Escherichia virus P1
Escherichia virus P1 gehört zur Ordnung Caudovirales und Familie Myoviridae. Es wird allgemein als Phage P1 bezeichnet und war einer der ersten Bakteriophagen, die in den coliformen Escherichia coli identifiziert wurden. Es ist die repräsentative Art einer kleinen Virusgattung innerhalb von Myoviridae, zu der auch das Aeromonas-Virus 43 gehört., Umfangreiche Studien zu Phagen P1 haben wesentlich zu bahnbrechenden Entwicklungen in den 1960er Jahren bei rekombinanten DNA-Technologien beigetragen, die standortspezifische Rekombination, Restriktionsmodifikation und Klonierung großer DNA-Fragmente beinhalten.
Die Phage P1 hat einen großen ikosaedrischen Kopf von etwa 65-85 nm Durchmesser, der an einem charakteristischen langen Schwanz von 220 nm Länge befestigt ist. Eine röhrenförmige kontraktile Hülle umgibt den Schwanz, der in einer Grundplatte und sechsknickigen Schwanzfasern von 90 nm Länge endet. Der Phagenkopf umfasst ein lineares dsDNA-Genom von 93 kb., Die vollständige Genomsequenz von Phage P1 kodiert mindestens 117 Gene und enthält eine große charakteristische Sequenzredundanz an jedem 5′ und 3′ Ende. Diese redundanten Sequenzen sind variabel in der Länge und reichen von 10 bis 15 kb. Beim Eintritt in eine Wirtszelle erfährt die virale DNA eine schnelle Zirkularisierung durch Rekombination zwischen den redundanten Sequenzen. Diese homologe Rekombination wird durch wirtscodierte Rekombinasen oder durch ein phagengetriebenes, ortsspezifisches cre-Lox-Rekombinationssystem unterstützt., Im letzteren Fall verläuft die Rekombination zwischen zwei loxP-Stellen, die sich auf den terminalen redundanten Regionen des viralen Genoms befinden, unterstützt durch das phagencodierte „cre“-Protein.
Wie andere Caudovirales ist Phage P1 ein gemäßigter Bakteriophage, der lysogene oder lytische Lebensstile annehmen kann. Die Entscheidung, entweder in eine lytische oder lysogene Phase einzutreten, hängt von der Wirtsumgebung und den Faktoren ab, die die Transkription eines monomeren C1-Repressormoleküls beeinflussen, das die Immunität von Phagen P1 reguliert., Während der Lysogenese repliziert sich die zirkulierte Phagen-DNA (als Prophage bezeichnet) im Wirtszytoplasma als Plasmid mit niedriger Kopierzahl von einem Replikationsursprung (oriR) unter Verwendung verschiedener Phagen-kodierter Proteine, die auch die lytische Phase unterdrücken. Die Plasmidprophage ist sehr stabil und wird von Tochterzellen nach Zellteilung des bakteriellen Wirts vererbt. Daher ist die Replikation und Partitionierung des Phagen P1 in Tochterzellen streng reguliert. Ein phagencodiertes Protein RepA beteiligt sich zusammen mit iterierten Wiederholungssequenzen an incA-und incC-Stellen an der Replikation der Plasmidprophage., Die Replikation wird auch durch den Methylierungsstatus der oriR-Sequenz auf dem Phagen-Genom und der oriC-Sequenz auf dem Bakteriengenom beeinflusst. Wirtsfaktoren wie dnaA, HU und verschiedene Chaperone sind an der Modifikation von RepA und der Replikation des zirkularisierten Prophagen-Plasmids beteiligt. Wie Bakteriophagen P7 und P22 (die Salmonellen infizieren).) setzt Phage P1 zwei Repressormoleküle (C1-Protein und C4-RNA) ein, um die lytische Phase zu unterdrücken., Andere Regulatoren umfassen phagencodierte Transfer-RNA-Moleküle, eine DNA-Methyltransferase (MTR), transkriptionelle Antiterminatoren (Coi und Ant1/2) und ein Co-Repressor-Protein Lxc. Die Induktion der Prophage ist selten, tritt jedoch als Reaktion auf UV-Schäden und Ernährungsänderungen in der Umgebung des Wirts auf. Ein Wirts-Transkriptionsfaktor LexA-Protein ist am Induktionsprozess beteiligt. Der Phage P1 verwendet einen anderen Ursprung der Replikation (oriL), der sich innerhalb des Gens befindet, das RepL-Protein für die lytische Phase kodiert., Ungefähr 37 virale Operonen werden während der lytischen Phase durch die bakterielle RNA-Polymerase transkribiert. Das Polymerase-Holoenzym wird in Gegenwart eines phagencodierten Lpa-Proteins gebildet, dessen Spiegel wiederum durch das C1-Repressormolekül und ein bakterielles Proteinmangel-Protein SspA reguliert werden.
