แบคทีริโอเฟจ M13
| ไวรัสเอสเชอริเชีย M13 | |
|---|---|
 | |
| สีน้ำเงิน: โปรตีนหุ้ม pIII; สีน้ำตาล: โปรตีนหุ้ม pVI; สีแดง: โปรตีนหุ้ม pVII; สีเขียวมะนาว: โปรตีนหุ้ม pVIII; สีชมพูเข้ม: โปรตีนหุ้ม pIX; สีม่วง: ดีเอ็นเอสายเดี่ยว | |
การจำแนกประเภทไวรัส | |
| (ไม่จัดอันดับ): | ไวรัส |
| อาณาจักร: | เอฟูนาวีเรีย |
| อาณาจักร: | โลบวิราเอ |
| ไฟลัม: | ฮอฟเนวิริโคตา |
| ระดับ: | ฟาเซอร์วิริเซเตส |
| คำสั่ง: | ทูบูลาไวรัลส์ |
| ตระกูล: | อินโนวิริเด |
| ประเภท: | ไวรัสอินโน |
| สายพันธุ์: | ไวรัสเอสเชอริเชีย M13 |
M13เป็นหนึ่งในฟาจ Ff (fd และ f1 เป็นฟาจชนิดอื่น) ซึ่งเป็นสมาชิกของตระกูลแบคทีริโอฟาจเส้นใย ( อินโนไวรัส ) ฟาจ Ff ประกอบด้วยดีเอ็นเอสายเดี่ยวแบบวงกลม ( ssDNA ) ซึ่งในกรณีของฟาจ m13 มีความยาว 6407 นิวคลีโอไทด์ และถูกห่อหุ้มด้วย โปรตีนเปลือกหลัก p8ประมาณ 2700 สำเนาและปิดด้วยโปรตีนเปลือกย่อยที่แตกต่างกันสี่ชนิด ชนิดละประมาณ 5 สำเนา (p3 และ p6 ที่ปลายด้านหนึ่ง และ p7 และ p9 ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]โปรตีนเปลือกย่อย p3 จะยึดติดกับตัวรับที่ปลายของไพลัส Fของโฮสต์Escherichia coliวงจรชีวิตค่อนข้างสั้น โดยลูกหลานของฟาจในระยะแรกจะออกจากเซลล์ภายในสิบนาทีหลังจากการติดเชื้อ ฟาจ Ff เป็นฟาจเรื้อรัง ปล่อยลูกหลานออกมาโดยไม่ฆ่าเซลล์โฮสต์ การติดเชื้อทำให้เกิดคราบขุ่นใน แผ่นเพาะเชื้อ E. coliซึ่งมีความทึบแสงปานกลางเมื่อเทียบกับคราบไลติกปกติอย่างไรก็ตามพบว่าอัตราการเจริญเติบโตของเซลล์ที่ติดเชื้อลดลง รูปแบบการจำลองแบบของ M13 คือ DNA สองสายแบบวงกลมคล้ายกับพลาสมิดที่ใช้ใน กระบวนการ DNA ลูกผสมหลายอย่าง และไวรัสนี้ยังถูกนำไปใช้สำหรับการแสดงผลฟาจวิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทาง โครงสร้างนาโนและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนาโนอีก ด้วย [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
อนุภาคฟาจ
เปลือกของฟาจประกอบขึ้นจากโปรตีนที่มีกรดอะมิโน 50 ตัว ที่เรียกว่า p8 ซึ่งถูกเข้ารหัสโดยยีน 8 ในจีโนม ของฟาจ สำหรับ อนุภาค M13 ชนิดป่าจะต้องใช้ p8 ประมาณ 2700 สำเนาเพื่อสร้างเปลือกที่มีความยาวประมาณ 900 นาโนเมตร ขนาดของเปลือกมีความยืดหยุ่นเนื่องจากจำนวนสำเนาของ p8 จะปรับให้เข้ากับขนาดของจีโนมสายเดี่ยวที่บรรจุอยู่[ 7 ]ฟาจดูเหมือนจะมีปริมาณ DNA จำกัดอยู่ที่ประมาณสองเท่าของปริมาณ DNA ตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม การลบโปรตีนฟาจ (p3) จะป้องกันการหลุดออกจากโฮสต์E. coli อย่างสมบูรณ์ และสามารถพบเห็นฟาจที่มีความยาว 10-20 เท่าของความยาวปกติพร้อมสำเนาจีโนมฟาจหลายชุดหลุดออกจากโฮสต์E. coli ได้
