11. Flashcards
(40 cards)
Građa bakteriofaga
Kapsida je često ikozahedron (20 istostraničnih trokuta)
Unutar kapside, osim genoma, može sadržavati i neke enzime, a omotač može
sadržavati i glikoproteine i lipoproteine
Genom im je najčešće: - linearna ds DNA
- kružna ss DNA
- linearna ss RNA
Sastoje se od genoma (DNA ili RNA) i proteinskog omotača (kapsida ili filament)
fagi tabla
FAG STRUKTURA GENOM
T2, T4, T6 glava, rep i repna vlakna 170 kb
DNA (ds, linearna),
T1, λ glava, dugi rep 50 kb
DNA (ds, linearna)
T3, P22 glava, kratki rep 40 kb.
DNA (ds, linearna)
φX174 velika kapsida bez repa 5,5 kb
DNA (ss, kružna)
f2, MS2 mala kapsida, bez repa 3,6 RNA (ss, linearna)
M13, f1, fd filamentozni, bez glave 6,5 kb
DNA (ss, kružna)
objasni MS2
omotač se sastoji od jednog
te istog proteina, a virusna čestica
se sklapa spontano zahvaljujući
interakciji tog proteina s
jednolanačanom RNA (genom
bakteriofaga)
Objasni M 13
filamentozni omotač nastaje
interakcijom s jednolanačanom
DNA (genom bakteriofaga)
Fag λ i T4
DNA se pakira u
prethodno izgrađenu glavu, a za
sklapanje cijelog faga privremeno
su potrebni dodatni proteini koji se
kasnije uklanjaju.
Litički fagi
uvijek se umnože u stanici i liziraju je (nemaju lizogenu fazu tj
lizogeni ciklus)
Lizogeni fagi
Lizogeni (umjereni, temperirani) fagi osim litičke (reproduktivne) faze/ciklusa
imaju i lizogenu fazu/ciklus. U lizogenoj fazi ne dolazi do sklapanja novih
faga, nego se genom faga integrira (ugradi) u genom bakterije te se
replicira zajedno s bakterijskim genomom. Genom faga koji je ugrađen u
bakterijski genom nazivamo profag, a bakteriju koja u svom genomu ima
genom faga nazivamo lizogena bakterija. U određenim uvjetima, fag iz
lizogene faze može prijeći u litičku fazu. To uključuje izrezivanje genoma
faga iz bakterijskog genoma i ekspresiju gena faga koji rezultira
filamentozni fagi
koji se umnažaju u
stanici i iz nje oslobađaju bez liziranja stanice (inficirana bakterija ima dulje
generacijsko vrijeme).
Bakteriofag φX174
Ima ikozahedralnu kapsidu
Genom mu je kružna jednolančana DNA duljine 5.386 nukleotida koji kodira za 11 proteina (ukupna duljine 2.330 ak) !?!
Ima jako malo nekodirajuće DNA, geni se često preklapaju
Svi geni transkribiraju se u istom smjeru, ali ovaj fag čita kodone u sva tri okvira čitanja
jednolančana kružna DNA
Replikacija φX174
Budući da je genom ovog faga jednolančana kružna DNA , proces replikacije je drugačiji od replikacije bakterijskog genoma. Dva nova lanca DNA ne sintetiziraju se istovremeno tj uvijek se replicira samo jedan od dva komplementarna lanca
u stanicu ulazi +lanac DNA (kodirajući, nije
kalup za transkripciju)
⚫ sintetizira se komplementarni (-lanac, kalup za
transkripciju)
⚫ nastala dvolančana DNA:
transkribira se pa se eksprimiraju virusni geni
• služi kao kalup za sintezu +lanca DNA
• novonastali +lanci DNA se prevode u dvolančani oblik, a u kasnijim fazama se
pakiraju u kapsidu bakteriofaga
Bakteriofag MS2
ima ikozahedralnu kapsidu u kojoj se nalazi jednolančana kodirajuća (+, „sense”) RNA
duljine oko 3.569 nt koja kodira za samo 4 proteina:
⚫ protein sazrijevanja („maturation protein”, protein A, kodiran genom mat)
⚫ protein koji lizira bakterijsku stanicu, kodiran genom lys
⚫ protein omotača, kodiran genom cp
⚫ replikaza (RNA ovisna RNA polimeraza) – sintetizira oba lanca
Ima malo nekodirajuće RNA, a neki geni se i preklapaju
ikozahedralna kapsida ima promjer oko 27 nm,
sastoji se od jedne molekule proteina A i
180 molekula proteina omotača (90 dimera).
