Фаг-транспозон μ, его организация и механизм репродукции

Наконец, весьма интересным фагам является бактериальный вирус или фаг Мu. Этот фага относится тоже к умеренным фагам, в некотором отношении напоминает фаг λ, однако отличается от фага λ своими механизмами лизогенизации клетки, т.е. встраивания в хромосому и механизмами репликации.

Фаг Мu ведет себя как транспазон, а не как типичный бактериальный вирус. Данный фаг характеризуется “дурной славой”, ибо инфицирование клеток проходит с довольно высокой частотой к возникновению мутаций. Ибо геном фага может встраиваться в любом месте бактериальной хромосомы, не характеризуется специфичностью интеграции и довольно часто встраивается внутри какого-нибудь гена, естественнно, что если внутрь гена встраивается дополнительная нуклеотидная последовательность чужеродная, ген инактивируется. Таким образом фаг Мu вызывает давольно часто мутации самых различных локусов. Это связано с тем, что как для любого транспозона не требуется обширная генетическая гомология между взаимодействующими нуклеиновыми кислотами. Требуется лишь небольшое число нуклеотидов для того, чтобы могла осуществиться интеграция генома данного фага в геном клетки.

Профаг дикого типа фага Мu является неиндуцибельным, т.е. он не может быть переведен в состояние вегетативного фага, как это имеет место в случае фага λ, когда легко можно индуцировать профаг. Правда, спонтанно могут возникать переходы из состояния профага в состояние вегетативного фага. Имеются данные говорящие о том,что всегда любой переход профага, исключение профага Мu из хромосомы приводит к лизису клетки. Хотя в случае фага λ имеет место излечивание клетки от профага, когда клетка излечивается от профага не теряет жизнеспособности. В случае фага Мu всегд а клетки лизируюся.

Поскольку фаг Мu относится к транспозонным или фагам-транспозонам, то его ДНК, как и ДНК транспозонов, всегда фланкируется короткими поледовательностями нуклеотидов бактериальной хромосомы, причем в отличие от транспозонов, такие последовательности хозяйской ДНК имеются не только в случае нахождения генома фага Мu в составе бактериальной хромосомы, но и когда этот геном находится в составе фаговой частици, т.е. в вирионе, в зрелом вирионе фага Мu ДНК фага фланкирована сегментами бактериальной ДНК, как у любого транспозона, всегда если транспозон сидит в хромосоме бактериальной клетки, то всегда он фланкируется так называемыми дуплицированными повторами реципиента. Ток вот у фага Мu такие сегменты ДНК правда это не дуплицированные, но это сегменты принадлежащие бактериальной хромосоме находятся и в том случае когда он представлен в виде вириона, т.е. в вирионе содержиться не только ДНК фага, но и сегменты ДНК бактерии. Это происходит при его исключении из хромосомы.

Жизненный цикл фага Мu вот на этой картинке можно продимострировать (рис17-24, л.9). Представлен геном фага Мu, находящегося в составе зрелого вириона (рис.17-23, л.9). От транспозона отличается этот фаг тем, что помимо генов необходимых для его транспозиции, содержит гены детерминирующие структуру белков, участвующтх в формировании полноценных фаговых частиц. Вам это конечно хорошо известно,что транспозоны не имеют никаких белковых структур в чистом виде не в составе каких-то репликонов они не существуют в природе. Вот геном фага Мu и сегменты ДНК хозяина, они не одинаковые по протяженности с одной стороны может быть 50-100 нуклеотидов, а с другой 1000-2000 нуклеотидов, но при встраивании в бактериальную хромосому включается только геном фага, эти сегменты в процессе интеграции удаляются нуклеазами клетки. Поскольку встраивание генома фага Мu в бактериальную хромосому как и включение любых транспозонов осуществляется достатточно точно, надо сказать высоко прицензионно, то порядок генов профага не изменяется сохраняется таковым как и в составе вириона в отличие от фага λ, который как вы помните встраивается за счет кроссинговера и при этом встраивании имеет место пермутация генов, т.е их расположение не такое как в линейном геноме фаговой часицы. В данном случае все гены сохраняются в том же самом порядке как в состоянии так и в геноме так и в профаге.

Встраивание генома фага Мu в геном клетки осуществляется по типу простой транспозиции (рис.17-25, л.9), так же как транспозируются некоторые транспозоны простая транспозиция заключается в том, что вырезается геном фага и встраивается в таком виде в геном клетки. А вот при репродукции фага Мu число его копий генома увеличивается в результате репликативной транспозиции, когда геномы профага Мu транспозируются репликацией и в любые сайты компактно свернутой бактериальной хромосомы, и таким образом во время литического цикла количество копий профага Мu в хромосоме увеличивается. Если в клетке достаточное количество репрессора фага Мu, то клетка будет лизогенизирована и репликация генома фага Мu не будет иметь место. Если же концентрация репрессора снижается, то фаг начинает репродуцироваться по литическому пути, который представляет собой постоянно осуществляющуюся репликативную транспозицию его генома.

Ну вот геном фага Мu в составе фаговой частицы (рис.17-24, л.9), имеет место наличие неодинаковых сегментов бактериальной ДНК фланкирующей геном самого фага, которые при простой транспозиции удаляются, и в геном встраивается без бактериальной ДНК, при этом здесь образуются так называемые дуплицированные повторы. Эти фрагменты интегрируются между бактериальной ДНК деградируются нуклеазами клетки. После встраивания по типу простой транспозиции в случае литической репродукции происходит репликативная транспозиция геномов из одного места в другое бактериальной хромосомы, причем в каждом случае появляются сегменты, фланкирующие сегменты ДНК другого типа ибо в новом месте последовательность разная. И вот в результате постоянно идущих таких репликатвных транспозиций в хромосоме оказывается большое число копий геномов фага Мu. Исключение из бактериальной ДНК геномов фага Мu не осуществдляется резолвазой, которая у фага Мu отсутствует, а система обеспечивающая вырезание генома фага Мu с прилежащими сегментами упаковывает в белковые… структурные белки синтезируемые под контролем фаговых генов, уже тогда когда происхожит процесс вырезания, одновременно идет вырезание фага Мu и формирование белковых оболочек. И таким оразом, появляется фаговая частица с геномом фага и кусками ДНК клетки хозяяина, при чем в каждой фаговой частице все эти сегменты качественно отличаются, ибо вырезаются из разных мест хромосомы. Но всегда имеются вот такие дополнительные сегменты бактериальной ДНК в составе генетического материала фаговой частицы.