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Bacteriófago M13


M13 es uno de los fagos Ff (fd y f1 son otros), miembro de la familia de los bacteriófagos filamentosos ( inovirus ). Los fagos Ff están compuestos de ADN monocatenario circular ( ADNss ), que en el caso del fago m13 tiene una longitud de 6407 nucleótidos y está encapsulado en aproximadamente 2700 copias de la proteína de cubierta principal p8 , y rematado con aproximadamente 5 copias de cada uno de cuatro diferentes. proteínas de cubierta menores (p3 y p6 en un extremo y p7 y p9 en el otro extremo). [1] [2] [3] La proteína de cubierta menor p3 se une al receptor en la punta del pilus F del huésped Escherichia coli . El ciclo de vida es relativamente corto: la progenie temprana del fago sale de la célula diez minutos después de la infección. Los fagos ff son fagos crónicos que liberan su progenie sin matar las células huésped. La infección provoca placas turbias en el césped de E. coli , de opacidad intermedia en comparación con las placas de lisis habituales. Sin embargo, se observa una disminución en la tasa de crecimiento celular en las células infectadas. La forma replicativa de M13 es ADN circular bicatenario similar a los plásmidos que se utilizan para muchos procesos de ADN recombinante , y el virus también se ha utilizado para presentación en fagos , evolución dirigida , nanoestructuras y aplicaciones de nanotecnología . [4] [5] [6]

Partículas de fagos

La cubierta del fago se ensambla principalmente a partir de una proteína de 50 aminoácidos llamada p8, que está codificada por el gen 8 en el genoma del fago . Para una partícula M13 de tipo salvaje , se necesitan aproximadamente 2700 copias de p8 para formar una capa de aproximadamente 900 nm de largo. Las dimensiones de la capa son flexibles porque el número de copias de p8 se ajusta para adaptarse al tamaño del genoma monocatenario que empaqueta. [7] Los fagos parecen estar limitados a aproximadamente el doble del contenido de ADN natural. Sin embargo, la eliminación de una proteína del fago (p3) impide el escape completo del huésped E. coli , y se pueden observar fagos que tienen entre 10 y 20 veces la longitud normal con varias copias del genoma del fago desprendiéndose del huésped E. coli .

En un extremo del filamento hay hasta cinco copias de la proteína expuesta en la superficie (p9) y una proteína compañera más enterrada (p7). Si p8 forma el eje del fago, p9 y p7 forman el extremo "roma" que se ve en las micrografías. Estas proteínas son muy pequeñas y contienen sólo 33 y 32 aminoácidos respectivamente, aunque se pueden agregar algunos residuos adicionales a la porción N-terminal de cada una, que luego se presentan en el exterior de la capa. En el otro extremo de la partícula del fago hay cinco copias de la superficie expuesta (p3) y su proteína accesoria menos expuesta (p6). Estos forman la punta redondeada del fago y son las primeras proteínas que interactúan con el huésped E. coli durante la infección. La proteína p3 es también el último punto de contacto con el huésped cuando un nuevo fago brota de la superficie bacteriana. [8] [9] [10] La producción de partículas de fagos hace que una célula huésped crezca y se divida, pero no conduce a la lisis de la célula. [8]

Replicación en E. coli

La entrada del virus a una célula huésped está mediada por la proteína p3, específicamente los dominios N, que se unen a los receptores primarios y secundarios de la célula huésped. [11] Después de que el ADN monocatenario positivo ha entrado en la célula, se duplica para formar el ADN bicatenario que luego se utiliza para transcribir el ARNm que construirá las proteínas. [8]

A continuación se detallan los pasos relacionados con la replicación de M13 en E. coli .

Las proteínas de los fagos en el citoplasma son p2, p10 y p5, y son parte del proceso de replicación del ADN. Las otras proteínas de los fagos se sintetizan y se insertan en las membranas citoplasmáticas o externas.

Inusualmente, la proteína de cubierta principal puede insertarse después de la traducción en membranas, incluso en aquellas que carecen de estructuras de translocación, e incluso en liposomas sin contenido proteico. [12]

Investigación

George Smith , entre otros, demostró que fragmentos de la endonucleasa EcoRI podían fusionarse en el sitio Bam único del fago filamentoso f1 y expresarse así en el gen 3, cuya proteína p3 era accesible externamente. M13 no tiene este sitio Bam único en el gen 3. M13 tuvo que diseñarse para tener sitios de inserción accesibles, lo que limita su flexibilidad para manejar insertos de diferentes tamaños. Debido a que el sistema de presentación del fago M13 permite una gran flexibilidad en la ubicación y la cantidad de proteínas recombinantes en el fago, es una herramienta popular para construir o servir como andamio para nanoestructuras. [13] Por ejemplo, el fago se puede diseñar para que tenga una proteína diferente en cada extremo y a lo largo de su longitud. Esto se puede utilizar para ensamblar estructuras como nanocables de oro u óxido de cobalto para baterías [14] o para empaquetar nanotubos de carbono en haces rectos para su uso en energía fotovoltaica. [15] La cápside M13 es también la primera estructura viral intacta que se ha resuelto completamente mediante RMN en estado sólido . [dieciséis]