ที่ปลายด้านหนึ่งของเส้นใยจะมีโปรตีนที่อยู่บนพื้นผิว (p9) มากถึงห้าชุด และโปรตีนคู่หูที่อยู่ลึกเข้าไปด้านใน (p7) หาก p8 เป็นแกนกลางของฟาจ โปรตีน p9 และ p7 จะเป็นปลาย "ทู่" ที่เห็นได้ในภาพถ่ายจุลทรรศน์ โปรตีนเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก ประกอบด้วยกรดอะมิโนเพียง 33 และ 32 ตัวตามลำดับ แม้ว่าอาจมีกรดอะมิโนเพิ่มเติมบางส่วนเพิ่มเข้าไปใน ส่วน ปลาย Nของแต่ละโปรตีน ซึ่งจะปรากฏอยู่ด้านนอกของเปลือกหุ้ม ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของอนุภาคฟาจจะมีโปรตีนที่อยู่บนพื้นผิว (p3) ห้าชุด และโปรตีนเสริมที่อยู่บนพื้นผิวน้อยกว่า (p6) โปรตีนเหล่านี้เป็นปลายกลมของฟาจและเป็นโปรตีนกลุ่มแรกที่ทำปฏิกิริยากับ โฮสต์ E. coliในระหว่างการติดเชื้อ โปรตีน p3 ยังเป็นจุดสัมผัสสุดท้ายกับโฮสต์เมื่อฟาจตัวใหม่แตกหน่อออกจากพื้นผิวของแบคทีเรีย[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]การผลิตอนุภาคฟาจทำให้เซลล์เจ้าบ้านเจริญเติบโตและแบ่งตัว แต่ไม่ทำให้เซลล์แตก[ 8 ]
การจำลองแบบในE. coli
การเข้าสู่เซลล์โฮสต์ของไวรัสเกิดขึ้นโดยอาศัยโปรตีน p3 โดยเฉพาะโดเมน N ที่จับกับตัวรับหลักและตัวรับรองของเซลล์โฮสต์[ 11 ]หลังจากที่ DNA สายเดี่ยวบวกเข้าสู่เซลล์แล้ว จะถูกทำซ้ำเพื่อสร้าง DNA สายคู่ จากนั้นจึงนำไปใช้ในการถอดรหัส mRNA เพื่อสร้างโปรตีน[ 8 ]
ด้านล่างนี้คือขั้นตอนต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของ M13 ในแบคทีเรีย E. coli
- ดีเอ็นเอสายบวกของไวรัสเข้าสู่ไซโตพลาสซึม
- สายดีเอ็นเอเสริม (-)ถูกสังเคราะห์โดยเอนไซม์ของแบคทีเรีย
- ดีเอ็นเอไจเรส (DNA Gyrase)ซึ่งเป็นโทโปไอโซเมอเรสชนิดที่ 2ทำหน้าที่กับดีเอ็นเอสายคู่ และเร่งปฏิกิริยาการสร้างซูเปอร์คอยล์เชิงลบในดีเอ็นเอสายคู่
- ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือ DNA รูปแบบจำลองแบบพ่อแม่ (RF)
- กระบวนการถอดรหัสและแปลรหัสของจีโนมไวรัสเริ่มต้นด้วย p2
- โปรตีน p2 ของฟาจจะตัดสาย (+) ใน RF
- หมู่ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 3' ทำหน้าที่เป็นไพรเมอร์ในการสร้างสายไวรัสใหม่
- p2 ทำให้ DNA สายบวกของไวรัสที่ถูกแทนที่กลายเป็นวงกลม
- มีการสร้างกลุ่มโมเลกุล RF สองสายที่เป็นลูกหลานขึ้นมา
- สายลบของ RF เป็นแม่แบบของการถอดรหัส
- mRNA จะถูกแปลเป็นโปรตีนของไวรัสแบคทีริโอเฟจ
โปรตีนของฟาจในไซโตพลาสซึม ได้แก่ p2, p10 และ p5 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการจำลองดีเอ็นเอ ส่วนโปรตีนฟาจอื่นๆ นั้นถูกสังเคราะห์และแทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมหรือเยื่อหุ้มชั้นนอก
