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Bacteriófago M13

M13 es uno de los fagos Ff (fd y f1 son otros), un miembro de la familia de los bacteriófagos filamentosos ( inovirus ). Los fagos Ff están compuestos de ADN monocatenario circular ( ssDNA ), 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 cubierto con aproximadamente 5 copias de cada una de cuatro proteínas de cubierta menores diferentes (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 de la Escherichia coli huésped . El ciclo de vida es relativamente corto, y 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 a las células huésped. La infección provoca placas turbias en los céspedes de E. coli , de opacidad intermedia en comparación con las placas de lisis normales. Sin embargo, se observa una disminución en la tasa de crecimiento celular en las células infectadas. La forma replicativa de M13 es ADN bicatenario circular similar a los plásmidos que se utilizan para muchos procesos de ADN recombinante , y el virus también se ha utilizado para visualización de fagos , evolución dirigida , nanoestructuras y aplicaciones de nanotecnología . [4] [5] [6]

Partículas de fago

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 la cubierta de unos 900 nm de largo. Las dimensiones de la cubierta son flexibles porque el número de copias de p8 se ajusta para acomodar el tamaño del genoma monocatenario que empaqueta. [7] El fago parece estar limitado 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 puede ver que los fagos que tienen entre 10 y 20 veces la longitud normal con varias copias del genoma del fago se desprenden del huésped E. coli .

En un extremo del filamento hay hasta cinco copias de la proteína expuesta en la superficie (p9) y una proteína acompañante más enterrada (p7). Si p8 forma el eje del fago, p9 y p7 forman el extremo "romo" que se ve en las micrografías. Estas proteínas son muy pequeñas, contienen solo 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 cubierta. En el otro extremo de la partícula del fago hay cinco copias de la proteína expuesta en la superficie (p3) y su proteína accesoria menos expuesta (p6). Estas forman la punta redondeada del fago y son las primeras proteínas que interactúan con el huésped E. coli durante la infección. La proteína p3 también es 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 fago hace que una célula huésped crezca y se divida, pero no conduce a la lisis de la célula. [8]

Replicación enE. coli

La entrada del virus en 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] Una vez 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 muestran los pasos involucrados en la replicación de M13 en E. coli .

Las proteínas del fago que se encuentran en el citoplasma son p2, p10 y p5, y forman parte del proceso de replicación del ADN. Las demás proteínas del fago se sintetizan y se insertan en las membranas citoplasmáticas o externas.

De manera inusual, la proteína principal de la capa 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 los fragmentos de la endonucleasa EcoRI podían fusionarse en el sitio Bam único del fago filamentoso f1 y, por lo tanto, expresarse en el gen 3 cuya proteína p3 era accesible externamente. M13 no tiene este sitio Bam único en el gen 3. M13 tuvo que ser diseñado para tener sitios de inserción accesibles, lo que lo limitaba en su flexibilidad para manejar insertos de diferentes tamaños. Debido a que el sistema de visualización del fago M13 permite una gran flexibilidad en la ubicación y el número de proteínas recombinantes en el fago, es una herramienta popular para construir o servir como andamio para nanoestructuras. [13] Por ejemplo, el fago puede diseñarse para tener 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 intacta del virus que se ha resuelto completamente mediante RMN de estado sólido . [16]

Véase también

Referencias

  1. ^ Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (enero de 2017). "Simulación del ciclo de vida de M13 I: ensamblaje de una simulación cinética química determinista estructurada genéticamente". Virology . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  2. ^ Rakonjac J , Das B, Derda R (2016). "Editorial: Bacteriófago filamentoso en bio/nano/tecnología, patogénesis bacteriana y ecología". Frontiers in Microbiology . 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). "Inovirus crípticos revelados como omnipresentes en bacterias y arqueas en los biomas de la Tierra". Nature Microbiology . 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 único 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 polímero y bacteriófago M13 como vehículos de administración de fármacos". Nano Research . 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". Nature . 472 (7344): 499–503. Bibcode :2011Natur.472..499E. doi :10.1038/nature09929. PMC 3084352 . PMID  21478873. 
  7. ^ Sattar S, Bennett NJ, Wen WX, Guthrie JM, Blackwell LF, Conway JF, Rakonjac J (2015). "Ff-nano, nanobarras funcionales cortas derivadas del bacteriófago filamentoso Ff (f1, fd o M13)". Frontiers in Microbiology . 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: ensamblaje de una simulación cinética química determinista estructurada genéticamente". Virology . 500 : 259–274. doi : 10.1016/j.virol.2016.08.017 . PMID  27644585.
  9. ^ Moon; Choi; Jeong; Sohn; Han; Oh (11 de octubre de 2019). "Progreso de la investigación de biosensores basados ​​en bacteriófagos M13". Nanomaterials . 9 (10): 1448. doi : 10.3390/nano9101448 . ISSN  2079-4991. PMC 6835900 . PMID  31614669. 
  10. ^ Haase, Maximilian; Tessmer, Lutz; Köhnlechner, Lilian; Kuhn, Andreas (27 de mayo de 2022). "La máquina de ensamblaje del fago M13 tiene una estructura de anillo oligomérico que abarca la membrana". Viruses . 14 (6): 1163. doi : 10.3390/v14061163 . ISSN  1999-4915. PMC 9228878 . PMID  35746635. 
  11. ^ Bennett, Nicholas J.; Gagic, Dragana; Sutherland-Smith, Andrew J.; Rakonjac, Jasna (2011). "Caracterización de un dominio de doble función que media la inserción y escisión de la membrana del bacteriófago filamentoso Ff". Journal of Molecular Biology . 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". Revisión 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 genéticamente modificados". Nano Letters . 5 (7): 1429–34. Bibcode :2005NanoL...5.1429H. doi :10.1021/nl050795d. PMID  16178252.
  14. ^ Nam KT, Kim DW, Yoo PJ, Chiang CY, Meethong N, Hammond PT, et al. (mayo de 2006). "Síntesis y ensamblaje de nanocables para electrodos de baterías de iones de litio mediante virus". Science . 312 (5775): 885–8. Bibcode :2006Sci...312..885N. doi :10.1126/science.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". Nature Nanotechnology . 6 (6): 377–84. Bibcode :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 cuadruplicado". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (4): 971–976. doi :10.1073/pnas.1415393112. PMC 4313819 . PMID  25587134. 

Lectura adicional