Fi X 174
Un virus de ADN monocatenario que infecta bacterias.
Virus de Escherichia ΦX174
Micrografía electrónica del fago ΦX174
Clasificación de virus Editar esta clasificación
(sin clasificar):Virus
Reino :Monodnaviria
Reino:Sangervirae
Filo:Phixviricota
Clase:Malgrandaviricetes
Orden:Pequeños virus
Familia:Microvirus
Género:Virus Sinsheimer
Especies:
Virus de Escherichia ΦX174
Estructura de la cápside del fago ΦX174
Dibujo esquemático de un virión del virus Sinsheimer (también conocido como Phix174microvirus )

El bacteriófago phi X 174 (o ΦX174 ) es un virus de ADN monocatenario ( ssDNA ) que infecta a Escherichia coli . Este virus fue aislado en 1935 por Nicolas Bulgakov [1] en el laboratorio de Félix d'Hérelle en el Instituto Pasteur , a partir de muestras recogidas en las alcantarillas de París. Su caracterización y el estudio de su mecanismo de replicación se llevaron a cabo a partir de la década de 1950. Fue el primer genoma basado en ADN en ser secuenciado. Este trabajo fue completado por Fred Sanger y su equipo en 1977. [2] En 1962, Walter Fiers y Robert Sinsheimer ya habían demostrado la circularidad física, covalentemente cerrada, del ADN ΦX174. [3] El premio Nobel Arthur Kornberg utilizó ΦX174 como modelo para demostrar por primera vez que el ADN sintetizado en un tubo de ensayo mediante enzimas purificadas podía producir todas las características de un virus natural, marcando el comienzo de la era de la biología sintética . [4] [5] En 1972-1974, Jerard Hurwitz , Sue Wickner y Reed Wickner con colaboradores identificaron los genes necesarios para producir las enzimas para catalizar la conversión de la forma monocatenaria del virus a la forma replicativa bicatenaria. [6] En 2003, el grupo de Craig Venter informó que el genoma de ΦX174 fue el primero en ensamblarse completamente in vitro a partir de oligonucleótidos sintetizados. [7] La ​​partícula del virus ΦX174 también se ha ensamblado con éxito in vitro . [8] En 2012, se demostró cómo su genoma altamente superpuesto puede descomprimirse por completo y seguir siendo funcional. [9]

Genoma

Genoma del bacteriófago ΦX174 mostrando sus 11 genes [10]

Este bacteriófago tiene un genoma de ADN monocatenario circular con sentido [+] de 5386 nucleótidos . [10] El contenido de GC del genoma es del 44% y el 95% de los nucleótidos pertenecen a genes codificantes. Debido al patrón de bases equilibrado del genoma, se utiliza como ADN de control para los secuenciadores Illumina. [ cita requerida ]

Genes

ΦX174 codifica 11 genes, nombrados como letras consecutivas del alfabeto en el orden en que fueron descubiertos, con la excepción de A* que es un codón de inicio alternativo dentro de los genes A grandes. Se cree que solo los genes A* y K no son esenciales, aunque existen algunas dudas sobre A* porque su codón de inicio podría cambiarse a ATT pero no a ninguna otra secuencia. [11] Ahora se sabe que es probable que el ATT aún sea capaz de producir proteínas [12] dentro de E. coli y, por lo tanto, este gen puede, de hecho, ser esencial.

La primera mitad del genoma ΦX174 presenta altos niveles de superposición de genes [13] con ocho de los 11 genes superpuestos en al menos un nucleótido. [2] Se ha demostrado que estas superposiciones no son esenciales [9] aunque el fago refactorizado con todas las superposiciones de genes eliminadas tenía una aptitud reducida en comparación con el tipo salvaje. [14]

El fago ΦX174 se ha utilizado para intentar establecer la ausencia de información genética no descubierta a través de un enfoque de "prueba por síntesis". [15]

Transcriptoma

En 2020, se generó el transcriptoma de ΦX174. [16] Las características notables del transcriptoma de ΦX174 son una serie de hasta cuatro promotores relativamente débiles en serie con hasta cuatro terminadores independientes de Rho (intrínsecos) y un terminador dependiente de Rho. [ cita requerida ]

Proteínas

ΦX174 codifica 11 proteínas .

