P1-fagen er en tempereret , der inficerer Escherichia coli og nogle andre bakterier . Under passagen af den lysogene cyklus eksisterer faggenomet som et plasmid i bakterier [1] , i modsætning til andre fager (for eksempel lambda-fagen ), som er integreret i værtens DNA. P1 har et icosahedral hoved indeholdende DNA knyttet til en kontraktil hale med seks halefibre. P1-fagen har tiltrukket forskernes interesse, fordi den kan bruges til at overføre DNA fra en bakteriecelle til en anden i en proces kendt som transduktion . Når den replikerer under sin lytiske cyklus, fanger den fragmenter af værtens kromosom. Hvis de resulterende virale partikler bruges til at inficere en anden vært, kan de indfangede DNA-fragmenter integreres i den nye værts genom. Denne in vivo gensplejsningsmetode har været udbredt i mange år og bruges stadig i dag, dog i mindre omfang. P1 kan også bruges til at skabe en P1-afledt kunstig kromosomkloningsvektor , der kan bære relativt store DNA-fragmenter. P1 koder for den Cre-stedspecifikke rekombinase, som er meget brugt til at drive cellespecifik eller tidsspecifik DNA-rekombination ved at flankere mål-DNA'et med loxP -steder (se Cre-Lox-rekombination ).
Virionet ligner i strukturen T4-fagen , men enklere [2] . Den har et icosaedrisk hoved [3] , der indeholder genomet, der er fastgjort i det ene toppunkt til halen. Halen har et rør omgivet af en kontraktil kappe. Den ender i en bundplade med seks halefibre. Halefibre er involveret i værtsvedhæftning og specificitet.
P1-faggenomet er moderat stort, ca. 93 kbp. [2] i længden (sammenlignet med genomer, for eksempel T4 - 169Kb, lambda - 48Kb og Ff - 6,4Kb). I en viral partikel er det et lineært dobbeltstrenget DNA-molekyle. Når den først er indført i værten, cirkulerer den og replikerer som et plasmid.
I en viruspartikel er DNA-molekylet længere (110 kb) end den faktiske længde af genomet. Det skabes ved at udskære et passende størrelse fragment fra en streng af concatemerisk DNA, der har flere kopier af genomet (se afsnittet om lysis nedenfor for, hvordan dette gøres). På grund af dette er enderne af DNA-molekylet identiske. Dette kaldes terminal redundans. Dette er vigtigt for værtens cirkulære DNA. En anden konsekvens af at udskære DNA fra en concatemer er, at et givet lineært molekyle kan starte hvor som helst i det cirkulære genom. Dette kaldes cyklisk permutation.
Genomet er særligt rigt på Chi-sekvenser, der genkendes af den bakterielle rekombinase RecBCD . Genomet indeholder to replikationsstartsteder: oriR, som replikerer det under den lysogene cyklus, og oriL, som replikerer det under det lytiske stadie. P1-genomet koder for tre tRNA'er, der udtrykkes på det lytiske stadium.
Proteom : P1-genomet koder for 112 proteiner og 5 utranslaterede gener, cirka dobbelt så stor som bakteriofag lambda [2] .
Fagpartiklen adsorberes på overfladen af bakterien ved hjælp af haleprocesser for specificitet. Haleskallen krymper, og fag-DNA'et injiceres i værtscellen. Værts-DNA-rekombinationsmekanismen, eller cre-enzymet oversat fra det virale DNA, rekombinerer de terminalt overflødige ender og gør genomet cirkulært. Afhængigt af forskellige fysiologiske signaler kan fagen straks gå ind i den lytiske fase eller gå i lysogen tilstand.
