Фаги-плазмиды и псевдоумеренные фаги

Умеренный бактериофаг р1. Данный фаг репродуцируется в клетках E. coli и является одним из наиболее крупных бактериальных вирусов. Литический цикл фага р1 тоже напоминает таковой фага Т4, за исключением того что для адсорбции он нуждается в ионах кальция – это так называемый кофактор адсорбции. Кофактором адсорбции фага Т4 служит триптофан. Точно так же как в случае продукции фага Т4, при литическом цикле репродукции фага р1 формируется конкатемеры, которые потом нарезаются и упаковываются примерно по тому же способу как и геномы фага Т4. Ну в отличие от фага Т4, репродукция фага р1 не приводит к резкому ингибированию синтеза ДНК клетки хозяина. В случае репродукции фага Т4 имеет место быстрая деградация генома клетки и использование продуктов деградации для синтеза фаговой ДНК. Особенностью фага р1 является то, что в состоянии лизогенизации его геном не встраивается в геном клетки, а находится автономно от хромосомы бактерии и реплицируется отдельно от репликации хромосомы. Но эта репликация относится к категории строгой репликации, ибо она зависит каким-то образом от репликции хромосомы клетки хозяина. Таким образом на каждую хромосому приходится одна-две копии генома фага р1. Таким образом, данный фаг на стадии литического цикла развития ведет себя как плазмида, находится в автономном от хромосомы состоянии. Не смотря на это, при делении клетки имеет место четкое распределение копий генома данного фага. Каков механизм обеспечивающий такую сегрегацию толком не известно, но во всяком случае этот фаг описывается как фаг-плазмида. Он характеризуется особыми формами трансдукции тех или иных генов.

Определенный интерес представляет ещё бактериофаг репродуцирующийся в клетках Bacillus subtilis и обозначаемый как РBS1. Этот фаг пока считается самым крупным из изученных в настоящее время. В морфологическом плане организован довольно сложно: обладает хвостовым отростком и спиральными хвостовыми нитями, прикрепленные на дистальном конце хвостового отростка. Фаг имеет сократительный наружный чехол. Особенностью данного фага является то, что он способен заражать только подвижные клетки, т к адсорбционными зонами клетки хозяина являются жгутики и своими нитями фаг адсорбируются на жгутиках и потом передвигается по жгутикам к основанию жгутика, где и инфицируют клетку. Ну, инфекция осуществляется так же, как инфекция Т-четными фагами, имеется фаговый лизоцим – ДНК проникает внутрь клетки. Жгутики должны быть в движении и адсорбция данного фага на подвижных клетках лишает их способности двигаться, т.е. подвижность ингибируется. ДНК бактериофага, данного вируса, является уникальной в том плане, что у неё вместо тимина содержится урацил, это довольно редкое, конечно, явление в области химических составов дезоксирибонуклеиновых кислот. Крупный размер фага PBS1 предопределяют наличие довольно большого объема генетической информации, позволяющей кодировать различные структурные белки-продукты, в частности, помимо фермента, который обеспечивает включение урацила вместо тимина в ДНК. Данный фаг детерминирует синтез других белковых, в частности у этого фага есть собственная РНК-полимераза, обеспечивающая транскрипцию его генов, что доказывается таким фактом, что фаг PBS1 репродуцируется в клетках с заблокированной активностью клеточной РНК-полимеразы. Но транскрипция генов фага осуществляется, значит, это говорит о том, что функционирует собственная РНК-полимераза. Физические исследования показали, что большая часть, если не вся ДНК фага PBS1, находиться в виде плазмиды, т.е. тоже может быть … фаг может быть отнесен к фагам-плазмидам и не встраивается в хромосому клетки.

Ещё один интересный факт свойственный данному фагу, при лизогенизации клетки имеет место состояние псевдолизогенности. Этот термин подразумевает следующее: для поддержания лизогенного состояния в клетках инфицированных фагом PBS1 требуются постоянное дополнительные инфицирование этих клеток этим же фагом. Если из внешней среды фаг удаляется - PBS1, то в клетке состояние лизогенезации прекращается, клетка становится свободной от фага. Поэтому для поддержания лизогенного состояния требуется постоянное проникновение в эту клетку новых фаговых геномов. Вот это состояние получило название – состояние псевдолизогенности или псевдолигзогенизации. Интересно и то, что данное состояние псевдолизогенности свойственно и спорам Bacillus subtilis, т.е. генетическая информация определенной части генетической части данного фага передается из вегетативной клетки в образующуюся спору и прорастая из споры образует клетку в состоянии лизогенности, которая требует, опять же, дополнительного заражения фагом PBS1 для поддержания умеренного фага в состоянии профага.

Фаг-транспозон μ, его организация и механизм репродукции.

Наконец, весьма интересным фагам является бактериальный вирус или фаг Мu. Этот фага относится тоже к умеренным фагам, в некотором отношении напоминает фаг λ, однако отличается от фага λ своими механизмами лизогенизации клетки, т.е. встраивания в хромосому и механизмами репликации.

Фаг Мu ведет себя как транспазон, а не как типичный бактериальный вирус. Данный фаг характеризуется “дурной славой”, ибо инфицирование клеток проходит с довольно высокой частотой к возникновению мутаций. Ибо геном фага может встраиваться в любом месте бактериальной хромосомы, не характеризуется специфичностью интеграции и довольно часто встраивается внутри какого-нибудь гена, естественнно, что если внутрь гена встраивается дополнительная нуклеотидная последовательность чужеродная, ген инактивируется. Таким образом фаг Мu вызывает давольно часто мутации самых различных локусов. Это связано с тем, что как для любого транспозона не требуется обширная генетическая гомология между взаимодействующими нуклеиновыми кислотами. Требуется лишь небольшое число нуклеотидов для того, чтобы могла осуществиться интеграция генома данного фага в геном клетки.