ProteínaCopiasFunción [17]
A—Corta el ADN de RF para iniciar la replicación en círculo rodante ; liga los extremos del ADN del fago lineal para formar ADN circular monocatenario
A*—Inhibe la replicación del ADN de la célula huésped; bloquea el fago superinfectante; no es esencial
B60 en procápsideProteína de andamiaje interno involucrada en el ensamblaje de la procápside
do—Empaquetado de ADN
D240 en procápsideProteína de andamiaje externo implicada en el ensamblaje de la procápside
mi—Lisis de la célula huésped
F60 en viriónProteína principal de la cápside
GRAMO60 en viriónProteína de pico principal
yo12 en viriónProteína piloto de ADN (o proteína de pico menor)
Yo60 en viriónSe une al nuevo ADN de fago monocatenario; acompaña al ADN del fago hasta la procápside
K—Optimiza el tamaño de la ráfaga; no es esencial

Proteoma

Recientemente se ha informado de la identificación de todas las proteínas ΦX174 mediante espectrometría de masas. [14]

Ciclo de infección

La infección comienza cuando la proteína G se une a los lipopolisacáridos en la superficie de la célula huésped bacteriana. La proteína H (o proteína piloto de ADN) dirige el genoma viral a través de la membrana bacteriana de la bacteria E. coli [18], probablemente a través de una hélice de dominio transmembrana N-terminal predicha . [19] Sin embargo, se ha vuelto evidente que la proteína H es una proteína multifuncional. [20] Esta es la única proteína de la cápside viral de ΦX174 que carece de una estructura cristalina por un par de razones. Tiene un bajo contenido aromático y un alto contenido de glicina , lo que hace que la estructura de la proteína sea muy flexible y, además, los átomos de hidrógeno individuales (el grupo R para las glicinas) son difíciles de detectar en la cristalografía de proteínas. Además, la proteína H induce la lisis del huésped bacteriano a altas concentraciones, ya que la hélice transmembrana N-terminal predicha perfora fácilmente la pared bacteriana. Por bioinformática , esta proteína contiene cuatro dominios de bobina enrollada predichos que tienen una homología significativa con factores de transcripción conocidos. Además, se determinó que la proteína H de novo era necesaria para la síntesis óptima de otras proteínas virales. [21] Las mutaciones en la proteína H que impiden la incorporación viral se pueden superar cuando se suministran cantidades excesivas de proteína B, la proteína de andamiaje interno. [ cita requerida ]

El ADN se expulsa a través de un canal hidrófilo en el vértice quíntuple. [22] Se entiende que la proteína H reside en esta área, pero la evidencia experimental no ha verificado su ubicación exacta. Una vez dentro de la bacteria huésped, la replicación del genoma [+] ssDNA procede a través de un intermediario de ADN de sentido negativo. Esto se hace a medida que el genoma del fago se superenrolla y la estructura secundaria formada por tal superenrollamiento atrae un complejo de proteína primosómica . Este se transloca una vez alrededor del genoma y sintetiza un [−]ssDNA a partir del genoma original positivo. Los genomas [+]ssDNA para empaquetar en virus se crean a partir de esto mediante un mecanismo de círculo rodante. Este es el mecanismo por el cual el genoma superenrollado de doble cadena es cortado en la cadena positiva por una proteína A codificada por el virus, que también atrae a una ADN polimerasa bacteriana (DNAP) al sitio de escisión. La DNAP utiliza la cadena negativa como plantilla para hacer ADN de sentido positivo. A medida que se desplaza por el genoma, desplaza la hebra externa de ADN ya sintetizado, que queda inmediatamente recubierta por las proteínas SSBP . La proteína A corta el genoma completo cada vez que reconoce la secuencia de origen. [ cita requerida ]

Como la proteína D es el gen transcrito más abundante, es la proteína más abundante en la procápside viral. De manera similar, las transcripciones génicas de F, J y G son más abundantes que las de H, ya que la estequiometría para estas proteínas estructurales es 5:5:5:1. Los primosomas son complejos proteicos que unen la enzima helicasa a la plantilla. Los primosomas proporcionan cebadores de ARN para la síntesis de ADN a las hebras. [ cita requerida ]

