Фаг лямбда | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() Зони лізису на культурі клітин E. coli, спричиненні зараженням фагом лямбда | ||||||||||||
Класифікація вірусів | ||||||||||||
| ||||||||||||
Посилання | ||||||||||||
|
Фаг λ (бактеріофаг λ, коліфаг λ) — помірний бактеріофаг кишкової палички (Escherichia coli). Модельний організм генетики, молекулярної біології та біології бактеріофагів. У життєвому циклі фаг лямбда повинен зробити один великий «вибір» — яким шляхом йому розвиватись: літичним, за якого клітина-живитель програмується на виробництво нових фагових частинок, а згодом гине, вивільняючи в середовище вірусне потомство, чи лізогенний, що полягає у вбудовуванні фагового геному в хромосому бактерії, де він може перебувати тривалий час і передаватись наступним поколінням E. coli. Цей вибір здійснюється на основі відносно простого механізму перемикання генів, що зробило фаг лямбда зручним об'єктом для вивчення регуляції генної експресії. Цей вірус є одним із найбільш детально вивчених живих організмів на Землі.
Як і будь-який помірний бактеріофаг фаг λ здатний до (спеціалізованої трансдукції) — перенесення генів однієї клітини живителя до іншої. Ця його властивість дозволила використати фаг λ з метою конструювання одних із перших векторних молекул для клонування генів. Їх вдосконалені версії використовуються генетиками і молекулярними біологами і досі.
Історія дослідження
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWhMMkU0TDBWemRHVnlYMkZ1WkY5S2IzTm9kV0V1YW5Cbkx6SXdNSEI0TFVWemRHVnlYMkZ1WkY5S2IzTm9kV0V1YW5Cbi5qcGc=.jpg)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWpMMk0xTDA1amFTMTJiMnd0T0RFNE5TMHpNREJmYldGeWExOXdkR0Z6YUc1bExtcHdaeTh5TURCd2VDMU9ZMmt0ZG05c0xUZ3hPRFV0TXpBd1gyMWhjbXRmY0hSaGMyaHVaUzVxY0djPS5qcGc=.jpg)
Бактеріофаг λ був відкритий випадково 1951 року Джошуа та Естер Ледербергами під час досліджень кон'югації бактерій E.coli. Штам K12, який вони використовували, містить у своїй ДНК вбудований «дрімаючий» геном фага лямбда. Ледербегри індукували мутагенез у клітинах кишкової палички, для того, щоб отримати ауксотрофних мутантів. Один із одержаних мутантних штамів втратив лямбда, і через це став чутливий до повторної інфекції. Цей штам вирощували разом із іншим ауксотрофним мутантом, щоб з'ясувати, чи можуть вони доповнювати харчові потреби одне одного. Дослідники отримали несподіваний результат: один із штамів (той, що втратив профага) заразився бактеріофагом від іншого і був лізований. Фаг лямбда став важливим об'єктом досліджень, в першу чергу через те, що він паразитує на іншому модельному організмі — кишковій паличці. Вже через кілька років після його відкриття стався справжній «бум» експериментів, у яких використовувався цей організм.
Перші мутанти фага лямбда були отримані Дейлом Кайзером (Dale Kaiser), тоді постдоком Пастерівського інституту, в середині 1950-их років. Це були мутанти, що викликали формування в культурі E.coli «чистих» зон лізису, в той час як фаги дикого типу спричинювали появу зон, які були мутними через розмноження лізогенізованих клітин. Кайзер встановив, що фаги могли втрачати здатність розможуватись лізогенним шляхом, через мутацію в одному із трьох генів, і назвав їх cI, cII та cIII (c від англ. clear — чистий). В подальших експериментах було з'ясовано, що ген cI відповідав за певну «репресивну сполуку», яка забезпечувала пригнічення профага та імунітет до суперінфекції.
Приблизно через десятиліття Марк Пташне, співробітник Гарвардського університету, виділив цю «репресивну сполуку» і довів, що це білок. Разом із колегами він поставив велику кількість біохімічних експериментів, в ході яких був встановлений механізм взаємодії лямбда-репресора із ДНК. Наступні досліди, проведені в лабораторіях по всьому світу, дозволили з'ясувати механізм «прийняття рішення» бактеріофагом лямбда. Особливої уваги серед них заслуговують досліди Луїса Рейчардта (Louis Reichadrt), аспіранта Дейла Кайзера, який встановив функції білка CII та промотора PRE.
Фаг лямбда був одним із перших вірусів, для геному яких була встановлена повна нуклеотидна послідовність. Секвенування відбувалось під керівництвом Фредеріка Сенґера і завершилось 1982 року.
1986 року вийшло друком перше видання монографії «A Genetic Switch» (Перемикання генів) Марка Пташне, яка вважається класичною працею в галузі досліджень, присвячених регуляції генної активності.
Будова
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHhMekUxTDB4aGJXSmtZVjl3YUdGblpWOTFheTV6ZG1jdk1UZ3djSGd0VEdGdFltUmhYM0JvWVdkbFgzVnJMbk4yWnk1d2JtYz0ucG5n.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWpMMk01TDB4aFltUmhYM0JvWVdkbFgyZGxibTl0WDNWckxuTjJaeTh5TlRCd2VDMU1ZV0prWVY5d2FHRm5aVjluWlc1dmJWOTFheTV6ZG1jdWNHNW4ucG5n.png)
Віріон фага λ складається із ікосаедричної голівки діаметром близько 50 нм та хвостового відростка довжиною близько 150 нм, на кінці якого розміщені бокові нитки довжиною 85 нм. Усього до складу білкової оболонки фага входить близько п'ятнадцяти білків, що кодуються вірусним геномом.
Спадкова інформація представлена двонитковою лінійною ДНК розміром 48502 п.н. з однонитковими взаємнокомплементарними («липкими») кінцями по 12 нуклеотидів. У геномі фага λ виявлено 75 відкритих рамок зчитування.
Життєвий цикл
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHlMekpoTDFCb1lXZGxYMnhoYldKa1lWOXNhV1psWDJONVkyeGxYM1ZyTG5OMlp5OHlOVEJ3ZUMxUWFHRm5aVjlzWVcxaVpHRmZiR2xtWlY5amVXTnNaVjkxYXk1emRtY3VjRzVuLnBuZw==.png)
Фаг лямбда належить до помірних бактеріофагів. На відміну від (вірулентних) або літичних бактеріофагів, які після інфекції обов'язково перетворюють клітини на «фабрику» продукування нових віріонів, а згодом руйнують її, помірні фаги мають вибір: за сприятливих умов вони розвиваються літичним шляхом, тобто поводять себе схоже до вірулентних, а за нестачі енергетичних ресурсів може реалізуватись інший — лізогенний шлях розвитку, коли фаг перетворюється у латентну «дрімаючу» форму — . За певних умов профаг може активуватись і переходити до літичного розвитку, такий перехід називається .
Під час інфікування кишкової палички бактеріофаг спочатку адсорбується на її поверхні, після чого вводить у цитоплазму свою ДНК. У клітині відбувається експресія невеликої частини вірусних генів, необхідних для прийняття рішення, яким шляхом слід розвиватись. Якщо фаг «вибрав» літичний шлях, більшість його генів активуються, і приблизно за 45 хвилин у бактерії збирається близько 100 нових віріонів, які виходять в середовище руйнуючи клітину живителя.
Натомість під час лізогенного розвитку вірусна ДНК вбудовується у бактерійну хромосому, перетворюючи таку клітину на лізогенну (тобто таку, що за певних умов може стати причиною лізису інших клітин у культурі). Після цього із всього вірусного геному експресується тільки один ген — білка репресора, який пригнічує роботу решти генів. Під час кожного циклу реплікації бактерійної ДНК реплікується і профаг, і кожна дочірна клітина отримує свою копію. У такому стані бактеріофаг лямбда може перебувати необмежений час. Лізогенізація клітини має ще один наслідок: через те, що в її цитоплазмі завжди є певний рівень білка-репресора, вона не може повторно інфікуватись фагом того ж типу.
