Escherichia virus P1
Escherichia virus P1 appartiene all’ordine Caudovirales e famiglia Myoviridae. È comunemente indicato come fago P1 ed è stato uno dei primi batteriofagi ad essere identificato nell’Escherichia coli coliforme. È la specie rappresentativa di un piccolo virus del genere P1 all’interno di Myoviridae, che include anche Aeromonas virus 43., Studi approfonditi sul fago P1 hanno contribuito in modo significativo agli sviluppi pionieristici negli 1960 nelle tecnologie del DNA ricombinante che coinvolgono la ricombinazione site-specific, la modifica della restrizione e la clonazione di grandi frammenti di DNA.
Il fago P1 ha una grande testa icosaedrica di circa 65-85 nm di diametro attaccata ad una caratteristica lunga coda di 220 nm di lunghezza. Una guaina contrattile simile a un tubo circonda la coda che termina con una piastra di base e fibre di coda a sei pieghe di lunghezza 90 nm. La testa del fago comprende un genoma lineare di dsDNA di 93 kb., La sequenza completa del genoma del fago P1 codifica almeno 117 geni e contiene una grande ridondanza caratteristica di sequenza ad ogni 5 ‘e 3’ fine. Queste sequenze ridondanti sono di lunghezza variabile e vanno da 10 a 15 kb. All’ingresso in una cellula ospite, il DNA virale subisce una rapida circolarizzazione mediante ricombinazione tra le sequenze ridondanti. Questa ricombinazione omologa è aiutata dalle ricombinasi ospite-codificate o da un fago guidato, sistema site-specifico di ricombinazione di cre-lox., In quest’ultimo caso, la ricombinazione procede tra due siti loxP situati sulle regioni ridondanti terminali del genoma virale aiutati dalla proteina “cre” codificata con fagi.
Come altri caudovirales, il fago P1 è un batteriofago temperato che può adottare stili di vita lisogenici o litici. La decisione di entrare in una fase litica o lisogenica dipende dall’ambiente ospite e dai fattori che influenzano la trascrizione di una molecola di repressore monomerico C1 che regola l’immunità del fago P1., Durante la lisogenesi, il DNA del fago circolarizzato (indicato come prophage) si replica nel citoplasma ospite come un plasmide a basso numero di copie da un’origine di replicazione (oriR) utilizzando varie proteine codificate dal fago che reprimono anche la fase litica. Il profago plasmidico è altamente stabile ed ereditato dalle cellule figlie dopo la divisione cellulare dell’ospite batterico. Quindi la replicazione e il partizionamento del fago P1 nelle cellule figlie sono strettamente regolati. Un RepA proteico codificato con fagi e sequenze di ripetizione iterate nei siti incA e incC partecipa alla replicazione del profago plasmidico., La replicazione è anche influenzata dallo stato di metilazione della sequenza oriR sul genoma fago e dalla sequenza orica sul genoma batterico. Fattori ospiti come DnaA, HU e vari accompagnatori partecipano alla modifica del RepA e alla replicazione del plasmide profagico circolarizzato. Come i batteriofagi P7 e P22 (che infettano la Salmonella sp.), fago P1 impiega due molecole repressori (proteina C1 e un RNA C4) per sopprimere la fase litica., Altri regolatori includono molecole di RNA di trasferimento codificate con fagi, una metiltransferasi di DNA (MTR), antiterminatori trascrizionali (Coi e Ant1/2) e una proteina co-repressore Lxc. L’induzione del prophage è rara ma si verifica in risposta ai danni UV e ai cambiamenti nutrizionali nell’ambiente dell’ospite. Un fattore trascrizionale ospite la proteina LexA è coinvolta nel processo di induzione. Il fago P1 utilizza una diversa origine di replicazione (oriL) situata all’interno del gene che codifica la proteina RepL per la fase litica., Circa 37 operoni virali sono trascritti durante la fase litica dalla RNA polimerasi batterica. La polimerasi oloenzima si forma in presenza di una proteina Lpa codificata con fagi i cui livelli sono regolati a loro volta dalla molecola repressore C1 e da una proteina batterica da fame SspA.
Una caratteristica importante del virus è la “trasduzione generalizzata”, dove invece del proprio DNA, grandi frammenti del DNA dell’ospite batterico sono confezionati nella testa del fago., A differenza del fago lambda, la trasduzione generalizzata da parte del fago P1 può mobilitare circa 100 kb di DNA ospite tra due ceppi batterici. Dopo la trasduzione in un ceppo batterico ricevente, i geni batterici occasionalmente si integrano nel genoma ospite mediante ricombinazione site-specific. Di conseguenza, il batterio trasdotto non lizza e non soffre di tossicità da infezione da virus.
L’intervallo ospite del fago P1 è E. coli che appartiene a Gammaproteobacteria e Enterobacteriaceae. Pertanto la distribuzione di questo fago riflette quella del suo ospite onnipresente., La trasmissione del virus comporta la penetrazione uniforme del tubo di coda interno nel periplasma di E. coli e lo spostamento della piastra di base dalla membrana esterna durante la contrazione della coda. Le fibre della coda si legano a un recettore ospite specifico che è una porzione di glucosio sul nucleo lipopolisaccaride della membrana batterica esterna. Una trans-glicosilasi litica facilita la penetrazione della parete cellulare batterica e l’espulsione del DNA dei fagi nell’ospite. Una proteina” Sim ” viene rapidamente prodotta che conferisce immunità all’ospite batterico, escludendo altri fagi invasori., All’ingresso nell’ospite, il DNA introdotto rimane legato a due proteine codificate con fagi chiamate DarA e DarB (una MTR e un’elicasi) che rendono il DNA virale resistente alla digestione mediante endonucleasi di restrizione di tipo I enterobatterico. Poiché il recettore glicolipidico di E. coli per il fago P1 è comune in diversi batteri Gram-negativi, la particella virale può adsorbirsi sulla parete esterna e iniettare il DNA nel citoplasma di molti batteri. Tuttavia, non può subire la replica successiva in queste specie batteriche., La scoperta di sequenze simili a ricombinasi del fago P1 Cre in metaviromi da ambienti complessi e enterobatteri suggerisce che è necessario un ulteriore lavoro per svelare la biologia di questi fagi in diversi ambienti e ospiti. Sequenziamento genomico comparativo di virus P1-correlati (ad esempio, Punalikevirus non classificati viz. fago D6, fago phiW39, fago RCS47 e fago SJ46 identificati da vari enterobatteri) è probabile che rivelino intuizioni su nuovi processi di confezionamento del DNA virale, ricombinazione site-specific e immunità.