Genom ovog faga je zapravo policistronska mRNA koja bi se u E.coli odmah mogla u
cijelosti translatirati. Međutim, redoslijed translacije i razina ekspresije ovih gena
regulirana je sekundarnim strukturama u RNA. Novi genomi, +lanac RNA nastaje
djelovanjem replikaze faga (RNA-ovisna RNA-polimeraza).t
Kapsida Bakteriofag MS2
ikozahedralna kapsida ima promjer oko 27 nm,
sastoji se od jedne molekule proteina A i
180 molekula proteina omotača (90 dimera).
Filamentozni DNA virus
M13, f1 i fd
jednolančana kružna +DNA; 6,5 kb; 11 gena i IGR
(intergena regija: odgovorna za replikaciju i pakiranje DNA)
Kako djeluju Filamentozni DNA virusi
(1) inficiraju stanicu preko pilusa
(2) +lanac DNA ulazi u stanicu
(3) na DNA se vežu SSB proteini te počinje sinteza -lanca
DNA (RNA-klica) u IGR
(4) dvolančana DNA nastala sintezom -lanca se transkribira te nastaju virusni proteini; protein gp2 uvodi jednolančani lom (“nikira”) +lanac u IGR
(5) replikacija “kotrljajućim krugom”; protein gp2 cijepa jednolančanu DNA u IGR
(6) protein gp2 ligira jednolančane fragmente DNA te nastaje kružna jednolančana +DNA
(7) pakiranje se odvija na površini stanice bez liziranja
(tijekom jedne generacije iz jedna bakterijske stanice
oslobodi se ~1000 virusnih čestica)
Bakteriofag T4
Litički bakteriofag
Genom ovog bakteriofaga je dvolančana linearna DNA, pa postoji problem
replikacije krakeva DNA, koji ne postoji kod kružnih genoma (kao u npr. E.coli)
⚫ problem je replikacija krajeva tromih lanaca DNA
genom je linearna ds DNA dugačka oko 165 kb (kodira za 289 proteina)
• sadrži nekoliko ishodišta replikacije, a krajevi genoma su redundantni (istosmjerno
ponovljena DNA duljine oko 1.600 pb koja omogućava replikaciju krajeva genoma)
U genomu faga T4 postoji nekoliko ishodišta replikacije ali replikacijom linearne DNA
nastaju molekule s jednolančanim 3’-krajevima. Međutim, redundantnost na krajevima
genoma omogućava da oni međusobno rekombiniraju i služe jedan drugome kao klica
za sintezu DNA. Kao posljedica, nastaju dugački konkatameri virusnog genoma koji se
također mogu replicirati, a i pakiraju se u prethodno formirane glave virusa.
⚫ Pakiranje genoma u glavu virusa odvija se tako da konkatamer ulazi u glavu faga i kad se
u njoj nalazi točno određena duljina DNA i kada je redundancija na krajevima dugačka
oko 1.600. pb, DNA se presijeca, a ostatak konkatamera puni se u slijedeću glavu itd.
Ovako iz jednog bakteriofaga koji je inficirao bakteriju nastaju fagi kojima je na krajevima
ponovljen različiti dio genoma.
Replikacija bakteriofaga T4
sadrži nekoliko ishodišta replikacije, a krajevi genoma su redundantni (istosmjerno
ponovljena DNA duljine oko 1.600 pb koja omogućava replikaciju krajeva genoma)
U genomu faga T4 postoji nekoliko ishodišta replikacije ali replikacijom linearne DNA
nastaju molekule s jednolančanim 3’-krajevima. Međutim, redundantnost na krajevima
genoma omogućava da oni međusobno rekombiniraju i služe jedan drugome kao klica
za sintezu DNA. Kao posljedica, nastaju dugački konkatameri virusnog genoma koji se
također mogu replicirati, a i pakiraju se u prethodno formirane glave virusa.
⚫ Pakiranje genoma u glavu virusa odvija se tako da konkatamer ulazi u glavu faga i kad se
u njoj nalazi točno određena duljina DNA i kada je redundancija na krajevima dugačka
oko 1.600. pb, DNA se presijeca, a ostatak konkatamera puni se u slijedeću glavu itd.
Ovako iz jednog bakteriofaga koji je inficirao bakteriju nastaju fagi kojima je na krajevima
ponovljen različiti dio genoma.
pakiranje genoma Bakteriofaga T4
Pakiranje genoma u glavu virusa odvija se tako da konkatamer ulazi u glavu faga i kad se
u njoj nalazi točno određena duljina DNA i kada je redundancija na krajevima dugačka
oko 1.600. pb, DNA se presijeca, a ostatak konkatamera puni se u slijedeću glavu itd.
Ovako iz jednog bakteriofaga koji je inficirao bakteriju nastaju fagi kojima je na krajevima
ponovljen različiti dio genoma.
Regulacija razvoja/sklapanja faga
T4
Odmah nakon infekcije eksprimirahu se rani geni s promotora koji prepoznaje RNApolimeraza
E.coli. Potpm se eksprimiraju srednji geni, također ih transkribira RNApolimeraza E.coli ali ona se za promotore ovih gena može vezati samo uz pomoć dva virusna proteina (nastala ekspresijom ranih gena). Na kraju, ove dvije grupe proteina (rani i srednji) omogućavaju replikaciju virusnog genoma i regulaciju kasnih gena potrebnih za sklapanje faga i lizu bakterijske stanice.
Bakteriofag λ
Fag λ je lizogeni bakteriofag, a to znači da ima i litički i lizogeni ciklus. Genom faga se u satnici cirkularizira te ekspresija virusnih gena uzrokuje litički ciklus. Lizogeni ciklus karakteriziran je ugradnjom genoma faga u genom bakterije. Tada genom faga nazivamo profag, a bakteriju koja sadrži profag, lizogenom bakterijom. U određenim uvjetima genom faga
(profag) se može izrezati iz bakterijskog genoma te može nastupiti litički ciklus.
Što uzrokuje litički ciklus Bakteriofag λ
Genom faga se u satnici cirkularizira te
ekspresija virusnih gena uzrokuje litički ciklus.
Bakteriofag λ
Replikacija i pakiranje genoma
Genom faga λ je linearna dsDNA koja na krajevima ima 5’-isturene jednolančane krajeve (dugačke 12 nukleotida) koji su međusobno komplementarni, a nazivaju se cos sekvencija.
⚫ Po ulasku genoma faga u stanicu jednolančane cos sekvencije se komplementarno sparuju, jednolančane lomove ligira bakterijska DNA-ligaza te se genom faga ovako cirkularizira.
⚫ Ovakav kružni genom najprije se replicira uobičajenim načinom za prokariote koji se
zbog sličnosti s grčkim slovom naziva „theta replikacija” te ovako nastaju novi kružni
genomi. Kasnije, „theta replikacija” prelazi u „sigma replikaciju” tj replikaciju kotrljajućeg kruga čime nastaju linearni konkatameri virusnog genoma. Ovakva dugačka linearna DNA ulazi u glavu virusa, a na ulazu se nalazi terminaza koja cijepa sekvenciju cos te se tako u fag pakira DNA od cos do cos
Kako se odvija Lizogena faza Bakteriofaga λ
integracija genoma faga u genom bakterije
⚫ Genom faga integrira se na točno određeno mjesto u genomu bakterije mjesnospecifičnom
rekombinacijom između sekvencija attP (u genomu faga) i attB (u genomu bakterije – nalazi se između operona gal i operona bio), a za to je potrebna aktivnost integraze (Int) za koju kodira gen faga (int).
⚫ Sekvencije attP i attB u sredini imaju identičnu sekvenciju dugačku 13 pb. Integraza prepoznaje sekvencije attP i attB i cijepa ih u njihovom središnjem (identičnom) dijelu ostavljajući 7 nukleotida dugačke komplementarne 5’-krajeve. Obzirom da su komplementarni, međusobno se mogu spariti krajevi sekvencija attB sa krajevima
sekvencija attP i to rezultira ugradnjom genoma faga u genom bakterije. Nakon ugradnje, genom faga se nalazi između dvije sekvencije koje su nastale spajanjem (ligacijom) attP i attB sekvencija i sada se nazivaju attL (lijevo od genoma faga) i attR (desno od genoma faga). Ovdje je važno primijetiti da se sekvencije nastale ugradnjom faga u genom bakterije
(attL i attR) razlikuju od sekvencija attP i attB. Zbog toga integraza koja je ugradila genom
faga u genom bakterije ne može i izrezati genom faga iz genoma bakterije jer ne prepoznaje novonastale sekvencije attL i attR). Naime, za izrezivanje genoma faga iz genoma bakterije (što rezultira kružnim genomom faga i intaktnim genomom bakterije)
potrebna je ekspresija gena xis čiji proteinski produkt (Xis) stupa u interakciju s Int te joj omogućava da prepozna sekvencije attL i attR i izreže genom faga iz genoma bakterije.
Gdje int cijepa sekvence
Sekvencije attP i attB u sredini imaju identičnu sekvenciju dugačku 13 pb. Integraza
prepoznaje sekvencije attP i attB i cijepa ih u njihovom središnjem (identičnom) dijelu
ostavljajući 7 nukleotida dugačke komplementarne 5’-krajeve
što je potrebno za izrezivanje genoma faga iz
genoma bakterije
potrebna je ekspresija gena xis čiji proteinski produkt (Xis) stupa u interakciju s Int te joj
omogućava da prepozna sekvencije attL i attR i izreže genom faga iz genoma bakterije.