Спонтанна індукція профага, тобто його перехід до літичного розвитку, є дуже рідкісною подією, і відбувається приблизно в одній із мільйона лізогенних клітин; цим пояснюється низький рівень вірусних частинок у лізогенних культурах. Проте частоту індукції можна підвищити майже до 100% шляхом опромінення бактерій невеликою дозою ультрафіолету. В такому разі в клітинах вмикається , покликана забезпечити репарацію пошкоджень ДНК. Білок-репресор реагує на запуск SOS-відповіді в клітині самознищенням, що має наслідком дерепресію інших генів фага, вирізання () його геному із бактерійної хромосоми, та запуск літичного розвитку. З еволюційної точки зору це «розумне» рішення, оскільки SOS-відповідь може означати, що клітина живитель має серйозні неприємності, і краще її покинути.
Літичний розвиток
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWxMMlU1TDB4aGJXSmtZVjlqYjJobGMybDJaVjlsYm1SekxuTjJaeTh5TlRCd2VDMU1ZVzFpWkdGZlkyOW9aWE5wZG1WZlpXNWtjeTV6ZG1jdWNHNW4ucG5n.png)
Адсорбція фага λ на поверхні клітини кишкової палички відбувається завдяки взаємодії білка на кінчику хвостового відростка та поверхневого білка бактерії. Після успішного приєднання фаг вводить свою лінійну ДНК у цитоплазму клітини живителя, де вона замикається у кільце: між комплементарними нуклеотидами «липких кінців» утворюються водневі зв'язки, а однониткові розриви «зашиваються» ДНК-лігазами. Ділянка, що утворюється внаслідок перекривання називається cos-ділянкою, від англійського cohesive ends.
Експресія ранніх генів
Наступною подією в циклі розвитку фага λ є розпізнавання його «ранніх» промоторів PR (правого) та PL (лівого) РНК-полімеразами живителя, які розпочинають транскрипцію. Утворені транскрипти зовсім короткі, оскільки РНК-полімерази, невдовзі по завершенню зчитування одного гена в кожному напрямку натрапляють на термінаторні ділянки (tR і tL), тому на цьому етапі експресуються тільки два так звані передранні або «негайні ранні» гени: N з лівого промотора і (англ. control of repressor and other genes) — з правого.
Продукт гену N працює як : разом із чотирма бактерійними білками він зв'язується із РНК-полімеразою і модифікує її таким чином, що вона набуває здатності проходити термінаторні ділянки і продовжувати транскрипцію. Модифікуватись може не будь-яка клітинна РНК-полімераза, а тільки та, що зв'язана із спеціальною послідовністю вірусної ДНК — nut (від англ. N utilization). Такі ділянки у геномі фага λ є тільки в двох місцях — перед термінатором tL лівого оперона та перед термінатором tR правого оперона, тому модифікації зазнають саме ті РНК-полімерази, які почали транскрипцію вірусної ДНК. Після цього відбувається експресія всіх генів, що входять до складу ранніх оперонів, найважливішими з них є O та P, які забезпечують реплікацію ДНК.
Спочатку реплікація ДНК відбувається за (двокерункова реплікація), який забезпечує утворення кільцевих молекул ДНК. Приблизно на 12 хвилину механізм змінюється на , внаслідок чого синтезуються довгі лінійні молекули, що складаються із великої кількості послідовно сполучених копій вірусного геному. Такі молекули називаються і є підходящим субстратом для пакування у фагові голівки.
Експресія пізніх генів
Більшість інших білкових продуктів ранніх генів виконують допоміжні функції або беруть участь у виборі літичного або лізогенного шляху розвитку. Один із них необхідний для запуску експресії пізніх генів — білок Q. Схоже до продукту гену N, він виконує роль антитермінатора, хоча біохімічні механізми дії цих білків дещо різні. Пізня транскрипція розпочинається зі промотора PR' пізнього оперона. Цей промотор належить до сильних, тому РНК-полімерази приєднуються до нього відразу після потрапляння вірусної ДНК в клітину, проте транскрипція відразу ж і припиняється, оскільки безпосередньо за PR' міститься термінаторна ділянка. Продукт гену N, не може «розблокувати» транскрипцію в цьому місці, через те, що перед термінатором нема ділянки nut, але наявна послідовність, яка дозволяє білку Q здійснити антитермінацію.
Одночасно внаслідок експресії ранніх генів у клітині накопичується білок . Коли його рівень досягає критичного значення, він блокує подальшу транскрипцію власного та інших ранніх генів, оскільки до того часу їхні продукти вже синтезовані в достатній кількості.
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHhMekZtTDB4NWRHbGpYMk41WTJ4bFgyVjRjSEpsYzNOcGIyNHVjM1puTHpZMU1IQjRMVXg1ZEdsalgyTjVZMnhsWDJWNGNISmxjM05wYjI0dWMzWm5MbkJ1Wnc9PS5wbmc=.png)
Пізній оперон містить 26 генів: білків, що складають голівку, хвостовий відросток і бокові нитки віріона, а також ферменти, необхідні для лізису бактерії. Голівки і хвостики збираються окремо в цитоплазмі клітини-живителя. У кожну голівку запаковується по одній копії вірусного геному, які відрізаються від конкатамеру в ділянці cos, внаслідок чого формуються «липкі кінці». Після цього голівки та хвостики з'єднуються, формуючи зрілі інфекційні вірусні частинки, що накопичуються у цитоплазмі. Паралельно в бактерії синтезується білок (продукт гену R) та голін (продукт гену S), коли рівень останнього достатньо піднімається, він формує у мембрані клітини пори, що дозволяють ендолізину вийти у периплазматичний простір. Там цей фермент проявляє свою активність і розщеплює муреїн клітинної стінки кишкової палички. Позбавлена опори клітинної стінки бактерія розривається від осмотичного шоку, а вірусні частинки виходять у середовище, готові інфікувати нові клітини.
Вибір між літичним та лізогенним шляхом
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODFMelUzTDB4aGJXSmtZVjlrWldOcGMybHZiaTV6ZG1jdk1qTXdjSGd0VEdGdFltUmhYMlJsWTJsemFXOXVMbk4yWnk1d2JtYz0ucG5n.png)
Передрання та рання транскрипція відбувається однаково, незалежно від того, який шлях розвитку обере фаг λ. Здійснення вибору відбувається на рівні (сі два), що експресується в складі правого оперону після антитермінації білком N; також в цьому процесі задіяний білок CIII (сі три), що входить до складу лівого оперону. Білок CII можна вважати «сенсором середовища», оскільки він відповідає за сприйняття умов всередині клітини живителя. Одночасно він є транскрипційним фактором. Коли концентрація CII в клітині досягає потрібного рівня, він активує експресію генів із двох промоторів: PRE (англ. promoter for repressor establishment) та PI. Обидва промотори є слабкими, і не можуть вмикатись без допомоги CII. Транскрипція, що починається із PRE іде вліво через ген cro (але білок Cro при цьому не утворюється, через те, що ген орієнтований вправо), до гена cI, внаслідок експресії якого утворюється активний білок-репресор, який згодом пригнічує експресію всіх інших генів. PI забезпечує синтез інтегрази, яка відповідає за вбудовування фагового геному до бактерійної хромосоми. Таким чином встановлюється лізогенія.