Ein wichtiges Merkmal des Virus ist die „generalisierte Transduktion“, bei der anstelle seiner eigenen DNA große Fragmente der bakteriellen Wirts-DNA in den Phagenkopf verpackt werden., Im Gegensatz zum Lambda-Phagen kann eine generalisierte Transduktion durch den Phagen P1 etwa 100 kb Wirts-DNA zwischen zwei bakteriellen Wirtsstämmen mobilisieren. Bei der Transduktion in einen Empfängerbakterienstamm integrieren sich die Bakteriengene gelegentlich durch ortsspezifische Rekombination in das Wirtsgenom. Infolgedessen lysiert das transduzierte Bakterium nicht und leidet keine Toxizität durch Virusinfektion.
Der Wirtsbereich von Phagen P1 ist E. coli, das zu Gammaproteobacteria und Enterobacteriaceae gehört. Daher spiegelt die Verteilung dieses Phagen die seines allgegenwärtigen Wirts wider., Die Übertragung des Virus beinhaltet ein gleichmäßiges Eindringen des inneren Schwanzrohrs in das E. coli-Periplasma und eine Verschiebung der Grundplatte von der äußeren Membran während der Schwanzkontraktion. Die Schwanzfasern binden an einen spezifischen Wirtsrezeptor, der eine Glukosemöglichkeit auf dem Lipopolysaccharidkern der äußeren Bakterienmembran darstellt. Eine lytische Transglykosylase erleichtert das Eindringen der bakteriellen Zellwand und den Ausstoß von Phagen-DNA in den Wirt. Es wird schnell ein“ Sim “ – Protein produziert, das dem bakteriellen Wirt Immunität verleiht und andere eindringende Phagen ausschließt., Beim Eintritt in den Wirt bleibt die eingeführte DNA an zwei phagencodierte Proteine namens DarA und DarB (eine MTR und Helicase) gebunden, die die virale DNA durch enterobakterielle Typ-I-Restriktionsendonukleasen verdauungsresistent machen. Da der E. coli-Glycolipidrezeptor für Phagen P1 bei mehreren gramnegativen Bakterien üblich ist, kann das Viruspartikel an der Außenwand adsorbieren und DNA in das Zytoplasma vieler Bakterien injizieren. Es kann jedoch bei diesen Bakterienarten keiner nachfolgenden Replikation unterzogen werden., Die Entdeckung von Sequenzen, die Phagen-und Cre-Rekombinasen in Metaphromen aus komplexen Umgebungen und Enterobakterien ähneln, legt nahe, dass weitere Arbeiten erforderlich sind, um die Biologie dieser Phagen in verschiedenen Umgebungen und Wirten zu entwirren. Vergleichende Genomsequenzierung von P1-verwandten Viren (z. B. nicht klassifiziertes Punalikevirus viz. phage D6, Phage phiW39, Phage RCS47 und Phage SJ46 (aus verschiedenen Enterobakterien identifiziert) geben wahrscheinlich Einblicke in neuartige Prozesse der viralen DNA-Verpackung, der standortspezifischen Rekombination und der Immunität.