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 tiene 6407 nucleótidos de longitud encapsidados en aproximadamente 2700 copias de la proteína de la cubierta principal p8 , y rematado con aproximadamente 5 copias de cada una de las 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 del hospedador Escherichia coli. El ciclo de vida es relativamente corto, y la progenie del fago temprano sale de la célula diez minutos después de la infección. Los fagos Ff son fagos crónicos que liberan su progenie sin matar las células huésped. La infección provoca placas turbias en el césped de E. coli , de opacidad intermedia en comparación con las placas de lisis regulares. Sin embargo, se observa una disminución en la tasa de crecimiento celular en las células infectadas. Los plásmidos M13 se utilizan para muchos procesos de ADN recombinante , y el virus también se ha utilizado para aplicaciones de presentación de fagos , evolución dirigida , nanoestructuras y nanotecnología . [4] [5] [6]
Virus de Escherichia M13 | |
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Azul: Proteína de capa pIII; Marrón: proteína de capa pVI; Rojo: Proteína de capa pVII; Verde lima: Proteína de capa pVIII; Fucsia: proteína de capa pIX; Púrpura: ADN monocatenario | |
Clasificación de virus | |
(no clasificado): | Virus |
Reino : | Monodnaviria |
Reino: | Loebvirae |
Filo: | Hofneiviricota |
Clase: | Faserviricetes |
Pedido: | Tubulavirales |
Familia: | Inoviridae |
Género: | Inovirus |
Especies: | Virus de Escherichia M13 |
Partículas de fagos
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 hacer que el recubrimiento tenga una longitud de aproximadamente 900 nm. Sin embargo, las dimensiones del pelaje son flexibles y el número de copias p8 se ajusta para adaptarse al tamaño del genoma monocatenario que empaqueta. [7] El fago parece estar limitado a aproximadamente el doble del contenido de ADN natural. Sin embargo, la deleción de una proteína del fago (p3) previene el escape completo del huésped E. coli , y se puede ver que los fagos que son 10-20 veces la longitud normal con varias copias del genoma del fago se desprenden del huésped E. coli .
En un extremo del filamento hay cinco copias de la proteína expuesta a la superficie (p9) y una proteína compañera 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 capa. En el otro extremo de la partícula del fago hay cinco copias de la superficie expuesta (p3) y su proteína accesoria menos expuesta (p6). Estos forman la punta redondeada del fago y son las primeras proteínas que interactúan con el huésped E. coli durante la infección. La proteína p3 es también el último punto de contacto con el huésped como un nuevo brote de fago de la superficie bacteriana.
Replicación en E. coli
A continuación se muestran los pasos relacionados con la replicación de M13 en E. coli .
- El ADN de la cadena viral (+) ingresa al citoplasma
- La hebra complementaria (-) es sintetizada por enzimas bacterianas.
- La ADN girasa , una topoisomerasa de tipo II , actúa sobre el ADN bicatenario y cataliza la formación de superenrollamientos negativos en el ADN bicatenario
- El producto final es ADN de forma replicativa parental (RF)
- La transcripción y traducción del genoma viral comienza con los recursos del huésped, incluido p2.
- Una proteína de fago, p2, corta la hebra (+) en la RF
- El 3'-hidroxilo actúa como cebador en la creación de una nueva cadena viral.
- p2 circulariza el ADN de la cadena viral (+) desplazada
- Grupo de moléculas de RF bicatenarias de la progenie producidas
- La hebra negativa de RF es una plantilla de transcripción.
- Los ARNm se traducen en proteínas de fagos.
Las proteínas del fago en el citoplasma son p2, p10 y p5, y forman parte del proceso de replicación del ADN. Las otras proteínas del fago se sintetizan y se insertan en las membranas citoplasmáticas o externas.
- Los dímeros p5 se unen al ADN monocatenario recién sintetizado y evitan la conversión en ADN RF. El tiempo y la atenuación de la traducción p5 son esenciales.