Рівень білка CII залежить від активності бактерійної протеази FtsH (продукт гену hflB (англ. high-frequency lysogenization by phage λ)), яка його швидко розщеплює. Якби фермент Hfl був постійно активний в клітині, фаг ніколи не зміг би перейти до лізогенії. Проте рівень Hfl регулюється сигнальною молекулою цАМФ: чим вищий в клітині вміст цАМФ, тим нижча активність протеази. Зазвичай багато цАМФ містять клітини, що голодують, в такому випадку активність протеаз падає, відбувається накопичення CII, який переводить клітину на лізогенний шлях. Крім того, накопиченню CII сприяє білок CIII, що пригнічує активність Hfl.
Концентрація CII також залежить від кількості фагів, які одночасно інфікують клітину. Чим більше копій вірусної ДНК потрапляє в бактерію, тим більше відповідно буде синтезуватись CII і CIII, що спрямовуватиме фаг до лізогенного розвитку. Біологічний зміст такої регуляції полягає в тому, що інфікування великою кількістю фагів явно вказує на переважання чисельності вірусів над бактеріями, а отже нові фагові частинки, швидше за все, не зможуть знайти собі незаражену «жертву». В такому випадку вигідніше перейти в латентний стан профага.
«Перемикач» генів
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODBMelEwTDBkbGJtVjBhV05mYzNkcGRHTm9YME5KTG5OMlp5OHlNekJ3ZUMxSFpXNWxkR2xqWDNOM2FYUmphRjlEU1M1emRtY3VjRzVuLnBuZw==.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODFMelZpTDBkbGJtVjBhV05mYzNkcGRHTm9YME55Ynk1emRtY3ZNak13Y0hndFIyVnVaWFJwWTE5emQybDBZMmhmUTNKdkxuTjJaeTV3Ym1jPS5wbmc=.png)
Дія сенсора середовища фага лябда, білка CII, зводиться в кінцевому результаті до того, що він регулює вміст в клітині двох факторів транскрипції — CI і , а ці два білки в свою чергу забезпечують перемикання генів. Місцем їх дії є промоторно-операторні ділянки правого та лівого ранніх оперонів, особливо важливе значення має ділянка ORPRMPR. Ця послідовність складається із наступних елементів:
- PRM (англ. promoter for repressor maintenance) — повернутий вліво промотор, з якого транскрибується ген репресора;
- PR — промотор правого оперона, повернутий вправо;
- OR — операторна ділянка, що складається із трьох окремих послідовностей: OR1, яка перекривається тільки із промотором PR, OR3, яка перекривається тільки з промотором PRM, і OR2, що перекривається з обома промоторами, але розташована на одну пару нуклеотидів ближче до PR.
Кожен із білків CI та Cro мають різну спорідненість до послідовностей правого оператора: білок репресор найбільш ефективно зв'язується із OR1, а до OR2 і OR3 має однакову і нижчу спорідненість, Cro навпаки найбільш споріднений до OR3, і менше — до OR2 і OR1.
Розглянемо ситуацію, коли у клітині високий вміст білка-репресора: спершу він приєднається до ділянки OR1 і закриє правий промотор, через що РНК-полімераза не зможе розпочати транскрипцію гену cro. В цьому і полягає основна функція CI — пригнічувати експресію інших генів. Але наслідки зв'язування білка CI не обмежуються тільки репресією правого оперону, одночасно він сприяє другої молекули CI до OR2. Лямбда-репресор у цьому положенні вже діє не як репресор, а як активатор, і стимулює він експресію власного гену: приєднаний до OR2 він не закриває промотор PRM, а латерально контактує із РНК-полімеразою і сприяє її приєднанню, а отже і транскрипції, з PRM. Для третьої молекули CI кооперативного ефекту не спостерігається, тому ділянка OR3 заповнюється білком-репресором, тільки тоді коли його концентрація стає дуже високою. В такому випадку репресор пригнічуватиме і власний ген, через що його рівень знижуватиметься допоки він не звільнить ділянку OR3. Така регуляція за механізмом негативного зворотного зв'язку необхідна для підтримання сталої концентрації лямбда-репресора: достатньої для того, щоб не допустити експресії інших генів, і не зависокої, щоб у фага залишилась можливість перейти до літичного розвитку.
Якщо ж у клітині багато білка Cro, то він в першу чергу займе ділянку OR3, перешкоджаючи приєднанню РНК-полімерази до PRM і виключаючи таким чином можливість накопичення репресора. У випадку Cro ніякого кооперативного ефекту не спостерігається, тому для приєднання другої молекули до OR2 потрібна значно вища концентрація білка. На відміну від CI Cro в положенні OR2 не стимулює експресію власного гену, а навпаки — пригнічує. Це пов'язано із тим, що Cro не має ділянки для взаємодії з РНК-полімеразою, а також із тим, що OR2 розташований ближче до PR ніж до PRM, через що будь-який транскрипційний фактор, чи то CI, чи Cro, приєднуючись до нього перешкоджатимуть зв'язуванню РНК-полімерази із PR. Отже, коли в клітині накопичується достатня кількість Cro він «виключає» роботу раннього правого оперону. Таке явище спостерігається на пізній стадії літичного розвитку, коли нарепліковано вже достатньо копій вірусного геному, і необхідно перевести клітину на виробництво білків капсиду.
Схожим чином Cro і CI впливають на промоторно-операторну ділянку лівого оперну.
Індукція профага
Перехід від латентного стану профага до літичного розвитку спонтанно відбувається дуже рідко, проте якщо на лізогенізовану клітину подіяти ультрафіолетовим випромінюванням або іншим агентом, що пошкоджує ДНК, частота індукції різко зростає. Це пов'язано з тим, що за таких умов активується E.coli, тобто серія подій, спрямованих на екстрену репарацію ДНК і зупинку поділу клітини. У запуску SOS-відповіді важливу роль відіграє білок , що за звичайних умов бере участь у генетичній рекомбінації, а після пошкодження ДНК перетворюється в активну форму Rec* і набуває здатності активувати автокаталітичне розщеплення бактерійного репресора . Функція LexA полягає у пригніченні експресії генів, необхідних для SOS-репарації, отже для індукції SOS-відповіді цей білок необхідно інактивувати. Через те що LexA дуже схожий за структурою до лямбда-репресора, RecA* активує протеоліз не тільки першого, а й другого, а отже після пошкодження ДНК бактерії відбувається дерепресія генів фага лямбда. Починається експресія ранніх генів; до білків, що синтезуються, зокрема належать продукти генів int та xis, необхідні для вирізання профага з бактеріальної хромосоми. Після цього починається повноцінний літичний розвиток, який закінчується збиранням великої кількості фагових частинок, що лізуючи клітину живителя, виходять в середовище.
Інтеграція та ексцизія вірусної ДНК
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWlMMkppTDBsdWRHVm5jbUYwYVc5dVgyVjRZMmx6YVc5dUxuTjJaeTh5TlRCd2VDMUpiblJsWjNKaGRHbHZibDlsZUdOcGMybHZiaTV6ZG1jdWNHNW4ucG5n.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWxMMlZqTDBsdWRGOTRhWE5mY21WbmRXeGhkR2x2Ymk1emRtY3ZNalV3Y0hndFNXNTBYM2hwYzE5eVpXZDFiR0YwYVc5dUxuTjJaeTV3Ym1jPS5wbmc=.png)
В інтегарції та вирізанні (ексцизії) вірусної ДНК із бактерійної хромосоми беруть участь два білки — інтеграза (продукт гену int) та білок (продукт гену xis). Для вбудовування необхідна тільки інтеграза, що забезпечує , тоді як ексцизія потребує наявності обидвох факторів. Синтез цих двох білків повинен регулюватись таким чином щоб під час літичного розвитку рівень Xis завжди перевищував рівень Int, під час переходу до лізогенного розвитку в клітині навпаки було більше Int, а під час індукції профага концентрація обидвох білків була приблизно рівною.