- ไดเมอร์ของ p5 จะจับกับดีเอ็นเอสายเดี่ยวที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่และป้องกันการเปลี่ยนไปเป็นดีเอ็นเอ RF จังหวะเวลาและการลดทอนการแปลรหัสของ p5 นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง
- กระบวนการสังเคราะห์ RF DNA ยังคงดำเนินต่อไป และปริมาณของ p5 ก็ถึงระดับความเข้มข้นวิกฤติ
- กระบวนการจำลองดีเอ็นเอเปลี่ยนไปเป็นการสังเคราะห์ดีเอ็นเอไวรัสสายเดี่ยว (+)
- โครงสร้าง p5-DNA มีความยาวประมาณ 800 นาโนเมตร และ เส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นาโนเมตร
- คอมเพล็กซ์ p5-DNA เป็นสารตั้งต้นในปฏิกิริยาการประกอบฟาจ
ผิดปกติที่โปรตีนหุ้มหลักสามารถแทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์หลังการแปลรหัสได้ แม้แต่เยื่อหุ้มเซลล์ที่ไม่มีโครงสร้างการเคลื่อนย้าย และแม้กระทั่งในไลโปโซมที่ไม่มีโปรตีน[ 12 ]
วิจัย
George Smithและคนอื่นๆ ได้แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนของเอนโดนิวคลีเอส EcoRI สามารถหลอมรวมเข้ากับไซต์ Bam ที่เป็นเอกลักษณ์ของฟาจเส้นใย f1 และแสดงออกในยีน 3 ซึ่งโปรตีน p3 สามารถเข้าถึงได้จากภายนอก M13 ไม่มีไซต์ Bam ที่เป็นเอกลักษณ์นี้ในยีน 3 M13 ต้องได้รับการดัดแปลงเพื่อให้มีไซต์แทรกที่เข้าถึงได้ ทำให้มีความยืดหยุ่นจำกัดในการจัดการกับชิ้นส่วนแทรกที่มีขนาดแตกต่างกัน เนื่องจากระบบการแสดงผลฟาจ M13 ช่วยให้มีความยืดหยุ่นสูงในตำแหน่งและจำนวนของโปรตีนลูกผสมบนฟาจ จึงเป็นเครื่องมือที่นิยมใช้ในการสร้างหรือทำหน้าที่เป็นโครงสร้างสำหรับนาโนโครงสร้าง[ 13 ]ตัวอย่างเช่น ฟาจสามารถได้รับการดัดแปลงให้มีโปรตีนที่แตกต่างกันที่ปลายแต่ละด้านและตลอดความยาว ซึ่งสามารถใช้ประกอบโครงสร้างเช่นนาโนไวร์ทองคำหรือโคบอลต์ออกไซด์สำหรับแบตเตอรี่[ 14 ]หรือบรรจุนาโนทิวบ์คาร์บอนเป็นมัดตรงเพื่อใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์[ 15 ]แคปซิด M13 ยังเป็นโครงสร้างไวรัสที่สมบูรณ์ตัวแรกที่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์โดยใช้NMR สถานะของแข็ง[ 16 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Barbas CF, Burton DR, Silverman GJ (ตุลาคม 2547). Phage Display: คู่มือปฏิบัติการ ( ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1). Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-740-2.
- Messing J (1993). "M13 Cloning Vehicles" (PDF)ใน Griffin HG, Griffin AM (บรรณาธิการ). DNA Sequencing Protocols. Methods in Molecular Biology™เล่มที่ 23. Humana Press. หน้า9–22 . doi : 10.1385/0-89603-248-5:9 . ISBN 0-89603-248-5. PMID 8220775 . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2012-02-19.