Профаг дикого типа фага Мu является неиндуцибельным, т.е. он не может быть переведен в состояние вегетативного фага, как это имеет место в случае фага λ, когда легко можно индуцировать профаг. Правда, спонтанно могут возникать переходы из состояния профага в состояние вегетативного фага. Имеются данные говорящие о том,что всегда любой переход профага, исключение профага Мu из хромосомы приводит к лизису клетки. Хотя в случае фага λ имеет место излечивание клетки от профага, когда клетка излечивается от профага не теряет жизнеспособности. В случае фага Мu всегд а клетки лизируюся.

Поскольку фаг Мu относится к транспозонным или фагам-транспозонам, то его ДНК, как и ДНК транспозонов, всегда фланкируется короткими поледовательностями нуклеотидов бактериальной хромосомы, причем в отличие от транспозонов, такие последовательности хозяйской ДНК имеются не только в случае нахождения генома фага Мu в составе бактериальной хромосомы, но и когда этот геном находится в составе фаговой частици, т.е. в вирионе, в зрелом вирионе фага Мu ДНК фага фланкирована сегментами бактериальной ДНК, как у любого транспозона, всегда если транспозон сидит в хромосоме бактериальной клетки, то всегда он фланкируется так называемыми дуплицированными повторами реципиента. Ток вот у фага Мu такие сегменты ДНК правда это не дуплицированные, но это сегменты принадлежащие бактериальной хромосоме находятся и в том случае когда он представлен в виде вириона, т.е. в вирионе содержиться не только ДНК фага, но и сегменты ДНК бактерии. Это происходит при его исключении из хромосомы.

Жизненный цикл фага Мu вот на этой картинке можно продимострировать (рис17-24, л.9). Представлен геном фага Мu, находящегося в составе зрелого вириона (рис.17-23, л.9). От транспозона отличается этот фаг тем, что помимо генов необходимых для его транспозиции, содержит гены детерминирующие структуру белков, участвующтх в формировании полноценных фаговых частиц. Вам это конечно хорошо известно,что транспозоны не имеют никаких белковых структур в чистом виде не в составе каких-то репликонов они не существуют в природе. Вот геном фага Мu и сегменты ДНК хозяина, они не одинаковые по протяженности с одной стороны может быть 50-100 нуклеотидов, а с другой 1000-2000 нуклеотидов, но при встраивании в бактериальную хромосому включается только геном фага, эти сегменты в процессе интеграции удаляются нуклеазами клетки. Поскольку встраивание генома фага Мu в бактериальную хромосому как и включение любых транспозонов осуществляется достатточно точно, надо сказать высоко прицензионно, то порядок генов профага не изменяется сохраняется таковым как и в составе вириона в отличие от фага λ, который как вы помните встраивается за счет кроссинговера и при этом встраивании имеет место пермутация генов, т.е их расположение не такое как в линейном геноме фаговой часицы. В данном случае все гены сохраняются в том же самом порядке как в состоянии так и в геноме так и в профаге.

Встраивание генома фага Мu в геном клетки осуществляется по типу простой транспозиции (рис.17-25, л.9), так же как транспозируются некоторые транспозоны простая транспозиция заключается в том, что вырезается геном фага и встраивается в таком виде в геном клетки. А вот при репродукции фага Мu число его копий генома увеличивается в результате репликативной транспозиции, когда геномы профага Мu транспозируются репликацией и в любые сайты компактно свернутой бактериальной хромосомы, и таким образом во время литического цикла количество копий профага Мu в хромосоме увеличивается. Если в клетке достаточное количество репрессора фага Мu, то клетка будет лизогенизирована и репликация генома фага Мu не будет иметь место. Если же концентрация репрессора снижается, то фаг начинает репродуцироваться по литическому пути, который представляет собой постоянно осуществляющуюся репликативную транспозицию его генома.

Ну вот геном фага Мu в составе фаговой частицы (рис.17-24, л.9), имеет место наличие неодинаковых сегментов бактериальной ДНК фланкирующей геном самого фага, которые при простой транспозиции удаляются, и в геном встраивается без бактериальной ДНК, при этом здесь образуются так называемые дуплицированные повторы. Эти фрагменты интегрируются между бактериальной ДНК деградируются нуклеазами клетки. После встраивания по типу простой транспозиции в случае литической репродукции происходит репликативная транспозиция геномов из одного места в другое бактериальной хромосомы, причем в каждом случае появляются сегменты, фланкирующие сегменты ДНК другого типа ибо в новом месте последовательность разная. И вот в результате постоянно идущих таких репликатвных транспозиций в хромосоме оказывается большое число копий геномов фага Мu. Исключение из бактериальной ДНК геномов фага Мu не осуществдляется резолвазой, которая у фага Мu отсутствует, а система обеспечивающая вырезание генома фага Мu с прилежащими сегментами упаковывает в белковые… структурные белки синтезируемые под контролем фаговых генов, уже тогда когда происхожит процесс вырезания, одновременно идет вырезание фага Мu и формирование белковых оболочек. И таким оразом, появляется фаговая частица с геномом фага и кусками ДНК клетки хозяяина, при чем в каждой фаговой частице все эти сегменты качественно отличаются, ибо вырезаются из разных мест хромосомы. Но всегда имеются вот такие дополнительные сегменты бактериальной ДНК в составе генетического материала фаговой частицы.

Дата добавления: 2014-12-24