Tasa de mutación

Se estima que la tasa de mutación de phiX174 es de 1,0 x 10 -6 sustituciones por base por ronda de copia, un valor que es consistente con la regla de Drake (0,003 mutaciones por genoma por ronda de copia en microorganismos basados ​​en ADN). [23]

Recombinación

PhiX174 es capaz de experimentar recombinación genética . Basándose en las frecuencias de recombinación obtenidas en los cruces genéticos, se construyó un mapa genético. [24] La recombinación en phi X174 está asociada con una alta interferencia negativa, es decir, una correlación positiva (interferencia negativa) de eventos de recombinación (véase wikipedia crossover interference ). [24]

Filogenética y diversidad

ΦX174 está estrechamente relacionado con otros microvirus , especialmente el fago NC (por ejemplo, NC1, NC7, NC11, NC16, NC37, NC5, NC41, NC56, NC51, etc.) y más distantemente relacionado con los fagos similares a G4 e incluso más distantemente relacionado con el fago similar a α3. Rokyta et al. 2006 presentó un árbol filogenético de sus relaciones. [25]

Usos

Evolución experimental

ΦX174 se ha utilizado como organismo modelo en muchos experimentos de evolución. [26]

Biotecnología

El ΦX174 se utiliza regularmente como control positivo en la secuenciación de ADN debido a su tamaño de genoma relativamente pequeño en comparación con otros organismos, su contenido de nucleótidos relativamente equilibrado (alrededor de 23 % G, 22 % C, 24 % A y 31 % T, es decir, 45 % G+C y 55 % A+T), consulte la referencia NC_001422.1 [10] para su secuencia de 5386 nucleótidos de longitud. Los instrumentos de secuenciación de Illumina utilizan el ΦX174 como control positivo, [27] y una sola ejecución de secuenciación de Illumina puede cubrir el genoma del ΦX174 varios millones de veces, lo que hace que este sea probablemente el genoma más secuenciado de la historia. [ cita requerida ]

El ΦX174 también se utiliza para probar la resistencia del equipo de protección personal a los virus transmitidos por la sangre. [28]

ΦX174 también se ha modificado para permitir la visualización de péptidos (visualización de fagos) de la proteína G de la cápside viral. [29]

