Особенности репродукции фагов с однонитевой ДНК

Представителями бактериофагов являются 2 типа бактериальных вирусов, которые имеют кольцевые однонитевые молекулы ДНК в качестве геномных нуклеиновых кислот.

1 тип: Фаг φХ174 и S-13 характеризуются сферической формой (кубический тип симметрии их вирионов).

2 тип: М13, F1, Fd являются нитевидными или палочковидными фагами и содержат однонитевую ДНК. Нитевидные фаги высвобождаются из инфицированных клеток хозяина не в результате лизиса, а путём выталкивания через поверхностные структуры во внешнюю среду без существенных повреждений клетки. Такое явление – необычно для бактериальных вирусов, т.к. большинство высвобождается путём лизиса клетки.

Фаг φх-174 был первым фагом, у которого была полностью определена нуклеотидная последовательность генома. Затем последовали близкие ему фаги F1, М13 и т.д.. Эти фаги, оба типа фагов, устроены относительно просто и характеризуются геномами не очень большой генетической ёмкостью, (максимальный геном – 9-11 генов, чаще меньше). В некоторых ситуациях суммарные белковые продукты генов данных фагов по массе превышает теоретически ожидаемые количества белков, рассчитанных на основании протяжённости генома. Такая ситуация заставила предположить, что гены данных бактериальных вирусов перекрываются ( 17-28а лекц 4), что и было продемонстрировано, тем самым генетическая ёмкость геномов этих вирусов увеличивается.

Репродукция фагов, содержащих однонитевую ДНК, на примере фага j10174. Отличие этого фага, как вы слышали, в первую очередь заключается в том, что у него затравка ставится праймазой с участием дополнительных белков клетки хозяина, контролируемые генами Dna B и Dna C. Кроме того, белок mPrim обеспечивает генерирование энерги и для постановки праймера. Праймер ставится в направлении от 3' к 5', а репликация идет от 5’ к 3'. Другие фаги этой группы ставят праймер с использованием либо ДНК-полимеразы клетки, либо чисто праймазы без участия других клеточных белков. При репликации фаговой ДНК выделяют несколько стадий:

На первой стадии формируют репликативные формы, которые реплицируются, как обычно осуществляется вегетативная репликация по тэта-типу с образованием пары десятков копий двунитевых молекул, а на завершающих стадиях, как предполагают, репликация осуществляется по типу катящегося кольца с образованием геномных однонитевых плю с -ДНК, идущих на построение фаговых частиц в качестве геномных молекул ДНК. Механизмы формирования геномных фаговых ДНК у j10174, не совсем четко представляются, хотя основные моменты известны, как полагают, достаточно подробно.

Вот на этой схеме (рис.10-24,л.7) представлены типы репликации геномных ДНК j10174. Репликативная форма 1- это двунитевая молекула ДНК суперспирализованная, закрытая, ковалентно замкнутая форма и Репликативная форма 2 - тоже двунитевая кольцевая молекула, но открытая с однонитевым разрывом, который вводит белок А, (откуда берётся белок А и когда он успевает синтезироваться и за счёт каких систем) структура которого детерминируется геномом фага. Белок А делает надрез в «+ нити», в определенном сайте, обнажая затравочный конец 3' конца нити ДНК, к которому, естественно, полимераза ІІІ клетки хозяина подставляет нуклеотиды в соответствии с матрицей синтезированной «– нить» к репликативной форме. Белок А ковалентно связывается с 5’ концом «+нити», в процессе также участвует белок reр, детерминируемый генами клетки хозяина, белок связывающийся с однонитевой ДНК и стабилизирующий эту однонитевую молекулу, а также аденозинтрифосфат, как источник энергии необходимый для осуществления процессов. При движении репликативной вилки, которая вытесняется синтезируемой копией «+нити» путем присоединения нуклеотидов к 3’-ОН концу, образующаяся нитевидная структура, покрывается белком SSВ, а reр-белок вместе с белком А находятся на ведущем конце формирующейся однонитевой молекулы ДНК. По завершению цикла образования однонитевой кольцевой молекулы, белок А отрезает образовавшуюся молекулу «+нити», покрытую белком SSB и присоединяется к новому сайту двунитевой структуры (двунитевой репликативной формы), но в этом процессе, как вы видите, участвует и лигаза, и гираза, полимераза І и новая затравка, для того, чтобы синтезировать новую нить. Если есть, то репликация возвращается ….(16:30),если же в ходе формирования однонитевой молекулы «+нити» ДНК, идущая в фаговую частицу, то раунд повторяется с этой репликативной формой 2, формируется новое кольцо, таким образом синтезируется достаточное количество геномных «+нитей» ДНК фага j10174, которые идут в состав формирующихся фаговых частиц.

Вот на этой картинке (рис.8-10, л.7) показана упрощенная репродукция фага j10174, как представителя фагов, содержащих однонитевую ДНК. Фаг прикрепляется к рибополисахаридному рецептору, располагающемуся во внешней мембране, вблизи реплисомы клетки хозяина, структуры, которая в норме прикрепляется также к реплицирующейся хромосомы клетки-хозяина, в этом процессе участвует фаговая ДНК плюс белок-лоцман. В этом месте синтезируется репликативная форма, которая удваивается по типу тэта- репликации, как я вам говорил, до двух десятков копий, а затем по этому указанному принципу формируются однонитевые «+нити» кольцевые молекулы ДНК, включающиеся в созревающие фаговые частицы. На завершающих стадиях синтезируются структурные фаговые белки и белок, вызывающий лизис клетки, который детерминируется геном фага, геном Е. Формирующиеся геномные фаговые ДНК «+нить» являются своим родом характеризующим центром, на котором собираются структурные белки фаговых частиц.