Ver también

Referencias

  1. ^ Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (enero de 2017). "Simulación del ciclo de vida de M13 I: Montaje de una simulación cinética química determinista estructurada genéticamente". Virología . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  2. ^ Rakonjac J , Das B, Derda R (2016). "Editorial: Bacteriófagos Filamentosos en Bio/Nano/Tecnología, Patogénesis Bacteriana y Ecología". Fronteras en Microbiología . 7 : 2109. doi : 10.3389/fmicb.2016.02109 . PMC 5179506 . PMID  28066406. 
  3. ^ Roux S, Krupovic M, Daly RA, Borges AL, Nayfach S, Schulz F, et al. (noviembre de 2019). "Los inovirus crípticos se revelan omnipresentes en bacterias y arqueas en todos los biomas de la Tierra". Microbiología de la naturaleza . 4 (11): 1895-1906. doi :10.1038/s41564-019-0510-x. PMC 6813254 . PMID  31332386. 
  4. ^ Khalil AS, Ferrer JM, Brau RR, Kottmann ST, Noren CJ, Lang MJ, Belcher AM (marzo de 2007). "Anclaje y estiramiento de un solo bacteriófago M13". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (12): 4892–7. doi : 10.1073/pnas.0605727104 . PMC 1829235 . PMID  17360403. 
  5. ^ Suthiwangcharoen N, Li T, Li K, Thompson P, You S, Wang Q (mayo de 2011). "Nanoensamblajes de bacteriófago-polímero M13 como vehículos de administración de fármacos". Nanoinvestigación . 4 (5): 483–93. doi :10.1007/s12274-011-0104-2. S2CID  97544776.
  6. ^ Esvelt KM, Carlson JC, Liu DR (abril de 2011). "Un sistema para la evolución continua dirigida de biomoléculas". Naturaleza . 472 (7344): 499–503. Código Bib :2011Natur.472..499E. doi : 10.1038/naturaleza09929. PMC 3084352 . PMID  21478873. 
  7. ^ Sattar S, Bennett Nueva Jersey, Wen WX, Guthrie JM, Blackwell LF, Conway JF, Rakonjac J (2015). "Ff-nano, nanobarras cortas funcionalizadas derivadas del bacteriófago filamentoso Ff (f1, fd o M13)". Fronteras en Microbiología . 6 : 316. doi : 10.3389/fmicb.2015.00316 . PMC 4403547 . PMID  25941520. 
  8. ^ abc Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (enero de 2017). "Simulación del ciclo de vida de M13 I: Montaje de una simulación cinética química determinista estructurada genéticamente". Virología . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  9. ^ Luna; Choi; Jeong; hijo; Han; Ah (11-10-2019). "Progreso de la investigación de biosensores basados ​​en bacteriófagos M13". Nanomateriales . 9 (10): 1448. doi : 10.3390/nano9101448 . ISSN  2079-4991. PMC 6835900 . PMID  31614669. 
  10. ^ Haase, Maximiliano; Tessmer, Lutz; Köhnlechner, Lilian; Kuhn, Andreas (27 de mayo de 2022). "La máquina de ensamblaje de fagos M13 tiene una estructura de anillo oligomérico que abarca toda la membrana". Virus . 14 (6): 1163. doi : 10.3390/v14061163 . ISSN  1999-4915. PMC 9228878 . PMID  35746635. 
  11. ^ Bennett, Nicolás J.; Gagic, Dragana; Sutherland-Smith, Andrew J.; Rakonjac, Jasna (2011). "Caracterización de un dominio de doble función que media la inserción de membrana y la escisión del bacteriófago filamentoso Ff". Revista de biología molecular . 411 (5): 972–985. doi :10.1016/j.jmb.2011.07.002. ISSN  0022-2836. PMID  21763316.
  12. ^ Rapoport TA, Jungnickel B, Kutay U (1996). "Transporte de proteínas a través del retículo endoplasmático eucariota y las membranas internas bacterianas". Revista Anual de Bioquímica . 65 (1). Revisiones anuales : 271–303. doi : 10.1146/annurev.bi.65.070196.001415. PMID  8811181.
  13. ^ Huang Y, Chiang CY, Lee SK, Gao Y, Hu EL, De Yoreo J, Belcher AM (julio de 2005). "Ensamblaje programable de nanoarquitecturas utilizando virus modificados genéticamente". Nano Letras . 5 (7): 1429–34. Código Bib : 2005NanoL...5.1429H. doi :10.1021/nl050795d. PMID  16178252.
  14. ^ Nam KT, Kim DW, Yoo PJ, Chiang CY, Meethong N, Hammond PT y otros. (mayo de 2006). "Síntesis y ensamblaje de nanocables para electrodos de baterías de iones de litio habilitados por virus". Ciencia . 312 (5775): 885–8. Código Bib : 2006 Ciencia... 312..885N. doi : 10.1126/ciencia.1122716. PMID  16601154. S2CID  5105315.
  15. ^ Dang X, Yi H, Ham MH, Qi J, Yun DS, Ladewski R, et al. (Abril de 2011). "Nanotubos de carbono de pared simple autoensamblados con plantilla de virus para la recolección de electrones altamente eficiente en dispositivos fotovoltaicos". Nanotecnología de la naturaleza . 6 (6): 377–84. Código bibliográfico : 2011NatNa...6..377D. doi :10.1038/nnano.2011.50. PMID  21516089.
  16. ^ Morag O, Sgourakis NG, Baker D, Goldbourt A (enero de 2015). "El modelo de cápside de RMN-Rosetta del bacteriófago M13 revela un epítopo de empaquetamiento hidrofóbico cuadriplicado". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (4): 971–976. doi :10.1073/pnas.1415393112. PMC 4313819 . PMID  25587134. 

Otras lecturas