Регуляція експресії int і xis під час літичного розвитку
Гени int і xis розміщені поруч у геномі фага лямбда; під час літичного розвитку їх експресія відбувається внаслідок активації транскрипції з лівого промотора PL. Пройшовши ген int, РНК-полімераза продовжує транскрипцію до початку ділянки sib, де розташований термінатор (обернений повтор, який зумовлює формування в структурі мРНК), але оскільки вона модифікована антитермінатором N, то пропускає цей термінатор і прочитує всю ділянку sib. Через це у транскрипті формується «перервана» шпилька, в утворенні якої бере участь не тільки послідовність, зчитана із термінатора, а й послідовності справа і зліва від неї. Дана структура розпізнається ферментом , що починає деградацію РНК із кінця з перерваною шпилькою. Оскільки ген int розташований ближче до цього кінця, то він руйнується швидше ніж xis, а отже в клітині завжди буде синтезуватись більше ексцизіонази, ніж інтегрази, і вірусна ДНК не зможе вбудуватись у бактерійну. Така регуляція експресії генів, яка забезпечується елементами, розташованими нижче по ходу транскрипції, ніж самі , називається ретрорегуляцією.
Регуляція експресії int і xis під час встановлення лізогенії
Під час встановлення лізогенії положення генів int і xis, а також ділянки sib, таке ж як і під час літичного розвитку, і все ж вірусу вдається отримати більше інтегрази ніж Xis. Це пояснюється тим, що після вибору фагом лізогенного розвитку експресія генів, необхідних для інтеграції, відбувається не з промотора PL, а з промотора PI, що активується високим рівнем білка CII у клітині. Оскільки PI розташований всередині гену xis, то транскрибується не весь цей ген, через що функціональний продукт утворюватись не може. Окрім того, збільшенню концентрації інтегрази сприяє те, що антитермінатор N модифікує РНК-полімеразу, яка починає транскрипцію із PL, але не ту, яка стартує із PI, а отже остання зупиниться на термінотрній ділянці на початку sib, тому мРНК матиме стабільний кінець без перерваної шпильки і не деградуватиметься РНКазою. Таким чином під час встановлення лізогенії забезпечується високий рівень інтегрази, яка здійснюватиме вбудовування вірусного геному у бактерійну ДНК.
Механізм інтеграції
Інтеграція геному фага лябмда в бактерійну ДНК відбувається на основі механізму сайт-специфічної рекомбінації, яку забезпечує вірусна інтеграза разом і клітинним мультимерним комплексом (англ. inegration host factor). Рекомбінація відбувається між ділянкою attB (англ. bacteria attachment) у ДНК вірусу та ділянкою attP (англ. phage attachment), що лежить між (gal) та (bio) оперонами у геномі кишкової палички. Обидві ділянки attP та attB мають спільну п'ятнадцятинуклеотидну кóрову послідовність, із нею перекриваються два сайти приєднання інтегрази. Окрім того attP простягається ще на ~150 п.н. вверх (англ. upstream) від кору і на ~90 п.н вниз (англ. downstream), де містяться додаткові місця зв'язування інтегрази, а також IHF. Комплекс інегрази, IHF, attB та attP називається інтасомою. Всі елементи в інтасомі розташовані таким чином, що забезпечують успішну рекомбінацію, внаслідок якої вірусний геном перетворюється у лінійний , на кінцях якого розташовані ділянки attL (англ. attachment site on the left) та attR (англ. attachment site on the right).
Регуляція експресії int і xis під індукції профага та ексцизія
Під час індукції профага у клітині руйнується репресор, внаслідок чого починається транскрипція із промотора PL, експресуються в тому числі і гени int та xis, аналогічно і як під час літичного розвитку. Тільки у випадку індукції профага синтезується рівна кількість інтегрази і Xis. Ретрорегуляція не спрацьовує саме тому, що вірусний геном тепер лінійний і вбудований у бактерійну ДНК, а оскільки ген int і ділянка xis знаходились по різні сторони від attB, то після інтеграції вони опинились на різних кінцях профага. Отже здійнсюючи транскрипцію лівого оперну РНК-полімераза не наткнеться на sib, в РНК не сформується перерваної шпильки і вона не руйнуватиметься нуклеазами.
Після накопичення достатньої клількості інтегрази та ексцизіонази в клітині вони разом із клітинним фактором IHF приєднуються до attL та attR і каталізують рекомбінацію зворотну до тої, що відбувалась під час інтеграції. Внаслідок ексцизії відтворюються сайти attP та attB, а вірусна ДНК переходить у кільцеву форму.
Лізогенна конверсія
Коли помірний фаг лізогенізує клітину, її фенотип може змінюватись; це явище називається . Найяскравішим прикладом лізогенної конверсії у випадку фага лямбда є те, що профаг забезпечує лізогенізованій клітині кишкової палички імунітет до суперінфекції, тобто повторного зараження, новими вірусними частинками фага лямбда. Після того як один вірус лізогенізував бактерію, інші не зможуть розмножуватись в ній ні літичним, ні лізогенним шляхом, через те що така клітина містить відносно високу концентрацію лямбда-репресора. Репресор зв'язуватиметься із операторними ділянками правого і лівого оперону суперінфікуючої вірусної ДКН, не допускаючи будь-якої експресії генів. Профаг також захищає E.coli від інфікування бактеріофагом T4 з мутацією , за це відповідає білок продукт гену rex, розташованого в одному опероні із cI.
В інших, значно рідкісніших випадках фенотип бактерії може змінюватись внаслідок (спеціалізованої трансдукції), під час якої фаг вбудовує в клітинну ДНК не тільки власний геном, а й ділянку геному попереднього живителя. Це може відбутись тоді, коли під час індукції профага ексцизія відбулась помилково: вирізана ділянка потрібної довжини, але зсунута вправо або вліво, внаслідок чого до складу ДНК, що пакуватиметься у вірусну голівку потрапила частина генів галактозного, рідше біотинового, оперонів кишкової палички. Якщо вірус, який містить гени галактозного оперону — λgal, — лізогенізує мутантну клітину gal -, нездатну засвоювати галактозу, то її фенотип повернеться до дикого типу.
Через те, що вірус, який утворюється внаслідок помилкової ексцизії, втрачає частину своїх власних генів, він не здатний проходити повноцінний літичний розвиток. Такі бактеріофаги називаються дефектними і здатні розмножуватись тільки у присутності іншого «допоміжного» фага, який може забезпечити функції, котрих бракує.
Еволюція λ-подібних фагів
Незабаром після відкриття фага λ було знайдено інші бактеріофаги, що мають таку ж організацію геному і можуть рекомбінувати з фагом λ, даючи початок функціональним гібридам. Цю групу вірусів називають або λ-подібними фагами, до неї зокрема належать фаги phi80, P22, 434, HK97, 21, 82, 933W, HK022 та інші. Геноми багатьох із них було повністю секвеновано, проте, це не дозволило встановити справжніх філогенетичних зв'язків між ними. Хоча всі лямбдоїдні фаги, безперечно, еволюційно споріднені, визначити наскільки далеко кожен із них дивергував від спільного предка видається неможливим. Попарне порівняння кількох генів двох видів фагів дає суперечливі результати: наприклад, порівняння послідовностей гену cro може показати, що вони близькоспоріднені, в той час як при порівнянні сусіднього гену можна зробити висновок, що це еволюційно далекі види.
Така невідповідність результатів при порівнянні різних генів пояснюється тим, що в еволюції помірних фагів дуже велику роль відіграє горизонтальне перенесення генів. Воно відбувається внаслідок — обміну ділянками ДНК із різними послідовностями, що може відбуватись між геномами двох бактеріофагів, які інфікували одну клітину. Незважаючи не те, що негомологічна рекомбінація — це помилковий процес, і відбувається вона досить рідко, а більшість її продуктів є абсолютно нежиттєздатними, у величезній популяції бактеріофагів біосфери все ж відбуваються вдалі обміни генами, що дають початок цілком функціональним «мозаїкам». Такими мозаїками, складеними із послідовностей ДНК з різною еволюційною історією, і є лямбдоїдні фаги.