Biología sintética

El genoma ΦX174 fue el primer fago que se clonó en levadura, [9] lo que proporciona un dique seco conveniente para modificaciones del genoma. [30] ΦX174 también fue el primer genoma que se descomprimió por completo, al eliminarse todas las superposiciones de genes. [13] El efecto de estos cambios resultó en una reducción significativa de la adhesión al huésped, desregulación de la expresión de proteínas y sensibilidad al calor. [14]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lacković, Zdravko; Toljan, Karlo (20 de diciembre de 2020). «Vladimir Sertić: pionero olvidado de la virología y la terapia con bacteriófagos». Notas y registros: la Royal Society Journal of the History of Science . 74 (4): 567–578. doi :10.1098/rsnr.2019.0010. ISSN  0035-9149. PMC  7653334 . PMID  33177747.
  2. ^ ab Sanger F, Air GM, Barrell BG, Brown NL, Coulson AR, Fiddes CA, et al. (febrero de 1977). "Secuencia de nucleótidos del ADN del bacteriófago phi X174". Nature . 265 (5596): 687–95. Bibcode :1977Natur.265..687S. doi :10.1038/265687a0. PMID  870828. S2CID  4206886.
  3. ^ Fiers W, Sinsheimer RL (octubre de 1962). "La estructura del ADN del bacteriófago phi-X174. III. Evidencia ultracentrífuga de una estructura de anillo". Journal of Molecular Biology . 5 (4): 424–34. doi :10.1016/S0022-2836(62)80031-X. PMID  13945085.
  4. ^ Biblioteca Nacional de Medicina Perfiles en la ciencia. Los documentos de Arthur Kornberg. "Creación de vida en el tubo de ensayo", 1959-1970. enlace [ se necesita una fuente no primaria ]
  5. ^ Goulian M, Kornberg A, Sinsheimer RL (diciembre de 1967). "Síntesis enzimática de ADN, XXIV. Síntesis de ADN del fago infeccioso phi-X174". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 58 (6): 2321–8. Bibcode :1967PNAS...58.2321G. doi : 10.1073/pnas.58.6.2321 . JSTOR  58720. PMC 223838 . PMID  4873588. 
  6. ^ Wickner S, Hurwitz J (octubre de 1974). "Conversión del ADN viral phiX174 a la forma bicatenaria mediante proteínas purificadas de Escherichia coli". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 71 (10): 4120–4. doi : 10.1073/pnas.71.10.4120 . PMC 434340 . PMID  4610569. 
  7. ^ Smith HO, Hutchison CA, Pfannkoch C, Venter JC (diciembre de 2003). "Generación de un genoma sintético mediante ensamblaje del genoma completo: bacteriófago phiX174 a partir de oligonucleótidos sintéticos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (26): 15440–5. Bibcode :2003PNAS..10015440S. doi : 10.1073/pnas.2237126100 . JSTOR  3149024. PMC 307586 . PMID  14657399. 
  8. ^ Cherwa JE, Organtini LJ, Ashley RE, Hafenstein SL, Fane BA (septiembre de 2011). "ENSAMBLAJE IN VITRO de la procápside øX174 a partir de oligómeros de proteínas de andamiaje externo e intermediarios de ensamblaje pentamérico temprano". Journal of Molecular Biology . 412 (3): 387–96. doi :10.1016/j.jmb.2011.07.070. PMID  21840317.
  9. ^ abc Jaschke PR, Lieberman EK, Rodriguez J, Sierra A, Endy D (diciembre de 2012). "Un genoma del bacteriófago sintético øX174 completamente descomprimido ensamblado y archivado en levadura". Virology . 434 (2): 278–84. doi : 10.1016/j.virol.2012.09.020 . PMID  23079106.
  10. ^ abc Enterobacteria phage phiX174 sensu lato , genoma completo. «Genoma completo: acceso NC_001422», National Center for Biotechnology Information . Consultado el 30 de enero de 2016.
  11. ^ Baas PD, Liewerink H, van Teeffelen HA, van Mansfeld AD, van Boom JH, Jansz HS (junio de 1987). "La alteración del codón de inicio ATG de la proteína A del bacteriófago phi X174 en un codón ATT produce un fago viable que indica que la proteína A no es esencial para la reproducción de phi X174". FEBS Letters . 218 (1): 119–25. doi : 10.1016/0014-5793(87)81030-x . PMID  2954853. S2CID  24174007.
  12. ^ Hecht A, Glasgow J, Jaschke PR, Bawazer LA, Munson MS, Cochran JR, et al. (abril de 2017). "Medidas de iniciación de la traducción a partir de los 64 codones en E. coli". Nucleic Acids Research . 45 (7): 3615–3626. doi :10.1093/nar/gkx070. PMC 5397182 . PMID  28334756. 
  13. ^ ab Wright, Bradley W.; Molloy, Mark P.; Jaschke, Paul R. (5 de octubre de 2021). "Superposición de genes en genomas naturales y de ingeniería". Nature Reviews Genetics . 23 (3): 154–168. doi :10.1038/s41576-021-00417-w. ISSN  1471-0064. PMC 8490965 . PMID  34611352. 
