Основные структуры вируса фага т-4
Обновлено: 26.04.2024
Бактериофаги (от греческого слова phagos — пожиратель) – наиболее многочисленная и весьма распространенная, а возможно, и самая древняя группа вирусов. Они были обнаружены для большинства бактерий, патогенных, а также сапротрофных. В природе фаги также встречаются там, где есть чувствительные к ним бактерии: в почве и воде, в кишечнике человека и животных, в растениях и т.д. Чем богаче субстрат будет обогащен микроорганизмами, тем больше в нем будет бактериофагов. Приблизительный размер популяции фагов составляет более 10 30 фаговых частиц.
Т-четные фаги обладают уникальной способностью, которая существенно влияет на их широкое распространение в природе и конкурентные преимущества. Они способны выбирать время лизиса в зависимости от относительной доступности бактерий-хозяев в своем окружении. Когда клетки E.coli инфицируются одиночными Т4, они лизируются через 35-30 минут в условиях богатой питательной среды, высвобождая около 100-200 фагов из одной клетки. Однако когда дополнительные Т-четные фаги атакуют клетку более чем через 4 минуты после начального инфицирования, клетка не лизируется в обычное время. Вместо этого она продолжает создавать фаги в течение целых 6 часов, причем окончательное время возможного лизиса зависит от множественности суперинфицирующего фага.
Почти все из исследованных до настоящего времени Т-четных фагов используют 5-гидроксиметилцитозин вместо цитозина в своих ДНК, что защищает их от большинства бактериальных ферментов рестрикции, предохраняющих ДНК бактерий от вторжения извне. Это существенно расширяет диапазон возможных хозяев представителей этого семейства.
Таким образом, по многим причинам семейство фагов, родственных Т4, является отличным кандидатом для терапевтического использования против тонкокишечных и других грамотрицательных бактерий.
Список использованной литературы:
Адамс М. Бактериофаги // - М.: Медгиз – 1961. 586 с.
Васильев Д.А. Бордетеллёз животных: характеристика заболевания и возбудителя, разработка методов диагностики / Д.А. Васильев, Ю.Б. Васильева, А.В. Мастиленко, Д.Г. Сверкалова, Е.Н. Семанина, О.Ю. Борисова, С.Н. Золотухин, И.Г. Швиденко И.Г. - Ульяновск, 2014.
Васильева Ю.Б. Алгоритм использования тecт-cистемы индикации и идентификации бактерий B. bronchiseptica / Ю.Б. Васильева, А.В. Мастиленко, Д.А. Васильев, Р.Р. Бадаев, С.В. Мерчина, И.Г. Швиденко, Е.И. Суркова / Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5. - С. 606.
Васильева Ю.Б. Эффективность иммунохимических методов для анализа антигенного состава Bordetella bronchiseptica / Ю.Б. Васильева // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-1. - С.100-104.
Васильева Ю.Б. Эпизоотология и инфекционные болезни животных / Васильева Ю.Б., Богданов И.И. – Ульяновск. - 2015. – 25 с.
Мастиленко А.В. Определение эффективности разработанных зондов в реакции ОТ-ПЦР для повышения специфичности выявления Bordetella bronchiseptica / А.В. Мастиленко, Д.А. Васильев, Ю.Б. Васильева, Д.Г. Сверкалова // - Инфекция и иммунитет. - 2013. - Т.3. - № 2. - С.152.
Никульшина Ю.Б. Разработка методов индикации и идентификации Bordetella bronchiseptica, выделенных у домашних животных / Ю.Б. Никульшина, Д.Г. Сверкалова, Е.Н. Никулина // Ветеринарная патология. - 2007. - № 4. - С. 103-106.
Пирюшова А.Н. Особо опасные инфекции из-за рубежа / А.Н. Пирюшова, Ю.А. Журавкова, Ю.Б. Васильева / Студенческий научный форум. – 2015. - VII Международная студенческая электронная научная конференция, электронное издание. 2015.