Горизонтальне перенесення генів за участі помірних фагів, відіграє важливу роль не тільки в їх власній еволюції, а й в еволюції їхніх живителів.
Використання
Здатність фага лямбда здійснювати спеціалізовану трансдукцію свого часу широко використовувалась для дослідження та оперонів E.coli. Пізніше, із розвитком методів рекомбінантних ДНК, таке застосування відійшло на задній план, проте накопиченні знання були використані для конструювання векторів для клонування ДНК на основі фага λ. Ці вектори можна розглядати як віруси, здатні до спеціалізованої трансдукції, проте набір генів, які вони переносять, не обмежений тими, що лежать поблизу профага в геномі лізогенізованої кишкової палички, а можуть бути фактично будь-якими (не враховуючи обмежень в розмірі).
λ-вектори
Фаг лямбда широко використовується з метою конструювання векторних молекул для клонування генів у клітинах E.coli. У λ-базований вектор вводять ДНК, яку необхідно клонувати, після цього рекомбінантна молекула пакується у фагову голівку. Коли збирання вірусних частинок завершується, ними інфікують клітини E.coli. Цей процес значно ефективніший ніж, наприклад, трансформація бактерій плазмідами. Віруси розмножуються в культурах у вигляді «негативних колоній» (зон лізису), із яких згодом можна виділити необхідну ДНК.
У фагову голівку може запаковуватись тільки ДНК розміром 78—105% від оригінального вірусного геному (37—51 т.п.н.), тому щоб «звільнити місце» для клонованого гену, з ДНК вірусу видаляють ділянки, несуттєві для літичного розвитку. Навіть після цього розмір клонованого фрагменту може коливатись тільки в межах 5—25 т.п.н. З іншого боку, обмеження в довжині ДНК, яка може пакуватись у голівки, може бути використане для селекції рекомбінантних молекул на основі розміру: надто малі молекули, в яких не відбулось включення бажаної ділянки, не ввійдуть до складу вірусних частинок.
Геном фага лябмда містить по кілька сайтів розпізнавання для майже кожної із ендонуклеаз рестрикції, які широко використовуються. Під час розробки векторів ці ділянки вилучають, і залишають тільки одну (у векторах включення, λgt10) або дві (у векторах заміщення, наприклад λEMBL4).
Зараз розроблена велика кількість векторів на основі геному фага λ, призначених для різних потреб, частина із них, наприклад Charon 4A використовується для створення геномних бібліотек.
Косміди
Інший підхід до використання фага лямбда для клонування генів, який дозволяє зменшити обмеження у розмірі клонованої ділянки, але зберегти високу ефективність інфікування, полягає у конструюванні космід. Косміди — це плазміди, що містять ділянку cos фага λ, окрім того, як всі плазміди, вони мають для реплікації в клітині бактерії і . Косміди, що містять клонований ген, пакуються у вірусні голівки, і вводяться в клітину як нормальна фагова ДНК, проте далі інфекція не іде, через те, що рекомбінантна молекула не містить жодного із генів, необхідних для літичного розвитку. Використання космід дозволяє клонувати ділянки ДНК розміром 32-47 т.п.н. Їх також часто використовують для створення геномних бібліотек.
Джерела
- Streips UN, Yasbin RE (2002). Modern Microbial Genetics (вид. 2nd). Willey-Liss, Inc. ISBN .
- Sanger F, Coulson AR, Hong GF, Hill DF, Petersen GB (1982). Nucleotide sequence of bacteriophage lambda DNA. Journal of Molecular Biology. 162 (4): 729—773. doi:10.1016/0022-2836(82)90546-0. PMID 6221115.
- A Genetic Switch, Third Edition [ 2010-04-04 у Wayback Machine.] рецензія на сайті навчальних матеріалів
- Information about bacteriophage Lambda [ 25 травня 2012 у Wayback Machine.] на сайті American Society for Microbiology
- Пташне М (1988). Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг λ. Москва: Мир. ISBN .
- Enterobacteria phage lambda, complete genome
- Tamarin RH (2001). Principles of Genetics (вид. 7th). Mcgraw-Hill. ISBN .
- Nichols BP, Donelson JE (1978). 178-Nucleotide sequence surrounding the cos site of bacteriophage lambda DNA. Journal of Virology. 26 (2): 429—34. PMID 666898.
- Gehring K, Charbit A, Brissaud E, Hofnung M (1987). Bacteriophage lambda receptor site on the Escherichia coli K-12 LamB protein. Journal of Bacteriology. 169 (5): 2103—6. PMID 2952637.
- Shotland Y, Shifrin A, Ziv T, Teff D, Koby S, Kobiler O, Oppenheim AB (2000). Proteolysis of Bacteriophage λ CII by Escherichia coli FtsH (HflB). Journal of Bacteriology. 182(11): 3111—3116. doi:10.1128/JB.182.11.3111-3116.2000. PMID 10809689.
- Primrose S.B., Twyman R.M., Old R.W. (2002). Principles of Gene Manipulation (вид. 6th). Wiley-Blackwell. ISBN .
- Reece RJ (2004). Analysis of Genes and Genomes. John Wiley & Sons. ISBN .
Література
- Тоцький В.М. Генетика. — 2-ге вид. — Одеса : Астропринт, 2002. — 712 с. — .
- Сиволоб А.В., Рушковський С.Р., Кир’яченко С.С. та ін. Генетика: підручник. — Київ : ВПЦ "Київський університет", 2008. — 320 с. — ISBN 975-966-439-108-2.
- Ptashne M. A Genetic Switch. — Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2004. — .
- Calendar LC, ред. (2005). The Bacteriophages (вид. 2nd). Oxford University Press. ISBN . розділ «Phage Lambda and its Genetic Neighborhood» Hendrix R., Casjens S.
- Friedman DI, Court DL (2001). Bacteriophage lambda: alive and well and still doing its thing. Current Opinion in Microbiology. 4 (4): 201—7. doi:10.1016/S1369-5274(00)00189-2. PMID 11282477.
Корисні посилання
- Геном фага λ(англ.)
