El virus P22 de Salmonella es un bacteriófago de lafamilia Podoviridae que infecta a Salmonella typhimurium . [1] Al igual que muchos fagos, se ha utilizado en biología molecular para inducir mutaciones en bacterias cultivadas e introducir material genético extraño . [2] P22 se ha utilizado en la transducción generalizada y es una herramienta importante para investigar la genética de Salmonella . [1]
P22 comparte muchas similitudes en la estructura genética y la regulación con el bacteriófago λ . [1] Es un fago de ADN bicatenario templado, así como un fago lambdoide, ya que lleva el control de las regiones de expresión génica y los operones tempranos similares a los del bacteriófago λ. [3] Sin embargo, los genes que codifican las proteínas que construyen el virión son diferentes de los del bacteriófago λ. [3] P22 tiene una cabeza de virión icosaédrica (T = 7) de 60 nm de diámetro y una cola corta. [3] Esta morfología del virión coloca a P22 en el grupo formal Podoviridae . [3] Tradicionalmente, P22 se asocia con virus con patrones de transcripción genómica y ciclos de vida similares, incluido el bacteriófago λ y todos los demás fagos lambdoides. Sin embargo, esta relación parece estar sobreestimada. [4] Otros parientes con morfología de cola corta similar y homología de ADN en los genes proteicos del virión incluyen los bacteriófagos λ y Ε34. [3] Muchos Podoviridae , por ejemplo los fagos T7 y Φ29, comparten pocas similitudes de ADN con P22, aunque sus morfologías de virión son similares. [3]
El virión del P22 contiene un cromosoma de ADN bicatenario lineal de aproximadamente 44 kilobases de longitud, con extremos romos y un mapa genético circular. [3] Sin embargo, su secuencia de nucleótidos de "tipo salvaje" tiene una longitud de aproximadamente 42 kilobases. [3] Se ha secuenciado el genoma del P22 y se han anotado sesenta y cinco genes. [1] Los resultados de la secuenciación respaldan la hipótesis de que el fago P22 es un virus que ha evolucionado a través de una recombinación extensa con otros virus. [1]
La investigación de P22 se ha centrado en sus diferencias con el bacteriófago λ, incluidos los mecanismos por los cuales circulariza el ADN tras la infección y empaqueta el ADN en el virión. [3] Antes de abandonar la célula huésped, los cromosomas del virión se empaquetan en cápsides a partir de concatémeros de la secuencia que resultan de la replicación del ADN en círculo rodante. [3] El ADN empaquetado con P22 lleva una duplicación directa de aproximadamente el 4% en ambos extremos, ya que el interior del virión tiene más espacio del que llena el 100% de la secuencia. [3] Este proceso se llama "empaquetamiento completo" ya que el ADN replicado se "rellena" en el virión hasta que está lleno, en lugar de llenar cada virión con una sola copia de la secuencia. [3] Esto generalmente abarca 48 Kb, por lo que parte del ADN del huésped se transfiere junto con el fago.
Después de la infección del huésped, el ADN del virión P22 lineal se circulariza mediante un evento de recombinación homóloga entre las repeticiones directas en ambos extremos del cromosoma. [3] Esto puede realizarse mediante productos del gen rec del huésped , pero también mediante genes con función de recombinación P22 en ausencia de enzimas del huésped. [3] El ADN circularizado que contiene una copia de la secuencia de nucleótidos P22 es el sustrato para la expresión génica y la replicación del ADN. [3]
La proteína de la cola P22 está anclada en la capa viral y se utiliza para ayudar a penetrar las membranas de las células huésped. La cola de P22 tiene un pliegue de hélice beta inusual . La infección comienza cuando la cola gp9 del fago P22 se une al lipopolisacárido del antígeno O en la superficie del huésped Salmonella typhimurium . [1] La proteína de la fibra de la cola del virión tiene actividad endorhamnosidasa, que escinde la cadena del antígeno O. [3] Tras la infección, P22 puede entrar en una vía de crecimiento lítica o lisogénica . [1] En la vía lítica, la replicación viral procede inmediatamente después de la infección y libera aproximadamente 300–500 fagos de progenie a través de la lisis celular en una hora. [1] Sin embargo, en la vía lisogénica, el cromosoma del fago se integra en el cromosoma del huésped y se pasa a las células hijas a través de la división celular. [1] El factor principal que controla la vía de crecimiento es la multiplicidad de infecciones (moi); una moi alta favorece la vía lisogénica y una moi baja favorece la vía lítica. [1]
La cápside viral ha sido objeto de estudios en el ensamblaje del virus P22. Al igual que otros virus de ADN de doble cadena de gran tamaño, P22 primero construye una estructura de "procápside" proteica y luego la empaqueta con el cromosoma de ADN. [3] La procápside de P22 se ensambla mediante una proteína bien estudiada. [3] Alrededor de 250 moléculas de proteína de andamiaje están presentes en la procápside durante el ensamblaje, pero durante el empaquetamiento del ADN, la proteína de andamiaje se libera. [3] La proteína de andamiaje liberada no se daña y puede volver a ensamblarse con la proteína de cubierta recién sintetizada para formar más procápsides. [3]
En las infecciones de laboratorio, las moléculas de proteína de andamiaje participan en 5 rondas de ensamblaje de procápside en promedio. [3] Dado que la proteína de andamiaje P22 media el ensamblaje de otras proteínas sin convertirse en parte de la estructura terminada, está actuando catalíticamente. [3] La acción de la proteína de andamiaje en el ensamblaje de procápside es común en otros virus icosaédricos grandes, incluidos los virus del herpes de eucariotas, pero en algunos casos el andamiaje se elimina proteolíticamente en lugar de reutilizarse. [3] Además, la proteína de andamiaje P22 puede reprimir la síntesis de proteína de andamiaje adicional cuando no se ensambla en procápsides. [3]
Los productos de tres genes adyacentes son necesarios para la estabilización del ADN condensado dentro de las cápsides del fago P22 : Gp4, Gp10 y Gp26. [5] Estas proteínas actúan tapando el orificio por el que entra el ADN. [6] Estas tres proteínas parecen polimerizarse sobre las cápsides recién llenas para formar el cuello del fago maduro a través del cual se inyectará el ADN en una célula . Gp4 (factor accesorio de la cola P22) es el primer factor accesorio de la cola que se añade a las cápsides recién llenas de ADN durante la morfogénesis P22. En solución, la proteína actúa como un monómero y tiene una baja estabilidad estructural. La interacción de gp4 con la proteína portal implica la unión de dos conjuntos no equivalentes de seis proteínas gp4. Gp4 actúa como un adaptador estructural para gp10 y gp26, los otros factores accesorios de la cola. [7]
La transducción se ha utilizado ampliamente en la genética bacteriana y es útil en la construcción de cepas. [8] En general, la transducción dentro de cada especie bacteriana requiere el uso de un fago específico; por ejemplo, P22 se ha utilizado para la transducción en S. enterica sv. Typhimurium. [8] Un factor significativo en el desarrollo de la genética de S. enterica ha sido la facilidad de uso de P22 para cruces transduccionales. [8] En particular, P22 es estable en almacenamiento, se obtienen fácilmente stocks de alto título y se han aislado mutantes de transducción de alta frecuencia (HT) y de integración deficiente. [8]