Райчинец Ю.А Методика выделения Paenibacillus larvae / Ю.А. Райчинец, Н.А. Феоктистова, М.А. Лыдина, Р.Р. Бадаев, Д.А. Васильев, Ю.Б. Васильева, С.В. Мерчина, И.Г. Швиденко / Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5. - С. 599.
Семанин А.Г. Анализ распространения бордетеллеза домашних животных / А.Г. Семанин, А.С. Скорик, Е.И. Суркова, Ю.Б. Васильева, О.Н. Марьина / Студенческий научный форум – 2014. - VI Международная студенческая электронная научная конференция: Электронное издание. 2014.
Семанин А.Г. Разработка селективной добавки для выделения возбудителя респираторной инфекции / А.Г. Семанин, Ю.Б. Васильева, А.В. Загуменнов, Е.Б. Мухин / Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны 2015. - С. 196-197.
Бактериофаги - бактериальные вирусы, вызывающие разрушение (лизис) бактерий и других микроорганизмов. Бактериофаги размножаются в клетках, лизируют их и переходят в др., как правило, молодые, растущие клетки.
Частицы многих бактериофагов состоят из головки округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45-140 нм и отростка толщиной 10-40 и длиной 100-200 нм. Другие бактериофаги не имеют отростка, одни из них округлы, другие - нитевидны, размером 8х800 нм. Содержимое головки состоит преимущественно из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (длина её нити во много раз превышает размер головки и достигает 60-70 мкм, эта нить плотно скручена в головке) или рибонуклеиновой кислоты (РНК) и небольшого количества (около 3%) белка и некоторых других веществ. Отросток имеет вид полой трубки, окруженной чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда бактериофагов чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у многих бактериофагов имеется базальная пластинка с несколькими шиловидными или другие формы выступами. От пластинки отходят тонкие длинные нити, которые способствуют прикреплению фага к бактерии. Оболочки головки и отростка состоят из белков. Общее количество белка в частице фага 50-60% , нуклеиновых кислот 40-50%. Каждый бактериофаг обладает специфическими антигенными свойствами, отличными от антигенов бактерии-хозяина и других фагов. Имеются антигены, общие для ряда фагов (особенно содержащих РНК). [1].
Бактериофаг характеризуется следующими основными свойствами:
1) имеет сложную структуру: головку округлой или овальной формы и длинный отросток, конец которого разветвляется на жгутики, несущие функции рецепторов. Таким образом, фаговая часть по форме напоминает головастика или сперматозоид. Размеры фагов колеблются от 2 до 200 нм, т.е. в тех же пределах, что и размеры отдельных вирусов. У сперматозоидных форм средний размер головки составляет 60…80 нм, а длина отростка - 100…200 нм и больше. Величина и форма колеблются в широких пределах даже у особей одного и того же вида, что подтверждает их морфологическую изменчивость;
2) фаговая частица состоит из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), образующей стержень, и белковой оболочки, обеспечивающей форму. Белок отростка отличается от белка головки. Морфологически он представляет собой стержень и трубчатый чехлик. При адсорбации фага на бактериальной клетке и ряде физических воздействий чехлик сокращается и через стержень, который служит каналом, впрыскивается нуклеиновая кислота фага в клетку. В отростке фага содержится лизоцимоподобный фермент, растворяющий стенку клетки - хозяина [2].
Кроме нуклеиновой кислоты и белка в фагах до 12…17% углеводов, 2% липидов, а также содержатся ферменты. Каждый бактериофаг вызывает лизис (растворение) определенного вида бактерий, а некоторые -определенных типов и даже штаммов. По степени специфичности фаги составляют 3 группы:
- полифаги - активные в отношении нескольких родственных видов бактерий;
- монофаги - растворяющие микробы одного вида;
- типовые фаги - лизирующие только определенные типы данного вида бактерий;
3) фаг - строгий внутриклеточный паразит. Репродуцируется только внутри бактериальной клетки. Не культивируется на искусственных питательных средах;
4) фаг обладает хорошо выраженными антигенными свойствами, отличающимися от антигенных свойств бактерий, на которые он действует. При парэнтеральном введении фага в организме образуются антитела, нейтрализующие литическую (растворяющую) активность фага. Действие антифаговых сывороток строго специфично; фаги, таким образом, отличаются друг от друга антигенными свойствами. У фагов обнаружен ряд антигенов, некоторые из них могут быть общими для родственных фагов – групповые антигены. По антигенным свойствам некоторые фаги подразделяют на серологические группы;
5) свойства фага в необычных условиях существования изменяются и передаются по наследству. Специфический фаг способен адаптироваться к паразитированию на другом виде бактерий при многократных пересевах с клетками данного вида, но при этом не может лизировать культуру, на которую действовал ранее [2].
