Recombinación Cre-lox en células de Escherichia coli: diferencias mecanísticas con respecto a la reacción in vitro". Journal of Molecular Biology . 226 (3): 661– 673. doi : 10.1016/0022-2836(92)90623-R . ISSN 0022-2836 . PMID 1324323 .  
  8. ↑ Austin, Stuart; Ziese, Marcia; Sternberg, Nat (septiembre de 1981). "Un nuevo papel para la recombinación sitio-específica en el mantenimiento de los replicones bacterianos". Cell . 25 ( 3): 729– 736. doi : 10.1016/0092-8674(81)90180-X . ISSN 0092-8674 . PMID 7026049. S2CID 28785596 .   
  9. ↑ Lehnherr, Hansjörg; Maguin, Emmanuelle; Jafri, Samina; Yarmolinsky, Michael B. (1993-10-05). "Genes de adicción a plásmidos del bacteriófago P1: doc, que causa la muerte celular al eliminarse el profago, y phd, que previene la muerte del huésped cuando se retiene el profago" . Journal of Molecular Biology . 233 (3): 414– 428. doi : 10.1006/jmbi.1993.1521 . ISSN 0022-2836 . PMID 8411153 .  
  10. ↑ Gazit, Ehud; Sauer, Robert T. (1999). "Las proteínas Doc Toxin y Phd Antidote del sistema de adicción al plásmido del bacteriófago P1 forman un complejo heterotrimérico" . Journal of Biological Chemistry . 274 (24): 16813– 16818. doi : 10.1074/jbc.274.24.16813 . ISSN 0021-9258 . PMID 10358024 .  
  11. ↑ Cohen, Gerald; Or, Etti; Minas, Wolfgang; Sternberg, Nat L. (1996-10-10). "El replicón lítico del bacteriófago P 1: direccionalidad de la replicación y elementos cis-activos". Gene . 175 ( 1– 2): 151– 155. doi : 10.1016/0378-1119(96)00141-2 . ISSN 0378-1119 . PMID 8917092 .  
  12. ↑ Cohen, Gerald (noviembre de 1983). "Estudio mediante microscopía electrónica de las formas de replicación lítica temprana del ADN del bacteriófago P1". Virology . 131 (1): 159– 170. doi : 10.1016/0042-6822(83)90542-1 . ISSN 0042-6822 . PMID 6359666 .  
  13. 1 2 3 Sternberg, N.; Coulby, J. (1990-10-01). "La escisión del sitio de empaquetamiento del bacteriófago P1 (pac) está regulada por la metilación de la adenina" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 87 (20): 8070– 8074. Bibcode : 1990PNAS...87.8070S . doi : 10.1073/pnas.87.20.8070 . ISSN 0027-8424 . PMC 54894. PMID 2236019 .   
  14. ↑ Sternberg, N.; Sauer, B.; Hoess, R.; Abremski, K. (1986-01-20). "Gen cre del bacteriófago P1 y su región reguladora: evidencia de múltiples promotores y de regulación por metilación del ADN" . Journal of Molecular Biology . 187 (2): 197– 212. doi : 10.1016/0022-2836(86)90228-7 . ISSN 0022-2836 . PMID 3486297 .  
  15. ↑ Bednarek, Agnieszka; Cena, Agata; Izak, Wioleta; Bigos, Joanna; Łobocka, Małgorzata (2022). "Disección funcional de las proteínas similares a la holina del bacteriófago P1 revela el sentido biológico de la complejidad del sistema lítico P1" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 23 (8): 4231. doi : 10.3390/ijms23084231 . ISSN 1422-0067 . PMC 9025707. PMID 35457047 .   
  16. 1 2 Yarmolinsky, Michael; Hoess, Ronald (2015), "El legado de Nat Sternberg: la génesis de la tecnología Cre- lox " , Annual Review of Virology , 2 (1): 25–40 , doi : 10.1146/annurev-virology-100114-054930 , PMID 26958905 
  17. 1 2 Lehnherr, Hansjörg (2006), "Bacteriófago P1", en Calendar, Richard (ed.), Los bacteriófagos , Oxford University Press, pág. 350, ISBN  0195148509
  • Viralzone : fago similar a P1