  14. ^ abc Wright BW, Ruan J, Molloy MP, Jaschke PR (noviembre de 2020). "La modularización del genoma revela que la topología de genes superpuestos es necesaria para una reproducción viral eficiente". ACS Synthetic Biology . 9 (11): 3079–3090. doi :10.1021/acssynbio.0c00323. PMID  33044064. S2CID  222300240.
  15. ^ Jaschke PR, Dotson GA, Hung KS, Liu D, Endy D (noviembre de 2019). "Demostración definitiva mediante síntesis de la integridad de la anotación del genoma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 116 (48): 24206–24213. doi : 10.1073/pnas.1905990116 . PMC 6883844 . PMID  31719208. 
  16. ^ Logel DY, Jaschke PR (agosto de 2020). "Un mapa de alta resolución de la transcripción del bacteriófago ϕX174". Virology . 547 : 47–56. doi : 10.1016/j.virol.2020.05.008 . PMID  32560904. S2CID  219459208.
  17. ^ Fane BA, Brentlinger KL, Burch AD, Chen M, Hafenstein S, Moore E, Novak CR, Uchiyama A (2006). "ɸX174 et al., the Microviridae ". En Calender R (ed.). The Bacteriophages (2.ª ed.). Nueva York: Oxford Univ. Press. pág. 130. ISBN 978-0195148503.
  18. ^ Jazwinski SM, Lindberg AA, Kornberg A (julio de 1975). "El receptor de lipopolisacárido para el bacteriófago phiX174 y S13". Virology . 66 (1): 268–82. doi :10.1016/0042-6822(75)90197-x. PMID  1094681.
  19. ^ Tusnády GE, Simon I (septiembre de 2001). "El servidor de predicción de topología transmembrana HMMTOP". Bioinformática . 17 (9): 849–50. doi : 10.1093/bioinformatics/17.9.849 . PMID  11590105.
  20. ^ Cherwa JE, Young LN, Fane BA (marzo de 2011). "Desacoplamiento de las funciones de una proteína multifuncional: el aislamiento de un mutante de proteína piloto de ADN que afecta la morfogénesis de partículas". Virology . 411 (1): 9–14. doi : 10.1016/j.virol.2010.12.026 . PMID  21227478.
  21. ^ Ruboyianes MV, Chen M, Dubrava MS, Cherwa JE, Fane BA (octubre de 2009). "La expresión de proteínas piloto de ADN con deleción N-terminal inhibe las primeras etapas de la replicación de phiX174". Journal of Virology . 83 (19): 9952–6. doi :10.1128/JVI.01077-09. PMC 2748053 . PMID  19640994. 
  22. ^ McKenna R, Xia D, Willingmann P, Ilag LL, Krishnaswamy S, Rossmann MG, et al. (enero de 1992). "Estructura atómica del bacteriófago de ADN monocatenario phi X174 y sus implicaciones funcionales". Nature . 355 (6356): 137–43. Bibcode :1992Natur.355..137M. doi :10.1038/355137a0. PMC 4167681 . PMID  1370343. 
  23. ^ Cuevas JM, Duffy S, Sanjuán R (octubre de 2009). "Tasa de mutación puntual del bacteriófago PhiX174". Genética . 183 (2): 747–9. doi :10.1534/genetics.109.106005. PMC 2766332 . PMID  19652180. 
  24. ^ ab Benbow RM, Hutchison CA, Fabricant JD, Sinsheimer RL (mayo de 1971). "Mapa genético del bacteriófago phiX174". J Virol . 7 (5): 549–58. doi :10.1128/JVI.7.5.549-558.1971. PMC 356162 . PMID  16789129. 
  25. ^ Rokyta DR, Burch CL, Caudle SB, Wichman HA (febrero de 2006). "Transferencia horizontal de genes y evolución de genomas de colifagos microviridos". Journal of Bacteriology . 188 (3): 1134–42. doi :10.1128/JB.188.3.1134-1142.2006. PMC 1347346 . PMID  16428417. 
  26. ^ Wichman HA, Brown CJ (agosto de 2010). "Evolución experimental de los virus: Microviridae como sistema modelo". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B, Ciencias Biológicas . 365 (1552): 2495–501. doi :10.1098/rstb.2010.0053. PMC 2935103 . PMID  20643739. 
  27. ^ "Uso de un control PhiX para secuenciaciones HiSeq®". Illumina. Archivado desde el original el 9 de enero de 2019. Consultado el 8 de enero de 2019 .
  28. ^ "PPE-Info – Detalles estándar". wwwn.cdc.gov . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  29. ^ Christakos KJ, Chapman JA, Fane BA, Campos SK (enero de 2016). "PhiXing-it, mostrando péptidos extraños en el bacteriófago ΦX174". Virology . 488 : 242–8. ​​doi :10.1016/j.virol.2015.11.021. PMC 6191337 . PMID  26655242. 
  30. ^ Ando H, Lemire S, Pires DP, Lu TK (septiembre de 2015). "Ingeniería de andamiajes virales modulares para la edición dirigida de poblaciones bacterianas". Cell Systems . 1 (3): 187–196. doi :10.1016/j.cels.2015.08.013. PMC 4785837 . PMID  26973885. 
  • Goodsell D (febrero de 2000). "Bacteriófago phiX174". Molécula del mes . RCSB-PDB.

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