Свойство фага приспосабливаться к условиям окружающей среды проявляется также к физическим (температура и др.) и химическим факторам. Ультрафиолетовое и ионизирующее излучения снижают адсорбирующую способность фага, его патогенность и могут вызывать выраженный мутационный эффект [3].
Фаги способны к генетическим рекомбинациям при совместной репродукции двух фагов, отличающихся по двум генетическим признакам, в одной бактериальной клетке. Появляющиеся гибриды фага - обычно более приспособленные генотипы данного фага.
Следовательно, фаги обладают способностью к адаптации, наследственной изменчивости и эволюции. Все эти свойства фагов позволяют отнести их к живой природе [4].
1. Адамс М. Бактериофаги [Текст] - / М. Адамс. - М.:Медгиз, 2000.- 521 с.
2. Госманов Р.Г., Колычев Н.М. Ветеринарная вирусология. [Текст] - М.: КолосС,2006.-304с.
3. Гольдфарб Д. М., Бактериофагия [Текст] / Д. М. Гольдфарб. -М.: Медгиз,2001. -299с.
T4 фага (для бактериофага Т4 ) является вирус из семейства Myoviridae и порядка Caudovirales , что атакует бактерии кишечной палочки ( кишечная палочка ). Его структура состоит из трех основных частей: капсида, содержащего двухцепочечную ДНК , хвоста, позволяющего вводить эту ДНК в инфицированную бактерию, и хвостовых волокон, позволяющих прикрепить фаг к мембране бактерии. Его цикл заражения проходит в несколько этапов: инъекция (адсорбция и проникновение), транскрипция ранних генов, репликация вирусной ДНК , транскрипция генов.поздно, сборка вирусных частиц , лизис бактерий.
Резюме
Адсорбция
Адсорбции инициируются при столкновении между фагом Т4 и кишечной палочкой . Он будет связываться с белками липополисахаридов (LPS) и OmpC (белок C внешней мембраны) шестью длинными каудальными волокнами (LTF) и таким же количеством коротких каудальных волокон (STF). После фиксации первых трех LTF (обратимая фиксация) происходит изменение конформации, которое сигнализирует плато об успешном прикреплении к бактериальной мембране. Затем пластина будет скользить по мембране, пока не найдет место для инъекции.
Затем цепочка из шести STF, которая стабилизирует гексагональную конформацию, разрывается, что позволяет высвободить STF. Затем плато меняется с гексагональной на звездную. Присоединение шести STF необратимо. Длится около 10 секунд.
Проникновение
Изменение конформации плато также является причиной сжатия сократительной оболочки фагового хвоста. Затем жесткая центральная ось хвоста проходит через клеточную стенку E. coli .
Кончик жесткой центральной оси взаимодействует с такими молекулами, как фосфотидилглицерин, кардиолипин или другими липидами, обнаженными на поверхности внутренней мембраны. Инициирование выброса хромосомы из головы фага происходит в протоплазме .
Если хромосома полностью выбрасывается в протоплазму , это успешно.
Транскрипция и трансляция ранних генов
После инъекции ДНК происходит конкуренция между генами клетки- хозяина и генами фага, но последние имеют преимущество из-за их лучших промоторов.
Эти гены кодируют:
- эндонуклеазы атакуют ДНК клетки - хозяина , вызывая транскрипцию своих генов до остановки ;
- фермента синтеза специфической базы T4: гидроксиметил цитозин;
- ферменты, необходимые для репликации.
