El bacteriófago MS2 ( Emesvirus zinderi ), comúnmente llamado MS2, es un virus de ARN monocatenario de sentido positivo , icosaédrico, que infecta a la bacteria Escherichia coli y otros miembros de las enterobacterias . [1] MS2 es miembro de una familia de virus bacterianos estrechamente relacionados que incluye el bacteriófago f2 , el bacteriófago Qβ , R17 y GA. [2]
Es pequeño y contiene una proteína de maduración, una proteína de cubierta y ARN genómico. También tiene uno de los genomas más pequeños conocidos, que codifica cuatro proteínas.
El ciclo de vida de MS2 implica infectar bacterias con el factor de fertilidad, lo que permite que el virus se adhiera al pilus, aunque aún se desconoce el mecanismo por el cual el ARN del virus ingresa a la bacteria. Una vez dentro, el ARN viral comienza a funcionar como ARN mensajero para producir proteínas virales. MS2 replica su genoma de cadena positiva creando un ARN de cadena negativa como plantilla. Luego, el virus se ensambla y la célula bacteriana se lisa, liberando nuevos virus.
El virus fue aislado en 1961 y su genoma fue el primero en ser secuenciado completamente, en 1976, lo que proporcionó una comprensión crucial de los códigos genéticos. En aplicaciones prácticas, los componentes estructurales de MS2 se han utilizado para detectar ARN en células vivas. El virus también está bajo investigación para posibles usos en la administración de fármacos, la obtención de imágenes de tumores y la captación de luz. Además, debido a sus similitudes estructurales con los norovirus , sus condiciones de proliferación preferidas y su falta de patogenicidad para los humanos, MS2 sirve como sustituto en estudios de transmisión de enfermedades por norovirus.
El genoma MS2 es uno de los más pequeños conocidos y consta de 3569 nucleótidos de ARN monocatenario. [3] Codifica solo cuatro proteínas: la proteína de maduración ( proteína A ), la proteína de lisis ( lys ), la proteína de cubierta ( cp ) y la proteína replicasa ( rep ). [1] El gen que codifica lys se superpone tanto al extremo 3' del gen ascendente ( cp ) como al extremo 5' del gen descendente ( rep ), y fue uno de los primeros ejemplos conocidos de genes superpuestos . El genoma de ARN de cadena positiva sirve como ARN mensajero y se traduce cuando el virus se desnuda dentro de la célula huésped. Aunque las cuatro proteínas están codificadas por el mismo ARN mensajero/viral, no todas se expresan en los mismos niveles.
Un virión MS2 (partícula viral) tiene aproximadamente 27 nm de diámetro, según lo determinado por microscopía electrónica. [4] Consiste en una copia de la proteína de maduración y 180 copias de la proteína de cubierta (organizadas como 90 dímeros) dispuestas en una capa icosaédrica con número de triangulación T=3 , protegiendo el ARN genómico en su interior. [5] El virión tiene un punto isoeléctrico (pI) de 3,9. [6]
La estructura de la proteína de cubierta es una lámina β de cinco hebras con dos hélices α y una horquilla . Cuando se ensambla la cápside , las hélices y la horquilla miran hacia el exterior de la partícula, mientras que la lámina β mira hacia el interior. [7]
MS2 infecta bacterias entéricas que portan el factor de fertilidad (F) , un plásmido que permite que las células sirvan como donantes de ADN en la conjugación bacteriana . Los genes del plásmido F especifican las proteínas del pilus F , que incluye la proteína pilina F que sirve como receptor viral. MS2 se adhiere a la pilina F en el lado del pilus utilizando su única proteína de maduración.
Una vez que el ARN viral ha entrado en la célula, comienza a funcionar como ARN mensajero para la producción de proteínas de fagos. El gen de la proteína más abundante, la proteína de cubierta, puede traducirse inmediatamente. El inicio de la traducción del gen de la replicasa normalmente está oculto dentro de la estructura secundaria del ARN, pero puede abrirse transitoriamente a medida que los ribosomas atraviesan el gen de la proteína de cubierta. La traducción replicasa también se detiene una vez que se han producido grandes cantidades de proteína de cubierta; Los dímeros de la proteína de cubierta se unen y estabilizan el "operador horquilla " del ARN, bloqueando el inicio de la replicasa. El inicio del gen de la proteína de maduración es accesible en el ARN que se replica, pero está oculto dentro de la estructura secundaria del ARN en el ARN MS2 completo; esto asegura la traducción de sólo unas pocas copias de proteína de maduración por ARN. Finalmente, el gen de la proteína de lisis sólo puede ser iniciado por ribosomas que hayan completado la traducción del gen de la proteína de la cubierta y "regresen" al inicio del gen de la proteína de lisis, aproximadamente con una frecuencia del 5%. [1]
La replicación del genoma MS2 de cadena positiva requiere la síntesis del ARN de cadena negativa complementario, que luego puede usarse como plantilla para la síntesis de un nuevo ARN de cadena positiva. La replicación de MS2 ha sido mucho menos estudiada que la replicación del bacteriófago Qβ , altamente relacionado , en parte porque la replicasa de MS2 ha sido difícil de aislar, pero es probable que sea similar. [1]
Se cree que la formación del virión se inicia mediante la unión de la proteína de maduración al ARN MS2; de hecho, el complejo de proteína de maduración y ARN es infeccioso. El ensamblaje de la cubierta icosaédrica o cápside a partir de proteínas de cubierta puede ocurrir en ausencia de ARN; sin embargo, el ensamblaje de la cápside se nuclea mediante la unión del dímero de la proteína de la cubierta a la horquilla del operador, y el ensamblaje ocurre a concentraciones mucho más bajas de proteína de la cubierta cuando está presente el ARN MS2. [1]
La lisis bacteriana y la liberación de viriones recién formados se producen cuando se ha acumulado suficiente proteína de lisis. La proteína de lisis (L) forma poros en la membrana citoplasmática, lo que conduce a la pérdida del potencial de membrana y a la ruptura de la pared celular . [1] Se sabe que la proteína de lisis se une a DnaJ a través de un importante residuo P330. [8] Un motivo dipéptido LS en la proteína L se encuentra en todo el género Levivirus y parece ser esencial para la actividad de lisis, aunque sus diferentes ubicaciones sugieren que han evolucionado de forma independiente. [9]
En 1961, Alvin John Clark aisló MS2 y lo reconoció como un fago que contiene ARN muy similar al bacteriófago f2 . [10]
En 1976, el genoma MS2 fue el primer genoma secuenciado completamente. [3] Esto fue logrado por Walter Fiers y su equipo, basándose en su hito anterior en 1972 del primer gen secuenciado completamente, la proteína de cubierta MS2. [11] Estas secuencias se determinaron a nivel de ARN. [12] El primer esfuerzo en un análisis estadístico del genoma MS2 fue una búsqueda de patrones en la secuencia de nucleótidos. Se identificaron varias secuencias no codificantes; sin embargo, en el momento de esta investigación (1979), se desconocían las funciones de los patrones no codificantes. [13]
Desde 1998, [14] la proteína de cubierta y horquilla del operador MS2 ha encontrado utilidad en la detección de ARN en células vivas (ver etiquetado MS2 ). MS2 y otras cápsides virales también se están investigando actualmente como agentes en la administración de fármacos, imágenes de tumores y aplicaciones de captación de luz. [15]
MS2, debido a sus similitudes estructurales con los norovirus , sus condiciones óptimas de proliferación similares y su no patogenicidad para los humanos, se ha utilizado como sustituto de los norovirus en estudios de transmisión de enfermedades. [dieciséis]