- Анімація, що відображає літичний розвиток фага лямбда
Ця стаття належить до української Вікіпедії. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Fag lyambda Zoni lizisu na kulturi klitin E coli sprichinenni zarazhennyam fagom lyambda Klasifikaciya virusiv Grupa Grupa I Carstvo Virusi Ryad Caudovirales Rodina Rid Vid l phage Posilannya Vikishovishe Lambda phage EOL 46699559 NCBI 10710 Fag l bakteriofag l kolifag l pomirnij bakteriofag kishkovoyi palichki Escherichia coli Modelnij organizm genetiki molekulyarnoyi biologiyi ta biologiyi bakteriofagiv U zhittyevomu cikli fag lyambda povinen zrobiti odin velikij vibir yakim shlyahom jomu rozvivatis litichnim za yakogo klitina zhivitel programuyetsya na virobnictvo novih fagovih chastinok a zgodom gine vivilnyayuchi v seredovishe virusne potomstvo chi lizogennij sho polyagaye u vbudovuvanni fagovogo genomu v hromosomu bakteriyi de vin mozhe perebuvati trivalij chas i peredavatis nastupnim pokolinnyam E coli Cej vibir zdijsnyuyetsya na osnovi vidnosno prostogo mehanizmu peremikannya geniv sho zrobilo fag lyambda zruchnim ob yektom dlya vivchennya regulyaciyi gennoyi ekspresiyi Cej virus ye odnim iz najbilsh detalno vivchenih zhivih organizmiv na Zemli Yak i bud yakij pomirnij bakteriofag fag l zdatnij do specializovanoyi transdukciyi perenesennya geniv odniyeyi klitini zhivitelya do inshoyi Cya jogo vlastivist dozvolila vikoristati fag l z metoyu konstruyuvannya odnih iz pershih vektornih molekul dlya klonuvannya geniv Yih vdoskonaleni versiyi vikoristovuyutsya genetikami i molekulyarnimi biologami i dosi Istoriya doslidzhennyaEster ta Dzhoshua Lederbergi mikrobiologi sho vidkrili fag l Mark Ptashne biohimik sho vpershe vidiliv lyambda represor Bakteriofag l buv vidkritij vipadkovo 1951 roku Dzhoshua ta Ester Lederbergami pid chas doslidzhen kon yugaciyi bakterij E coli Shtam K12 yakij voni vikoristovuvali mistit u svoyij DNK vbudovanij drimayuchij genom faga lyambda Lederbegri indukuvali mutagenez u klitinah kishkovoyi palichki dlya togo shob otrimati auksotrofnih mutantiv Odin iz oderzhanih mutantnih shtamiv vtrativ lyambda i cherez ce stav chutlivij do povtornoyi infekciyi Cej shtam viroshuvali razom iz inshim auksotrofnim mutantom shob z yasuvati chi mozhut voni dopovnyuvati harchovi potrebi odne odnogo Doslidniki otrimali nespodivanij rezultat odin iz shtamiv toj sho vtrativ profaga zarazivsya bakteriofagom vid inshogo i buv lizovanij Fag lyambda stav vazhlivim ob yektom doslidzhen v pershu chergu cherez te sho vin parazituye na inshomu modelnomu organizmi kishkovij palichci Vzhe cherez kilka rokiv pislya jogo vidkrittya stavsya spravzhnij bum eksperimentiv u yakih vikoristovuvavsya cej organizm Pershi mutanti faga lyambda buli otrimani Dejlom Kajzerom Dale Kaiser todi postdokom Pasterivskogo institutu v seredini 1950 ih rokiv Ce buli mutanti sho viklikali formuvannya v kulturi E coli chistih zon lizisu v toj chas yak fagi dikogo tipu sprichinyuvali poyavu zon yaki buli mutnimi cherez rozmnozhennya lizogenizovanih klitin Kajzer vstanoviv sho fagi mogli vtrachati zdatnist rozmozhuvatis lizogennim shlyahom cherez mutaciyu v odnomu iz troh geniv i nazvav yih cI cII ta cIII c vid angl clear chistij V podalshih eksperimentah bulo z yasovano sho gen cI vidpovidav za pevnu represivnu spoluku yaka zabezpechuvala prignichennya profaga ta imunitet do superinfekciyi Priblizno cherez desyatilittya Mark Ptashne spivrobitnik Garvardskogo universitetu vidiliv cyu represivnu spoluku i doviv sho ce bilok Razom iz kolegami vin postaviv veliku kilkist biohimichnih eksperimentiv v hodi yakih buv vstanovlenij mehanizm vzayemodiyi lyambda represora iz DNK Nastupni doslidi provedeni v laboratoriyah po vsomu svitu dozvolili z yasuvati mehanizm prijnyattya rishennya bakteriofagom lyambda Osoblivoyi uvagi sered nih zaslugovuyut doslidi Luyisa Rejchardta Louis Reichadrt aspiranta Dejla Kajzera yakij vstanoviv funkciyi bilka CII ta promotora PRE Fag lyambda buv odnim iz pershih virusiv dlya genomu yakih bula vstanovlena povna nukleotidna poslidovnist Sekvenuvannya vidbuvalos pid kerivnictvom Frederika Sengera i zavershilos 1982 roku 1986 roku vijshlo drukom pershe vidannya monografiyi A Genetic Switch Peremikannya geniv Marka Ptashne yaka vvazhayetsya klasichnoyu praceyu v galuzi doslidzhen prisvyachenih regulyaciyi gennoyi aktivnosti BudovaBudova viriona faga lyambda Kilceva genomu faga lyambda Virion faga l skladayetsya iz ikosaedrichnoyi golivki diametrom blizko 50 nm ta hvostovogo vidrostka dovzhinoyu blizko 150 nm na kinci yakogo rozmisheni bokovi nitki dovzhinoyu 85 nm Usogo do skladu bilkovoyi obolonki faga vhodit blizko p yatnadcyati bilkiv sho koduyutsya virusnim genomom Spadkova informaciya predstavlena dvonitkovoyu linijnoyu DNK rozmirom 48502 p n z odnonitkovimi vzayemnokomplementarnimi lipkimi kincyami po 12 nukleotidiv U genomi faga l viyavleno 75 vidkritih ramok zchituvannya Zhittyevij ciklZhittyevij cikl faga lyambda Fag lyambda nalezhit do pomirnih bakteriofagiv Na vidminu vid virulentnih abo litichnih bakteriofagiv yaki pislya infekciyi obov yazkovo peretvoryuyut klitini na fabriku produkuvannya novih virioniv a zgodom rujnuyut yiyi pomirni fagi mayut vibir za spriyatlivih umov voni rozvivayutsya litichnim shlyahom tobto povodyat sebe shozhe do virulentnih a za nestachi energetichnih resursiv mozhe realizuvatis inshij lizogennij shlyah rozvitku koli fag peretvoryuyetsya u latentnu drimayuchu formu Za pevnih umov profag mozhe aktivuvatis i perehoditi do litichnogo rozvitku takij perehid nazivayetsya Pid chas infikuvannya kishkovoyi palichki bakteriofag spochatku adsorbuyetsya na yiyi poverhni pislya chogo vvodit u citoplazmu svoyu DNK U klitini vidbuvayetsya ekspresiya nevelikoyi chastini virusnih geniv neobhidnih dlya prijnyattya rishennya yakim shlyahom slid rozvivatis Yaksho fag vibrav litichnij shlyah bilshist jogo geniv aktivuyutsya i priblizno za 45 hvilin u bakteriyi zbirayetsya blizko 100 novih virioniv yaki vihodyat v seredovishe rujnuyuchi klitinu zhivitelya Natomist pid chas lizogennogo rozvitku virusna DNK vbudovuyetsya u bakterijnu hromosomu peretvoryuyuchi taku klitinu na lizogennu tobto taku sho za pevnih umov mozhe stati prichinoyu lizisu inshih klitin u kulturi Pislya cogo iz vsogo virusnogo genomu ekspresuyetsya tilki odin gen bilka represora yakij prignichuye robotu reshti geniv Pid chas kozhnogo ciklu replikaciyi bakterijnoyi DNK replikuyetsya i profag i kozhna dochirna klitina otrimuye svoyu kopiyu U takomu