Репликация
Белки gp32 и gp59 связываются с 5'-3'-цепью. Они рекрутируют геликазы , раскручивают ДНК и позволяют загружать gp61 или примазы, которые обеспечивают синтез праймеров РНК . Gp45 окружает ДНК и привлекает ДНК-полимеразу . Затем это образует комплекс с gp30 или лигазами , которые будут взаимодействовать и связывать фрагменты Okasaki .
Транскрипция и трансляция поздних генов
Они кодируют структурные белки, необходимые для сборки, а также лизоцим для лизиса бактерий.
Сборка вирусной частицы
Фаг T4 состоит из более чем пятидесяти различных генных продуктов . Его морфогенез основан на механизме последовательного изменения конформации взаимодействующих друг с другом белков .
Сборка капсида
Его сборка начинается с образования ядра капсида, которое инициируется соединителем, образованным белком gp20 с белком прокапсида (gp22). Этот соединитель важен, он также позволяет вставлять вирусную ДНК , выступая в качестве канала. Поверхность прокапсида образована путем сборки ядра прокапсида с белком gp23. Когда прокапсид образуется, белки, обеспечивающие его сборку, разрушаются и удаляются. После того, как вирусная ДНК попадет в прокапсид, на соединителе будут собираться другие структурные белки . Затем к этому сложному соединителю можно прикрепить хвост.
Хвост в сборе
Сборка хвоста начинается с сборки валика, за которым следует полимеризация жесткой центральной оси и сократительной оболочки. Поднос представляет собой центральную конструкцию, вокруг которой собраны шесть идентичных частей. Таким образом, сократительная оболочка собирается вокруг центральной оси. Сборка хвоста заканчивается прикреплением гексамера gp15 к сократительной оболочке.
Сборка длинных каудальных волокон
Эта сборка выполняется путем сборки проксимальных частей и сборки более сложных дистальных частей. Две части связаны с помощью белков gp35 и gp36.
Сборка компонентов
Сначала будут прикрепляться капсид и хвост, затем длинные волокна хвоста прикрепятся к плато на уровне gp9.
Лизис клетки-хозяина
Лизис бактерий высвобождает новые вирусные частицы. Белок GPE GPT и вызывать лизис бактерий, GPE является лизоцим и GPT позволяет ему достичь пептидогликана слоя. Фаг Т4 также может ингибировать лизис бактерий для сборки большего количества вирусных частиц благодаря белкам gp rI, gp rIIA, gp rIII и gp rIV.
Геном фага Т4 огромен, он содержит 168 903 пар нуклеотидов — всего в 30 раз меньше, чем геном его хозяина, кишечной палочки Escherichia coli. Для сравнения, длина генома папилломавируса человека — 8000 пар нуклеотидов. Что же кодирует такая длинная ДНК бактериофага и как она вообще умещается в головку вируса?
Фаг Т4 — один из самых сложно устроенных вирусов. Он несет в своей ДНК около 300 белок-кодирующих генов, причем из них только 69 необходимы ему для выживания в стандартных условиях лаборатории. Большинство белков фага Т4 не похожи на известные белки других организмов. Но есть и такие, чьи родственники найдены у прокариот и эукариот. Функции многих белков этого вируса до сих пор не установлены, одна только головка состоит по крайней мере из 12 типов белков. Кроме белков, ДНК бактериофага кодирует несколько транспортных РНК и коротких регуляторных РНК — свойство, обычное для самостоятельных организмов, но не распространенное среди вирусов.
Другой интересный пример — белок, который встраивается во внутреннюю мембрану клетки-хозяина (у кишечной палочки, как у любой уважающей себя грамотрицательной бактерии, есть две клеточные мембраны) и не дает генетической информации других бактериофагов попасть внутрь. Есть у Т4 и белки, разрезающие ДНК бактерии-хозяина и проникших в нее других бактериофагов. С ДНК Т4 эти белки они не связываются, поскольку в ее состав вместо нуклеотида цитозина входит модифицированный гидроксиметилцитозин.
Современная модель упаковки ДНК в головку бактериофага Т4
Читайте также: