P1 fág je mírný , který infikuje Escherichia coli a některé další bakterie . Během průchodu lyzogenního cyklu existuje fágový genom v bakteriích jako plazmid [1] , na rozdíl od jiných fágů (například fág lambda ), které jsou integrovány do DNA hostitele. P1 má ikosaedrickou hlavu obsahující DNA připojenou ke kontraktilnímu ocasu se šesti vlákny ocasu. Fág P1 vzbudil zájem výzkumníků, protože jej lze použít k přenosu DNA z jedné bakteriální buňky do druhé v procesu známém jako transdukce . Při replikaci během svého lytického cyklu zachycuje fragmenty chromozomu hostitele. Pokud jsou výsledné virové částice použity k infekci jiného hostitele, mohou být zachycené fragmenty DNA integrovány do genomu nového hostitele. Tato metoda genetického inženýrství in vivo byla široce používána již řadu let a používá se dodnes, i když v menší míře. P1 lze také použít k vytvoření umělého chromozomového klonovacího vektoru odvozeného z P1 , který může nést relativně velké fragmenty DNA. P1 kóduje místně specifickou rekombinázu Cre, která se široce používá k řízení buněčně specifické nebo časově specifické rekombinace DNA lemováním cílové DNA místy loxP (viz rekombinace Cre-Lox ).
Virion má podobnou strukturu jako fág T4 , ale je jednodušší [2] . Má ikosaedrickou hlavu [3] obsahující genom připojený v jednom vrcholu k ocasu. Ocas má trubici obklopenou stahovací pochvou. Končí v základní desce se šesti ocasními vlákny. Ocasní vlákna se podílejí na uchycení a specifičnosti hostitele.
Genom fága P1 je středně velký, asi 93 kbp. [2] na délku (ve srovnání s genomy například T4 - 169 Kb, lambda - 48 Kb a Ff - 6,4 Kb). Ve virové částici je to lineární dvouvláknová molekula DNA. Jakmile je zaveden do hostitele, cirkuluje a replikuje se jako plazmid.
Ve virové částici je molekula DNA delší (110 kb), než je skutečná délka genomu. Vytváří se vyříznutím fragmentu vhodné velikosti z řetězce konkatemerické DNA, který má více kopií genomu (jak se to dělá, viz část o lýze níže). Díky tomu jsou konce molekuly DNA totožné. Toto se nazývá redundance terminálu. To je důležité pro hostitelovu kruhovou DNA. Dalším důsledkem vyříznutí DNA z koncatemeru je, že daná lineární molekula může začínat kdekoli v kruhovém genomu. Tomu se říká cyklická permutace.
Genom je zvláště bohatý na sekvence Chi rozpoznávané bakteriální rekombinázou RecBCD . Genom obsahuje dva počátky replikace: oriR, který jej replikuje během lysogenního cyklu, a oriL, který jej replikuje během lytického stádia. Genom P1 kóduje tři tRNA, které jsou exprimovány v lytickém stádiu.
Proteom : Genom P1 kóduje 112 proteinů a 5 nepřeložených genů, což je přibližně dvojnásobek velikosti bakteriofága lambda [2] .
Fágová částice je adsorbována na povrchu bakterie za použití ocasních procesů pro specifitu. Skořápka ocasu se zmenší a fágová DNA je vstříknuta do hostitelské buňky. Rekombinační mechanismus hostitelské DNA nebo enzym cre přeložený z virové DNA rekombinuje terminálně redundantní konce a učiní genom kruhovým. V závislosti na různých fyziologických signálech může fág okamžitě vstoupit do lytické fáze nebo přejít do lyzogenního stavu.
Gen, který kóduje procesy ocasu, má sadu sekvencí, které mohou cílit na místně specifickou rekombinázu Cin . To způsobí, že C-konec proteinu přechází mezi dvěma alternativními formami s nízkou frekvencí. Ocasní vlákna viru jsou zodpovědná za specificitu vazby na hostitelský receptor. Cíle viru na ocasní vlákna jsou pod neustálou selekcí, aby se vyvíjely a vyhýbaly se vazbě. Tato metoda diverzity rekombinace ocasu umožňuje viru držet krok s bakterií [4] . Tento systém má blízkou sekvenční homologii s rekombinačními systémy v ocasních vláknech nepříbuzných fágů, jako je mu fág a lambda fág .
Fágový genom P1 je v bakteriích udržován jako plazmid s nízkým počtem kopií. Relativně velká velikost plazmidu vyžaduje [2] udržovat nízký počet kopií, aby se nestal příliš velkou metabolickou zátěží, pokud jde o lysogen. Protože obvykle existuje pouze jedna kopie plazmidu na bakteriální genom, existuje velká šance, že plazmid nebude předán oběma dceřiným buňkám. Plazmid P1 s tím bojuje několika způsoby:
Plazmid P1 má samostatný zdroj replikace (oriL), který je aktivován během lytického cyklu. Replikace začíná normální obousměrnou theta replikací v oriL, ale později, v lytické fázi, přechází na techniku rotující kruhové replikace využívající mechanismus rekombinace hostitele [2] [7] [8] . To má za následek přítomnost více kopií genomu na jedné lineární molekule DNA zvané koncatemer. Konec koncatemeru je odříznut na specifickém místě zvaném pac site nebo packing site [9] . Následuje balení DNA do hlav, dokud nejsou plné. Zbytek konkatétru, který se nevejde do jedné hlavice, se oddělí a zařízení jej začne balit do nové hlavice. Umístění řezu nezávisí na pořadí. Každá hlava obsahuje asi 110 kb. DNA [9] , takže v každé hlavě je o něco více než jedna kompletní kopie genomu (~90 kb), přičemž konce vlákna v každé hlavě jsou identické. Po infekci nové buňky je tato koncová redundance využita mechanismem rekombinace hostitele k cyklizaci genomu, pokud mu chybí dvě kopie loxu lox [1] [9] . Pokud jsou přítomna dvě lox místa (jedno na každém konci redundantního konce), cyklizace se provádí cre rekombinázou.
Po sestavení kompletních virionů je hostitelská buňka lyžována, přičemž se uvolňují virové částice.
P1 objevil v roce 1951 Giuseppe Bertani v laboratoři Salvadora Lurii , ale tento fág byl málo studován, dokud Ed Lennox, rovněž pracující v Luriově skupině, v letech 1954-1955 ukázal, že dokáže přenášet genetický materiál mezi hostitelskými bakteriemi. Tento objev vedl k využití fága pro genetickou výměnu a mapování genomu E. coli a podnítil jeho další studium jako modelového organismu [2] [10] [11] . V 60. letech 20. století Hideo Ikeda a Jun-ichi Tomizawa ukázali, že genom fágové DNA je lineární a dvouvláknový s redundancí na koncích. V 70. letech 20. století Nat Sternberg charakterizoval místně specifický rekombinační systém Crelox , který umožňuje cirkulaci lineárního genomu za vzniku plazmidu po infekci. V 80. letech Sternberg vyvinul P1 jako vektor pro klonování velkých fragmentů eukaryotické DNA [10] . Mapu genu P1 založenou na částečné sekvenci DNA publikovali v roce 1993 Michael Yarmolinsky a Małgorzata Lobotskaya a genom byl plně sekvenován Lobotskou a kolegy v roce 2004 [1] [11] .
| Typy nukleových kyselin | ||||
|---|---|---|---|---|
| Dusíkaté báze | ||||
| Nukleosidy | ||||
| Nukleotidy | ||||
| RNA | ||||
| DNA | ||||
| Analogy | ||||
| Vektorové typy |
| |||
| ||||