Co znajduje się w głowie bakteriofaga • Galina Klink • Naukowy obraz dnia na temat "Elementów" • Wirusologia

Co znajduje się w głowie bakteriofaga

Ta mikroskopia, wykonana za pomocą mikroskopu krioelektronowego, przechwytuje icosahedrą głowę bakteriofaga (wirusa, który infekuje bakterie) T4. T4 specjalizuje się w enterobakteriach, w tym Escherichia coli (Escherichia coli). Jest to dość duży bakteriofag, jego szerokość wynosi około 90 nm, a jego długość wynosi 200 nm. Czerwone kępki wewnątrz głowy na zdjęciu to ściśle upakowane DNA. W rzeczywistości, poza DNA nie ma nic w głowie faga, tylko skorupa białka jest kapsydem.

Genom faga T4 jest ogromny, zawiera 168 903 pary nukleotydów – tylko 30 razy mniej niż genom gospodarza, Escherichia coli. Escherichia coli. Dla porównania, długość ludzkiego genomu wirusa brodawczaka wynosi 8000 par zasad. Co tak długie kodowanie bakteriofaga DNA koduje i jak pasuje do głowy wirusa?

Phage T4 jest jednym z najbardziej złożonych wirusów. W swoim DNA zawiera około 300 genów kodujących białka, z czego tylko 69 jest niezbędnych do przeżycia w standardowych warunkach laboratoryjnych. Większość białek faga T4 nie jest podobna do znanych białek innych organizmów. Są jednak tacy, których krewni znaleziono w prokariotach i eukariontach. Funkcje wielu białek tego wirusa nie zostały jeszcze ustalone, sama głowa składa się z co najmniej 12 rodzajów białek.Oprócz białek, DNA bakteriofaga koduje kilka transportowych RNA i krótkie RNA regulacyjne, właściwość wspólną dla zamkniętych organizmów, ale nie powszechną wśród wirusów.

Model bakteriofaga T4, białka przedstawiono w różnych kolorach. Z głowy wirusa opuszcza długą rurkę – białą osłonę ogona. Podstawowa płyta z kolcami (fioletowy), z których "nogi" – włókna filamentowe, przy ich pomocy wirus zostaje zatrzymany na bakteriach. Kiedy bakteriofag jest przyłączony do ściany komórkowej ofiary, pochewka kurczy się, rdzeń znajdujący się w środku przebija ścianę i wstrzykuje kwas nukleinowy z głowy do komórki bakteryjnej. Obraz z prophage.blogspot.com

W trakcie infekcji bakteriofag T4 całkowicie przestawia pracę systemów komórkowych gospodarza na jego potrzeby. Pasożyt ten pomaga swoim własnym enzymom w syntezie nukleotydów, replikacji (podwojeniu) i naprawie (naprawianiu uszkodzeń) DNA i wielu innych białek. Na przykład, T4 zawiera białko, które wchodzi do bakterii wraz z DNA faga, a na wczesnych etapach infekcji modyfikuje polimerazę RNA (główne białko transkrypcyjne – "przepisując" informację genetyczną z DNA na RNA) bakterii, tak aby enzym łatwiej wchodził w interakcję z DNA wirusa, niż z DNA komórki.To sprzyja syntezie białek potrzebnych przez faga na początku infekcji. Później, inne białko modyfikuje polimerazę tak, że zaczyna łatwiej wchodzić w interakcję z genami faga T4 potrzebnymi w następnym etapie. Ostatecznie, po kolejnej modyfikacji, polimeraza RNA bakterii zaczyna oddziaływać z tak zwanymi "późnymi" genami T4.

Innym interesującym przykładem jest białko, które jest wstawiane do wewnętrznej błony komórki gospodarza (E. coli, jak każda uznana za bakteria Gram-ujemna, ma dwie błony komórkowe) i nie pozwala na dostęp do informacji genetycznej innych bakteriofagów. T4 ma również białka, które przecinają DNA bakterii-gospodarza i innych bakteriofagów, które go penetrują. Nie wiążą się z DNA T4, ponieważ zamiast nukleotydu cytozyny zawiera on zmodyfikowaną hydroksymetylocytozynę.

Białka niezbędne do syntezy nowych wirionów (cząsteczki wirusowe) i do pakowania w nie DNA zasługują na osobną wimanię. Ponad 40% białek faga T4 bierze udział w składaniu wirionu składającego się z głowy i kurczącego się ogona z ogonkami do przyczepienia się do bakterii.Wirion jest tak złożony, że T4 ma specjalne "wiewiórki rusztowania", które tworzą szkielet do montażu głowic i są usuwane z niego po dojrzeniu.

Nie wiadomo jeszcze dokładnie, jak tak wielka cząsteczka DNA pasuje do głowy wirusa. Wiadomo jednak, że jest on wciągany do wewnątrz przez działanie "silnika" białkowego, co jest związane z hydrolizą "cząsteczki energii" – ATP. Cały genom T4 zostaje wepchnięty w głowę w ciągu pięciu minut.

Nowoczesny model opakowania DNA w głowie bakteriofaga T4

Naukowcy już próbują "nauczyć" T4 pakować obce kwasy nukleinowe lub białka do jego głowy. Uważa się, że w ten sposób obciążenia molekularne mogą być dostarczane do określonych komórek eukariotycznych.

Zdjęcie z cgl.ucsf.edu.

O mikrosopie krioelektronicznym zobacz także:
Nagroda Nobla w dziedzinie chemii – 2017, "Elements", 10.12.2017.

O bakteriofagach zobacz także:
Bakteriofagi: 100 lat w służbie ludzkości, "Science first hand" №4, 2016.
Bakterie zjadacze, Popular Mechanics, No. 10, 2013.

Galina Klink


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: