PMC (Dansk)

EMBO J 28, 821-829 (2009); offentliggjort online 8.April 2009

vira er små infektiøse partikler sammensat af et proteincoat og en nukleinsyrekerne. De findes i et stort udvalg af former og inficerer næsten alle levende væsener: dyr, planter, insekter og bakterier. Indsigt i infektionsprocessen kunne lette nye terapeutiske strategier for virale og bakterielle sygdomme samt konservering af fødevarer. En artikel af Aksyuk et al (2009) offentliggjort i dette nummer kaster lys over den stadig mystiske infektionsproces., Det rapporterer den første krystal struktur af en betydelig del af bakteriofager T4 hale kappe protein. Sammen med fittings i eksisterende cryo-EM-rekonstruktioner antyder det en mekanisme til genomafgivelse i værtscellen for Myoviridae-fagerne.

vira kan betragtes som mobile genetiske partikler, der indeholder instruktioner til gengivelse af sig selv ved hjælp af fremmede cellulære ressourcer. Mængden af vira, der findes i biosfæren, er enorm, varierende i deres virionformer, genomer og livsstil., Klassificering af vira defineres af værtspræference, viral morfologi, genomtype og hjælpestrukturer såsom haler eller konvolutter. Virale partikler uden for en værtscelle (såkaldte virioner) er inerte enheder med et genom omgivet af en beskyttende frakke.

vira, der angriber bakterier, blev navngivet ‘bakteriofager”. Udtrykket fag stammer fra græsk fagein, som oversættes som ‘at spise”., Faginfektionscyklussen ser ud til at være enkel, men ekstremt effektiv: en enkelt fag injicerer sit genom i en bakteriecelle og skifter cellerne” til fordel for det, så værtscellen til sidst vil dø og frigive omkring 100 nye fagpartikler. Undersøgelser af bakteriofager blev en væsentlig del af biologien, fordi deres allestedsnærværende var tæt forbundet med bakterier. Analyser af bakteriofaggenomsekvenser giver mulighed for at identificere grundlæggende principper for genomorganisation, co-evolution, samt model og modificere deres genom., Nye undersøgelser af fagets livscyklus vil ikke kun afsløre dets interaktion med biologiske barrierer under viral transmission og tilpasning på højt niveau, men kan også hjælpe med at overvinde alvorlige kliniske problemer forårsaget af forekomsten af multiresistente bakterier, de såkaldte ‘superbugs”. Denne formodning er baseret på det faktum, at fager, der inficerer visse bakterier, kan genkende og inficere disse på trods af deres antibiotikaresistens. Faktisk har eksponentielle virkninger af fagvækst i celler vist sig meget vigtige i bekæmpelsen af bakterielle sygdomme.,

Caudovirales-rækkefølgen af bakteriofager er kendetegnet ved dobbeltstrenget DNA (dsDNA) genomer, som kan have størrelsen fra 18 til 500 kb i længden. Fagene, der tilhører Caudovirales, tegner sig for 95% af alle de fager, der er rapporteret i den videnskabelige litteratur, og repræsenterer sandsynligvis størstedelen af fager på planeten (Ackermann, 2006). Selvom genomsekvenser varierer ganske markant, har viruspartiklerne i denne gruppe en ret lignende organisation: hver virion har en polyhedral, overvejende icosahedral, hoved (capsid), der indeholder et genom., Hovedet er bundet til en hale gennem et stik, og den fjerne ende af halen er udstyret med et specielt system til piercing af en bakteriemembran. Bakteriofaghalen og dens beslægtede strukturer er vigtige værktøjer til fag under infektivitetsprocessen, der sikrer indtræden af den virale nukleinsyre i værtscellen.

Rossmann”s gruppe har været involveret i mange år med at analysere forskellige vira, og en betydelig del af deres forskning er dedikeret til bakterievirus T4, der hører til Myoviridae-familien (Ackermann, 2006)., Myoviridae er en familie af bakteriofager med kontraktile haler, der omfatter 25 25% af alle kendte fagpopulationer. Hale sammentrækning er en vigtig fase af cellulære infektion med disse phages, hvilket resulterer i at trykke på den centrale hale tube gennem den ydre cellemembran ligner en sprøjte, og derved skabe en kanal for DNA-udstødning fra kapsid, og i værtscellen (Figur 1; Leiman et al, 2003).

Tailed dsDNA-fager er karakteriseret ved deres nytteløshed ved krystallisationsforsøg, selvom krystalstrukturer af nogle individuelle proteinkomponenter er bestemt for T4-bakteriofag af Rossmann-laboratoriet., Strukturelle undersøgelser af andre fager fra Myoviridae-familien blev hæmmet af variation og mangfoldighed i aminosyresekvenserne blandt de halede bakteriofager, hvilket gør forudsigelse af den strukturelle organisering af fagelementer upålidelig. Cryo-EM blev det eneste tilgængelige værktøj, der muliggjorde strukturel indsigt ved subnanometeropløsning (6-10 Å; Jiang et al., 2006; Lander et al., 2008). Kombination af EM og krystallografi muliggjorde også identifikation af T4-bakteriofagbaseplate-proteiner, lange og korte fibre samt kapsid-proteinet (Leiman et al., 2004; Kostyuchenko et al., 2005).,

det nye værk af Aksyuk og medforfattere, der blev offentliggjort i dette nummer af EMBO-tidsskriftet, fremmer yderligere vores forståelse af dette komplekse biologiske system. Ved hjælp af en lignende fremgangsmåde, Aksyuk et al (2009) løse her krystalstruktur af en lille protease-resistente fragment (gp18PR) af skeden protein gp18. Ved hjælp af molekylær udskiftning bestemmer de yderligere strukturen af det større gp18m-protein, der omfatter tre af de fire domæner af proteinet., Montering af gp18M atomare model i eksisterende EM kort tilladt lokalisering af de enkelte protein underenheder i halen jakke og også identificeret konformationelle ændringer i løbet hale sammentrækning (central panel i Figur 1). Disse resultater antyder interaktionerne mellem underenheder i halen, og giver et mekanistisk syn på faghale-sammentrækningen under infektionsprocessen.,

Denne første hale kappe af protein struktur bestemmelse, sammen med den sammenlignende modelberegninger tilgang, kaster lys på den proces af T4-bakteriofag-infektion og kan ligeledes anvendes i forbindelse strukturelle undersøgelser.

---