Genet, der koder for haleprocesser, har et sæt sekvenser, der kan målrette den stedspecifikke rekombinase Cin . Dette får proteinets C-terminal til at skifte mellem de to alternative former med en lav frekvens. Virussens halestrenge er ansvarlige for specificiteten af binding til værtsreceptoren. Virussens halefibermål er under konstant udvælgelse for at udvikle sig og undgå binding. Denne metode til hale-rekombinationsdiversitet gør det muligt for virussen at holde trit med bakterien [4] . Dette system har tæt sekvenshomologi med rekombinationssystemerne i halefibrene af ubeslægtede fager, såsom mu-fagen og lambda- fagen .
P1-faggenomet opretholdes som et lavkopiplasmid i bakterier. Plasmidets relativt store størrelse kræver [2] at holde kopitallet lavt, så det ikke bliver for meget af en metabolisk belastning, så længe det er et lysogen. Fordi der normalt kun er én kopi af plasmidet pr. bakteriegenom, er der en stor chance for, at plasmidet ikke videregives til begge datterceller. P1-plasmidet bekæmper dette på flere måder:
Plasmid P1 har en separat replikationskilde (oriL), der aktiveres under den lytiske cyklus. Replikation starter med normal tovejs theta-replikation i oriL, men senere, i den lytiske fase, skifter den til en rullende cirkelreplikationsteknik ved hjælp af værtsrekombinationsmekanismen [2] [7] [8] . Dette resulterer i, at flere kopier af genomet er til stede på et enkelt lineært DNA-molekyle kaldet en concatemer. Enden af concatemeren afskæres på et specifikt sted kaldet pac- stedet eller pakningsstedet [9] . Dette efterfølges af at pakke DNA'et ind i hovederne, indtil de er fulde. Resten af konkateteret, der ikke passer i det ene hoved, adskilles, og udstyret begynder at pakke det ind i et nyt hoved. Placeringen af snittet afhænger ikke af rækkefølgen. Hvert hoved indeholder omkring 110 kb. DNA [9] , så der er lidt mere end én komplet kopi af genomet (~90 kb) i hvert hoved, mens enderne af tråden i hvert hoved er identiske. Efter infektion af en ny celle bruges denne terminale redundans af værtens rekombinationsmekanisme til at cyklisere genomet, hvis det mangler to kopier af lox locus [1] [9] . Hvis to lox-steder er til stede (én i hver ende af den redundante ende), udføres ringslutning ved cre-rekombinase.
Efter at de komplette virioner er samlet, lyseres værtscellen, hvorved de virale partikler frigives.
P1 blev opdaget i 1951 af Giuseppe Bertani i laboratoriet i Salvador Luria , men denne fag blev kun lidt undersøgt, indtil Ed Lennox, der også arbejdede i Lurias gruppe, viste i 1954-1955, at den kunne transducere genetisk materiale mellem værtsbakterier. Denne opdagelse førte til brugen af fagen til genetisk udveksling og kortlægning af E. coli -genomet og stimulerede dens videre undersøgelse som en modelorganisme [2] [10] [11] . I 1960'erne viste Hideo Ikeda og Jun-ichi Tomizawa, at fag-DNA-genomet er lineært og dobbeltstrenget med redundans i enderne. I 1970'erne karakteriserede Nat Sternberg det Crelox stedspecifikke rekombinationssystem , som tillader et lineært genom at cirkulere for at danne et plasmid efter infektion. I 1980'erne udviklede Sternberg P1 som en vektor til kloning af store fragmenter af eukaryotisk DNA [10] . Et kort over P1-genet baseret på en delvis DNA-sekvens blev offentliggjort i 1993 af Michael Yarmolinsky og Małgorzata Lobotskaya, og genomet blev fuldt sekventeret af Lobotskaya og kolleger i 2004 [1] [11] .
| Nukleinsyretyper _ | ||||
|---|---|---|---|---|
| Nitrogenholdige baser | ||||
| Nukleosider | ||||
| Nukleotider | ||||
| RNA | ||||
| DNA | ||||
| Analoger | ||||
| Vektortyper _ |
| |||
| ||||