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EMBO J 28, 821-829 (2009); published online 8 April 2009
Viruses are minuscule infectious particles composed of a protein coat and a nucleic acid core. Existen en una gran variedad de formas e infectan prácticamente a todos los seres vivos: animales, plantas, insectos y bacterias. El conocimiento del proceso de infección podría facilitar nuevas estrategias terapéuticas para las enfermedades virales y bacterianas, así como la conservación de los alimentos. Un artículo de Aksyuk et al (2009) publicado en este número arroja luz sobre el todavía misterioso proceso de infección., Reporta la primera estructura cristalina de una porción significativa de la proteína de la vaina de cola T4 de los bacteriófagos. Junto con los ajustes en las reconstrucciones cryo-EM existentes, sugiere un mecanismo de entrega del genoma en la célula huésped para los fagos Myoviridae.
Los virus pueden ser considerados como partículas genéticas móviles, que contienen instrucciones para reproducirse utilizando recursos celulares extraños. La cantidad de virus que existen en la biosfera es enorme, variando en sus formas de virión, genomas y estilos de vida., La clasificación de los virus se define por la preferencia del huésped, la morfología viral, el tipo de genoma y las estructuras auxiliares como colas o sobres. Las partículas virales fuera de una célula huésped (los llamados viriones) son entidades inertes con un genoma rodeado por una capa protectora.
Los virus que atacan a las bacterias se denominan «bacteriófagos». El término fago proviene del griego fagein, que se traduce como «comer»., El ciclo de infección de fagos parece ser simple pero extremadamente eficiente: un solo fago inyecta su genoma en una célula bacteriana, cambiando el programa de células a su favor para que la célula huésped finalmente muera y libere alrededor de 100 nuevas partículas de fagos. Los estudios de bacteriófagos se convirtieron en una parte esencial de la biología porque su omnipresencia estaba estrechamente vinculada a las bacterias. Los análisis de secuencias genómicas de bacteriófagos brindan la oportunidad de identificar los principios básicos de la organización genómica, la coevolución, así como modelar y modificar su genoma., Nuevos estudios sobre el ciclo de vida del fago no solo revelarán su interacción con las barreras biológicas durante la transmisión viral y la adaptación de alto nivel, sino que también podrían ayudar a superar graves problemas clínicos causados por la aparición de bacterias multirresistentes, las llamadas»superbacterias». Esta presunción se basa en el hecho de que los fagos que infectan a ciertas bacterias pueden reconocerlas e infectarlas a pesar de su resistencia a los antibióticos. De hecho, los efectos exponenciales del crecimiento de fagos en las células han demostrado ser muy importantes en la lucha contra las enfermedades bacterianas.,
El orden Caudovirales de bacteriófagos se caracteriza por genomas de ADN bicatenario (dsDNA), que pueden tener un tamaño de 18 a 500 kb de longitud. Los fagos, pertenecientes a Caudovirales, representan el 95% de todos los fagos reportados en la literatura científica, y muy probablemente representan la mayoría de los fagos en el planeta (Ackermann, 2006). Aunque las secuencias del genoma varían bastante significativamente, las partículas virales de este grupo tienen una organización bastante similar: cada virión tiene una cabeza poliédrica, predominantemente icosaédrica, que contiene un genoma., La cabeza está unida a una cola a través de un conector, y el extremo distante de la cola está equipado con un sistema especial para perforar una membrana bacteriana. La cola del bacteriófago y sus estructuras relacionadas son herramientas esenciales del fago durante el proceso de infectividad asegurando la entrada del ácido nucleico viral en la célula huésped.
El grupo de Rossmann ha estado involucrado durante muchos años en el análisis de diferentes virus y una parte significativa de su investigación está dedicada al virus bacteriano T4 que pertenece a la familia Myoviridae (Ackermann, 2006)., Myoviridae es una familia de bacteriófagos con colas contráctiles, que comprende el 25% de todas las poblaciones de fagos conocidas. La contracción de la cola es una fase esencial de la infección celular por estos fagos, lo que resulta en presionar el tubo central de la cola a través de la membrana celular externa similar a una jeringa, creando así un canal para la eyección de ADN desde la cápside hacia la célula huésped (Figura 1; Leiman et al, 2003).
Bacteriófago T4. El panel izquierdo ilustra el fago en el estado extendido, mientras que el panel derecho muestra el fago en el estado contraído., El panel central muestra fragmentos agrandados de la cola tanto en Estados extendidos como contraídos; la parte superior del panel central muestra el ajuste de la estructura de rayos X en el mapa EM. Las subunidades sombreadas en rojo muestran su reordenamiento en la misma hebra helicoidal (adaptado de figuras amablemente proporcionadas por Petr Leiman y Michael Rossmann).
los fagos dsDNA de cola se caracterizan por su inutilidad para los ensayos de cristalización, aunque las estructuras cristalinas de algunos componentes de proteínas individuales se han determinado para el bacteriófago T4 por el laboratorio Rossmann., Los estudios estructurales de otros fagos de la familia Myoviridae se vieron obstaculizados por la variación y diversidad en las secuencias de aminoácidos entre los bacteriófagos de cola, por lo que la predicción de la organización estructural de los elementos fagos no es confiable. El Cryo-EM se convirtió en la única herramienta disponible que permitía una visión estructural a la resolución del subnanómetro (6-10 Å; Jiang et al, 2006; Lander et al, 2008). La combinación de EM y cristalografía también permitió identificar las proteínas de la placa base del bacteriófago T4, las fibras largas y cortas, así como la proteína de la cápside (Leiman et al, 2004; Kostyuchenko et al, 2005).,
El nuevo trabajo de Aksyuk y coautores publicado en este número de la revista EMBO avanza aún más nuestra comprensión de este complejo sistema biológico. Usando un enfoque híbrido similar, Aksyuk et al (2009) resuelven aquí la estructura cristalina de un pequeño fragmento resistente a la proteasa (gp18PR) de la proteína de la vaina gp18. Usando el reemplazo molecular, determinan además la estructura de la proteína gp18M más grande que comprende tres de los cuatro dominios de la proteína., El ajuste del modelo atómico gp18M en los mapas EM existentes permitió la localización de las subunidades proteicas individuales dentro de la vaina de la cola y también identificó cambios conformacionales durante la contracción de la cola (panel central en la Figura 1). Estos resultados sugieren las interacciones de las subunidades dentro de la cola, y proporcionan una visión mecanicista de la contracción de la cola del fago durante el proceso de infección.,
esta primera determinación de la estructura de la proteína de la vaina de la cola, junto con el enfoque de modelado comparativo, arroja luz sobre el proceso de infección por bacteriófagos T4 y podría aplicarse de manera similar a estudios estructurales relacionados.