stani bakteriofag lyambda mozhe perebuvati neobmezhenij chas Lizogenizaciya klitini maye she odin naslidok cherez te sho v yiyi citoplazmi zavzhdi ye pevnij riven bilka represora vona ne mozhe povtorno infikuvatis fagom togo zh tipu Spontanna indukciya profaga tobto jogo perehid do litichnogo rozvitku ye duzhe ridkisnoyu podiyeyu i vidbuvayetsya priblizno v odnij iz miljona lizogennih klitin cim poyasnyuyetsya nizkij riven virusnih chastinok u lizogennih kulturah Prote chastotu indukciyi mozhna pidvishiti majzhe do 100 shlyahom oprominennya bakterij nevelikoyu dozoyu ultrafioletu V takomu razi v klitinah vmikayetsya poklikana zabezpechiti reparaciyu poshkodzhen DNK Bilok represor reaguye na zapusk SOS vidpovidi v klitini samoznishennyam sho maye naslidkom derepresiyu inshih geniv faga virizannya jogo genomu iz bakterijnoyi hromosomi ta zapusk litichnogo rozvitku Z evolyucijnoyi tochki zoru ce rozumne rishennya oskilki SOS vidpovid mozhe oznachati sho klitina zhivitel maye serjozni nepriyemnosti i krashe yiyi pokinuti Litichnij rozvitok Mehanizm ciklizaciyi DNK faga lyambda sho vidbuvayetsya zavdyaki nayavnosti lipkih kinciv Adsorbciya faga l na poverhni klitini kishkovoyi palichki vidbuvayetsya zavdyaki vzayemodiyi bilka na kinchiku hvostovogo vidrostka ta poverhnevogo bilka bakteriyi Pislya uspishnogo priyednannya fag vvodit svoyu linijnu DNK u citoplazmu klitini zhivitelya de vona zamikayetsya u kilce mizh komplementarnimi nukleotidami lipkih kinciv utvoryuyutsya vodnevi zv yazki a odnonitkovi rozrivi zashivayutsya DNK ligazami Dilyanka sho utvoryuyetsya vnaslidok perekrivannya nazivayetsya cos dilyankoyu vid anglijskogo cohesive ends Ekspresiya rannih geniv Nastupnoyu podiyeyu v cikli rozvitku faga l ye rozpiznavannya jogo rannih promotoriv PR pravogo ta PL livogo RNK polimerazami zhivitelya yaki rozpochinayut transkripciyu Utvoreni transkripti zovsim korotki oskilki RNK polimerazi nevdovzi po zavershennyu zchituvannya odnogo gena v kozhnomu napryamku natraplyayut na terminatorni dilyanki tR i tL tomu na comu etapi ekspresuyutsya tilki dva tak zvani peredranni abo negajni ranni geni N z livogo promotora i angl control of repressor and other genes z pravogo Produkt genu N pracyuye yak razom iz chotirma bakterijnimi bilkami vin zv yazuyetsya iz RNK polimerazoyu i modifikuye yiyi takim chinom sho vona nabuvaye zdatnosti prohoditi terminatorni dilyanki i prodovzhuvati transkripciyu Modifikuvatis mozhe ne bud yaka klitinna RNK polimeraza a tilki ta sho zv yazana iz specialnoyu poslidovnistyu virusnoyi DNK nut vid angl N utilization Taki dilyanki u genomi faga l ye tilki v dvoh miscyah pered terminatorom tL livogo operona ta pered terminatorom tR pravogo operona tomu modifikaciyi zaznayut same ti RNK polimerazi yaki pochali transkripciyu virusnoyi DNK Pislya cogo vidbuvayetsya ekspresiya vsih geniv sho vhodyat do skladu rannih operoniv najvazhlivishimi z nih ye O ta P yaki zabezpechuyut replikaciyu DNK Spochatku replikaciya DNK vidbuvayetsya za dvokerunkova replikaciya yakij zabezpechuye utvorennya kilcevih molekul DNK Priblizno na 12 hvilinu mehanizm zminyuyetsya na vnaslidok chogo sintezuyutsya dovgi linijni molekuli sho skladayutsya iz velikoyi kilkosti poslidovno spoluchenih kopij virusnogo genomu Taki molekuli nazivayutsya i ye pidhodyashim substratom dlya pakuvannya u fagovi golivki Ekspresiya piznih geniv Bilshist inshih bilkovih produktiv rannih geniv vikonuyut dopomizhni funkciyi abo berut uchast u vibori litichnogo abo lizogennogo shlyahu rozvitku Odin iz nih neobhidnij dlya zapusku ekspresiyi piznih geniv bilok Q Shozhe do produktu genu N vin vikonuye rol antiterminatora hocha biohimichni mehanizmi diyi cih bilkiv desho rizni Piznya transkripciya rozpochinayetsya zi promotora PR piznogo operona Cej promotor nalezhit do silnih tomu RNK polimerazi priyednuyutsya do nogo vidrazu pislya potraplyannya virusnoyi DNK v klitinu prote transkripciya vidrazu zh i pripinyayetsya oskilki bezposeredno za PR mistitsya terminatorna dilyanka Produkt genu N ne mozhe rozblokuvati transkripciyu v comu misci cherez te sho pered terminatorom nema dilyanki nut ale nayavna poslidovnist yaka dozvolyaye bilku Q zdijsniti antiterminaciyu Odnochasno vnaslidok ekspresiyi rannih geniv u klitini nakopichuyetsya bilok Koli jogo riven dosyagaye kritichnogo znachennya vin blokuye podalshu transkripciyu vlasnogo ta inshih rannih geniv oskilki do togo chasu yihni produkti vzhe sintezovani v dostatnij kilkosti Ekspresiya geniv faga lyambda pid chas litichnogo rozvitku Piznij operon mistit 26 geniv bilkiv sho skladayut golivku hvostovij vidrostok i bokovi nitki viriona a takozh fermenti neobhidni dlya lizisu bakteriyi Golivki i hvostiki zbirayutsya okremo v citoplazmi klitini zhivitelya U kozhnu golivku zapakovuyetsya po odnij kopiyi virusnogo genomu yaki vidrizayutsya vid konkatameru v dilyanci cos vnaslidok chogo formuyutsya lipki kinci Pislya cogo golivki ta hvostiki z yednuyutsya formuyuchi zrili infekcijni virusni chastinki sho nakopichuyutsya u citoplazmi Paralelno v bakteriyi sintezuyetsya bilok produkt genu R ta golin produkt genu S koli riven ostannogo dostatno pidnimayetsya vin formuye u membrani klitini pori sho dozvolyayut endolizinu vijti u periplazmatichnij prostir Tam cej ferment proyavlyaye svoyu aktivnist i rozsheplyuye mureyin klitinnoyi stinki kishkovoyi palichki Pozbavlena opori klitinnoyi stinki bakteriya rozrivayetsya vid osmotichnogo shoku a virusni chastinki vihodyat u seredovishe gotovi infikuvati novi klitini Vibir mizh litichnim ta lizogennim shlyahom Mehanizm zdijsnennya viboru yakim shlyahom rozvivatis litichnim chi lizogennim Peredrannya ta rannya transkripciya vidbuvayetsya odnakovo nezalezhno vid togo yakij shlyah rozvitku obere fag l Zdijsnennya viboru vidbuvayetsya na rivni si dva sho ekspresuyetsya v skladi pravogo operonu pislya antiterminaciyi bilkom N takozh v comu procesi zadiyanij bilok CIII si tri sho vhodit do skladu livogo operonu Bilok CII mozhna vvazhati sensorom seredovisha oskilki vin vidpovidaye za sprijnyattya umov vseredini klitini zhivitelya Odnochasno vin ye transkripcijnim faktorom Koli koncentraciya CII v klitini dosyagaye potribnogo rivnya vin aktivuye ekspresiyu geniv iz dvoh promotoriv PRE angl promoter for repressor establishment ta PI Obidva promotori ye slabkimi i ne mozhut vmikatis bez dopomogi CII Transkripciya sho pochinayetsya iz PRE ide vlivo cherez gen cro ale bilok Cro pri comu ne utvoryuyetsya cherez te sho gen oriyentovanij vpravo do