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EMBO J 28, 821-829 (2009); pubblicato online 8 aprile 2009

I virus sono minuscole particelle infettive composte da un rivestimento proteico e un nucleo di acido nucleico. Esistono in un’enorme varietà di forme e infettano praticamente tutte le creature viventi: animali, piante, insetti e batteri. La comprensione del processo di infezione potrebbe facilitare nuove strategie terapeutiche per le malattie virali e batteriche e la conservazione degli alimenti. Un articolo di Aksyuk et al (2009) pubblicato in questo numero fa luce sul processo di infezione ancora misterioso., Riporta la prima struttura cristallina di una porzione significativa della proteina della guaina della coda T4 dei batteriofagi. Insieme ai raccordi nelle ricostruzioni crioem esistenti, suggerisce un meccanismo di consegna del genoma nella cellula ospite per i fagi Myoviridae.

I virus possono essere considerati come particelle genetiche mobili, contenenti istruzioni per riprodursi utilizzando risorse cellulari straniere. La quantità di virus che esistono nella biosfera è enorme, variando nelle loro forme virioniche, genomi e stili di vita., La classificazione dei virus è definita dalla preferenza dell’ospite, dalla morfologia virale, dal tipo di genoma e dalle strutture ausiliarie come code o buste. Le particelle virali all’esterno di una cellula ospite (i cosiddetti virioni) sono entità inerti con un genoma circondato da un rivestimento protettivo.

I virus che attaccano i batteri sono stati chiamati “batteriofagi”. Il termine fago deriva dal greco phagein, che si traduce come ‘mangiare”., Il ciclo di infezione dei fagi sembra essere semplice ma estremamente efficiente: un singolo fago inietta il suo genoma in una cellula batterica, commutando il programma delle cellule a suo favore in modo che la cellula ospite alla fine muoia e rilasci circa 100 nuove particelle di fago. Gli studi sui batteriofagi divennero una parte essenziale della biologia perché la loro onnipresenza era strettamente legata ai batteri. Le analisi delle sequenze del genoma dei batteriofagi offrono l’opportunità di identificare i principi di base dell’organizzazione del genoma, della co-evoluzione, nonché di modellare e modificare il loro genoma., Nuovi studi sul ciclo di vita dei fagi non solo riveleranno la sua interazione con le barriere biologiche durante la trasmissione virale e l’adattamento ad alto livello, ma potrebbero anche aiutare a superare gravi problemi clinici causati dall’insorgenza di batteri multiresistenti, i cosiddetti ‘superbatteri”. Questa presunzione si basa sul fatto che i fagi che infettano alcuni batteri possono riconoscerli e infettarli nonostante la loro resistenza agli antibiotici. In effetti, gli effetti esponenziali della crescita dei fagi nelle cellule si sono dimostrati molto importanti nella lotta contro le malattie batteriche.,

L’ordine dei batteriofagi Caudovirales è caratterizzato da genomi di DNA a doppio filamento (dsDNA), che possono avere dimensioni da 18 a 500 kb di lunghezza. I fagi, appartenenti ai Caudovirales, rappresentano il 95% di tutti i fagi riportati nella letteratura scientifica, e molto probabilmente rappresentano la maggior parte dei fagi del pianeta (Ackermann, 2006). Anche se le sequenze del genoma variano in modo significativo, le particelle virali di questo gruppo hanno un’organizzazione abbastanza simile: ogni virione ha una testa poliedrica, prevalentemente icosaedrica (capside) che contiene un genoma., La testa è legata a una coda attraverso un connettore e l’estremità lontana della coda è dotata di un sistema speciale per perforare una membrana batterica. La coda del batteriofago e le sue strutture correlate sono strumenti essenziali del fago durante il processo di infettività che assicurano l’ingresso dell’acido nucleico virale nella cellula ospite.

Il gruppo di Rossmann è stato coinvolto per molti anni nell’analisi di diversi virus e una parte significativa della loro ricerca è dedicata al virus batterico T4 che appartiene alla famiglia Myoviridae (Ackermann, 2006)., Myoviridae è una famiglia di batteriofagi con code contrattili, comprendente ∼il 25% di tutte le popolazioni di fagi conosciute. La contrazione della coda è una fase essenziale dell’infezione cellulare da parte di questi fagi, con conseguente pressione del tubo centrale della coda attraverso la membrana cellulare esterna simile a una siringa, creando così un canale per l’espulsione del DNA dal capside e nella cellula ospite (Figura 1; Leiman et al, 2003).

I fagi DSDNA dalla coda sono caratterizzati dalla loro inutilità per le prove di cristallizzazione, sebbene le strutture cristalline di alcuni singoli componenti proteici siano state determinate per il batteriofago T4 dal laboratorio Rossmann., Gli studi strutturali di altri fagi della famiglia Myoviridae sono stati ostacolati dalla variazione e dalla diversità delle sequenze amminoacidiche tra i batteriofagi dalla coda, rendendo inaffidabile la previsione dell’organizzazione strutturale degli elementi fagici. Cryo-EM è diventato l’unico strumento disponibile che ha permesso l’intuizione strutturale alla risoluzione del subnanometro (6-10 Å; Jiang et al, 2006; Lander et al, 2008). La combinazione di EM e cristallografia ha anche permesso l’identificazione delle proteine della piastra di base del batteriofago T4, delle fibre lunghe e corte e della proteina del capside (Leiman et al, 2004; Kostyuchenko et al, 2005).,

Il nuovo lavoro di Aksyuk e coautori pubblicato in questo numero della rivista EMBO avanza ulteriormente la nostra comprensione di questo complesso sistema biologico. Utilizzando un approccio ibrido simile, Aksyuk et al (2009) risolvono qui la struttura cristallina di un piccolo frammento resistente alla proteasi (gp18PR) della proteina della guaina gp18. Utilizzando la sostituzione molecolare, determinano ulteriormente la struttura della proteina gp18M più grande che comprende tre dei quattro domini della proteina., Il montaggio del modello atomico gp18M nelle mappe EM esistenti ha permesso la localizzazione delle singole subunità proteiche all’interno della guaina della coda e ha anche identificato i cambiamenti conformazionali durante la contrazione della coda (pannello centrale nella Figura 1). Questi risultati suggeriscono le interazioni delle subunità all’interno della coda e forniscono una vista meccanicistica sulla contrazione della coda dei fagi durante il processo di infezione.,

Questa prima determinazione della struttura proteica della guaina di coda, insieme all’approccio di modellazione comparativa, fa luce sul processo di infezione da T4-batteriofago e potrebbe essere applicata allo stesso modo a studi strutturali correlati.

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