Семейство Siphoviridae (Бактериофаги с дцДНК-геномом)
дцДНК бактериофаги с длинным несократимым хвостом (известен фаг λ (лямбда), 1950 г. Ледерберг)
При изучении этого фага было обнаружено явление лизогении - вариант существования бактериофагов в клетке без серьёзного влияния на физиологию бактерии с возможной активацией литического цикла через много поколений.
Строение капсида фага λ (как и всех представителей порядка Caudovirales) довольно сложное.
Рисунок 1. Схема строения капсида фага лямбда
Икосаэдрическая головка фага, в которой содержится геном, соединена с хвостом - каналом, через который происходит инъекция ДНК в клетку. С хвостом соединены фибриллы - рецепторные белки, участвующие в узнавании и связывании белков на бактериальной мембране.
Геном фага λ представляет собой линейную дцДНК размером 48500 п.н. На концах геномной ДНК присутствуют т.н. «липкие концы» (cos-сайты) — 12-нуклеотидные взаимокомплементарные одноцепочечные участки, обеспечивающие замыкание генома в кольцо внутри бактериальной клетки. Гены фага сгруппированы в кластеры по функциям.
Значительная часть генов кодирует структурные белки, но только 2 гена (О и Р) кодируют белки, участвующие в репликации ДНК.
1. Инфекция фагом λ бактерий E.coli начинается с взаимодействия хвостовых фибрилл и белка J с бактериальным белком LamB, представляющего собой канал, пронизывающий внешнюю мембрану клетки. Через этот канал ДНК фага попадает в периплазматическое пространство, откуда через комплекс маннозной пермеазы транспортируется в цитоплазму бактерии.
|
|
|
2. В цитоплазме фаговый геном замыкается в кольцо, после чего бактериальная РНК-полимераза начинает транскрипцию двух немедленно-ранних генов: cro и N. Белок N, взаимодействуя с РНК-полимеразой, обеспечивает антитерминацию транскрипции, что позволяет экспрессироваться задержано-ранним генам.
Среди этих генов наиболее важным является ген cll, который определяет выбор между литическим и лизогенным циклами на молекулярном уровне.
Для того или иного варианта жизненного цикла крайне важным является общее физиологическое состояние бактериальной клетки: в условиях дефицита питательного субстрата и/или непермиссивной температуры более вероятно развитие лизогенного цикла, в хороших ростовых условиях – литического.
Если концентрация белка cll ниже определённого уровня, то в дальнейшем жизненный цикл фага λ развивается по литическому сценарию. После синтеза белков О и Р начинается репликация фага.
Ø Первые раунды репликации осуществляются по схеме Кэрнса (другое название: тета-схема (θ-)). При таком типе репликации за 1 цикл образуются только 2 дочерних молекулы ДНК.
|
|
|
Ø Поэтому для быстрого накопления геномных ДНК происходит переключение репликации на механизм «катящегося кольца», описанный выше на примере нитчатых фагов.
Единственным серьёзным отличием является процесс нарезания дочерних геномов. Выталкиваемая при репликации (+)-цепь образует длинную, т.н. конкатемерную молекулу ДНК, т.е. ДНК не нарезается сразу на отдельные одноцепочечные молекулы.
3. После достройки оцДНК до двухцепочечной формы конкатемер нарезается по cos-сайтам на отдельные геномные дцДНК.
4. После репликации запускается транскрипция поздних генов, кодирующих белки капсида и белки лизиса.
5. Упаковка геномных ДНК в капсид и высвобождение зрелых фаговых частиц из клетки путём лизиса завершают литический цикл.
В случае если белок cll нарабатывается в больших количествах, запускается лизогенный цикл инфекции.
cll активирует транскрипцию генов. Продукт гена int - фермент интеграза, осуществляющий встраивание ДНК фага λ вбактериальную хромосому между галактозным и биотиновым оперонами.
В интегрированном состоянии, именуемом состоянием профага, бактериофаг λ экспрессирует ограниченное количество генов и практически никак не влияет на физиологию бактериальной клетки. При делении бактерии профаг попадает в обе дочерние клетки, т.е. всё потомство заражённой бактерии несёт в составе своей ДНК геном лизогенного фага.
|
|
|
В любой момент фаг λ может снова активировать литический цикл. Как правило, это происходит при физиологическом стрессе, например, УФ-облучении клетки, которое приводит к повреждению ДНК. В результате активируется система SOS-репарации и бактериальный белок RecA стимулирует автопротеолиз белка-репрессора cl. Последующая активация транскрипции фаговых генов ведёт к вырезанию ДНК фага λ из бактериальной хромосомы и запуску литического цикла.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1867; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!