- La síntesis de ADN de RF continúa y la cantidad de p5 alcanza una concentración crítica
- La replicación del ADN cambia a la síntesis de ADN viral monocatenario (+)
- Estructuras de p5-DNA de aproximadamente 800 nm de largo y 8 nm de diámetro
- El complejo p5-ADN es sustrato en la reacción de ensamblaje de fagos
Investigar
George Smith, entre otros, demostró que los fragmentos de la endonucleasa EcoRI podrían 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 limita en su flexibilidad para manejar insertos de diferentes tamaños. Debido a que el sistema de presentación de fagos 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. [8] Por ejemplo, el fago puede diseñarse para que tenga una proteína diferente en cada extremo ya lo largo de su longitud. Esto se puede usar para ensamblar estructuras como nano-cables de oro o de óxido de cobalto para baterías [9] o para empaquetar nanotubos de carbono en paquetes rectos para su uso en energía fotovoltaica. [10]
Ver también
- Visualización de fagos
- Fagémido
- Bacteriófago filamentoso
Referencias
- ^ Smeal SW, Schmitt MA, Pereira RR, Prasad A, Fisk JD (enero de 2017). "Simulación del ciclo de vida de M13 I: Montaje de una simulación cinética química determinista estructurada genéticamente" . Virología . 500 : 259-274. doi : 10.1016 / j.virol.2016.08.017 . PMID 27644585 .
- ^ Rakonjac J, Das B, Derda R (2016). "Editorial: bacteriófagos filamentosos en bio / nano / tecnología, patogénesis bacteriana y ecología" . Fronteras en microbiología . 7 : 2109. doi : 10.3389 / fmicb.2016.02109 . PMC 5179506 . PMID 28066406 .
- ^ 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" . Microbiología de la naturaleza . 4 (11): 1895-1906. doi : 10.1038 / s41564-019-0510-x . PMC 6813254 . PMID 31332386 .
- ^ Khalil AS, Ferrer JM, Brau RR, Kottmann ST, Noren CJ, Lang MJ, Belcher AM (marzo de 2007). "Anclaje y estiramiento de bacteriófago M13 único" . 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 .
- ^ Suthiwangcharoen N, Li T, Li K, Thompson P, You S, Wang Q (mayo de 2011). "Nanoconjuntos de bacteriófago-polímero M13 como vehículos de administración de fármacos". Nano Investigación . 4 (5): 483–93. doi : 10.1007 / s12274-011-0104-2 .
- ^ Esvelt KM, Carlson JC, Liu DR (abril de 2011). "Un sistema para la evolución continua y dirigida de biomoléculas" . Naturaleza . 472 (7344): 499–503. Código Bib : 2011Natur.472..499E . doi : 10.1038 / nature09929 . PMC 3084352 . PMID 21478873 .
- ^ Sattar S, Bennett NJ, Wen WX, Guthrie JM, Blackwell LF, Conway JF, Rakonjac J (2015). "Ff-nano, nanovarillas funcionalizadas cortas derivadas del bacteriófago filamentoso Ff (f1, fd o M13)" . Fronteras en microbiología . 6 : 316. doi : 10.3389 / fmicb.2015.00316 . PMC 4403547 . PMID 25941520 .
- ^ Huang Y, Chiang CY, Lee SK, Gao Y, Hu EL, De Yoreo J, Belcher AM (julio de 2005). "Montaje programable de nanoarquitecturas utilizando virus genéticamente modificados". Nano Letras . 5 (7): 1429–34. Código Bibliográfico : 2005NanoL ... 5.1429H . doi : 10.1021 / nl050795d . PMID 16178252 .
- ^ Nam KT, Kim DW, Yoo PJ, Chiang CY, Meethong N, Hammond PT, et al. (Mayo de 2006). "Síntesis habilitada por virus y ensamblaje de nanocables para electrodos de baterías de iones de litio". Ciencia . 312 (5775): 885–8. Código Bibliográfico : 2006Sci ... 312..885N . doi : 10.1126 / science.1122716 . PMID 16601154 .
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Otras lecturas
- Barbas CF, Burton DR, Silverman GJ (octubre de 2004). Visualización de fagos: un manual de laboratorio (1ª ed.). Prensa de laboratorio de Cold Spring Harbor. ISBN 978-0-87969-740-2.
- Messing J (1993). "Vehículos de clonación M13" (PDF) . En Griffin HG, Griffin AM (eds.). Protocolos de secuenciación de ADN. Métodos en Biología Molecular ™ . Métodos en Biología Molecular. 23 . Prensa Humana. págs. 9-22. doi : 10.1385 / 0-89603-248-5: 9 . ISBN 0-89603-248-5. PMID 8220775 . Archivado desde el original el 19 de febrero de 2012.CS1 maint: URL no apta ( enlace )