gena cI vnaslidok ekspresiyi yakogo utvoryuyetsya aktivnij bilok represor yakij zgodom prignichuye ekspresiyu vsih inshih geniv PI zabezpechuye sintez integrazi yaka vidpovidaye za vbudovuvannya fagovogo genomu do bakterijnoyi hromosomi Takim chinom vstanovlyuyetsya lizogeniya Riven bilka CII zalezhit vid aktivnosti bakterijnoyi proteazi FtsH produkt genu hflB angl high frequency lysogenization by phage l yaka jogo shvidko rozsheplyuye Yakbi ferment Hfl buv postijno aktivnij v klitini fag nikoli ne zmig bi perejti do lizogeniyi Prote riven Hfl regulyuyetsya signalnoyu molekuloyu cAMF chim vishij v klitini vmist cAMF tim nizhcha aktivnist proteazi Zazvichaj bagato cAMF mistyat klitini sho goloduyut v takomu vipadku aktivnist proteaz padaye vidbuvayetsya nakopichennya CII yakij perevodit klitinu na lizogennij shlyah Krim togo nakopichennyu CII spriyaye bilok CIII sho prignichuye aktivnist Hfl Koncentraciya CII takozh zalezhit vid kilkosti fagiv yaki odnochasno infikuyut klitinu Chim bilshe kopij virusnoyi DNK potraplyaye v bakteriyu tim bilshe vidpovidno bude sintezuvatis CII i CIII sho spryamovuvatime fag do lizogennogo rozvitku Biologichnij zmist takoyi regulyaciyi polyagaye v tomu sho infikuvannya velikoyu kilkistyu fagiv yavno vkazuye na perevazhannya chiselnosti virusiv nad bakteriyami a otzhe novi fagovi chastinki shvidshe za vse ne zmozhut znajti sobi nezarazhenu zhertvu V takomu vipadku vigidnishe perejti v latentnij stan profaga Peremikach geniv Vpliv riznih koncentracij lyambda represora na transkripciyu iz promotoriv PRM ta PR koncentraciya zbilshuyetsya zverhu donizu Vpliv riznih koncentracij bilka Cro na transkripciyu iz promotoriv PRM ta PR koncentraciya zbilshuyetsya zverhu donizu Diya sensora seredovisha faga lyabda bilka CII zvoditsya v kincevomu rezultati do togo sho vin regulyuye vmist v klitini dvoh faktoriv transkripciyi CI i a ci dva bilki v svoyu chergu zabezpechuyut peremikannya geniv Miscem yih diyi ye promotorno operatorni dilyanki pravogo ta livogo rannih operoniv osoblivo vazhlive znachennya maye dilyanka ORPRMPR Cya poslidovnist skladayetsya iz nastupnih elementiv PRM angl promoter for repressor maintenance povernutij vlivo promotor z yakogo transkribuyetsya gen represora PR promotor pravogo operona povernutij vpravo OR operatorna dilyanka sho skladayetsya iz troh okremih poslidovnostej OR1 yaka perekrivayetsya tilki iz promotorom PR OR3 yaka perekrivayetsya tilki z promotorom PRM i OR2 sho perekrivayetsya z oboma promotorami ale roztashovana na odnu paru nukleotidiv blizhche do PR Kozhen iz bilkiv CI ta Cro mayut riznu sporidnenist do poslidovnostej pravogo operatora bilok represor najbilsh efektivno zv yazuyetsya iz OR1 a do OR2 i OR3 maye odnakovu i nizhchu sporidnenist Cro navpaki najbilsh sporidnenij do OR3 i menshe do OR2 i OR1 Rozglyanemo situaciyu koli u klitini visokij vmist bilka represora spershu vin priyednayetsya do dilyanki OR1 i zakriye pravij promotor cherez sho RNK polimeraza ne zmozhe rozpochati transkripciyu genu cro V comu i polyagaye osnovna funkciya CI prignichuvati ekspresiyu inshih geniv Ale naslidki zv yazuvannya bilka CI ne obmezhuyutsya tilki represiyeyu pravogo operonu odnochasno vin spriyaye drugoyi molekuli CI do OR2 Lyambda represor u comu polozhenni vzhe diye ne yak represor a yak aktivator i stimulyuye vin ekspresiyu vlasnogo genu priyednanij do OR2 vin ne zakrivaye promotor PRM a lateralno kontaktuye iz RNK polimerazoyu i spriyaye yiyi priyednannyu a otzhe i transkripciyi z PRM Dlya tretoyi molekuli CI kooperativnogo efektu ne sposterigayetsya tomu dilyanka OR3 zapovnyuyetsya bilkom represorom tilki todi koli jogo koncentraciya staye duzhe visokoyu V takomu vipadku represor prignichuvatime i vlasnij gen cherez sho jogo riven znizhuvatimetsya dopoki vin ne zvilnit dilyanku OR3 Taka regulyaciya za mehanizmom negativnogo zvorotnogo zv yazku neobhidna dlya pidtrimannya staloyi koncentraciyi lyambda represora dostatnoyi dlya togo shob ne dopustiti ekspresiyi inshih geniv i ne zavisokoyi shob u faga zalishilas mozhlivist perejti do litichnogo rozvitku Yaksho zh u klitini bagato bilka Cro to vin v pershu chergu zajme dilyanku OR3 pereshkodzhayuchi priyednannyu RNK polimerazi do PRM i viklyuchayuchi takim chinom mozhlivist nakopichennya represora U vipadku Cro niyakogo kooperativnogo efektu ne sposterigayetsya tomu dlya priyednannya drugoyi molekuli do OR2 potribna znachno visha koncentraciya bilka Na vidminu vid CI Cro v polozhenni OR2 ne stimulyuye ekspresiyu vlasnogo genu a navpaki prignichuye Ce pov yazano iz tim sho Cro ne maye dilyanki dlya vzayemodiyi z RNK polimerazoyu a takozh iz tim sho OR2 roztashovanij blizhche do PR nizh do PRM cherez sho bud yakij transkripcijnij faktor chi to CI chi Cro priyednuyuchis do nogo pereshkodzhatimut zv yazuvannyu RNK polimerazi iz PR Otzhe koli v klitini nakopichuyetsya dostatnya kilkist Cro vin viklyuchaye robotu rannogo pravogo operonu Take yavishe sposterigayetsya na piznij stadiyi litichnogo rozvitku koli nareplikovano vzhe dostatno kopij virusnogo genomu i neobhidno perevesti klitinu na virobnictvo bilkiv kapsidu Shozhim chinom Cro i CI vplivayut na promotorno operatornu dilyanku livogo opernu Indukciya profaga Perehid vid latentnogo stanu profaga do litichnogo rozvitku spontanno vidbuvayetsya duzhe ridko prote yaksho na lizogenizovanu klitinu podiyati ultrafioletovim viprominyuvannyam abo inshim agentom sho poshkodzhuye DNK chastota indukciyi rizko zrostaye Ce pov yazano z tim sho za takih umov aktivuyetsya E coli tobto seriya podij spryamovanih na ekstrenu reparaciyu DNK i zupinku podilu klitini U zapusku SOS vidpovidi vazhlivu rol vidigraye bilok sho za zvichajnih umov bere uchast u genetichnij rekombinaciyi a pislya poshkodzhennya DNK peretvoryuyetsya v aktivnu formu Rec i nabuvaye zdatnosti aktivuvati avtokatalitichne rozsheplennya bakterijnogo represora Funkciya LexA polyagaye u prignichenni ekspresiyi geniv neobhidnih dlya SOS reparaciyi otzhe dlya indukciyi SOS vidpovidi cej bilok neobhidno inaktivuvati Cherez te sho LexA duzhe shozhij za strukturoyu do lyambda represora RecA aktivuye proteoliz ne tilki pershogo a j drugogo a otzhe pislya poshkodzhennya DNK bakteriyi vidbuvayetsya derepresiya geniv faga lyambda Pochinayetsya ekspresiya rannih geniv do bilkiv sho sintezuyutsya zokrema nalezhat produkti geniv int ta xis neobhidni dlya virizannya profaga z bakterialnoyi hromosomi Pislya cogo pochinayetsya povnocinnij litichnij rozvitok yakij zakinchuyetsya zbirannyam velikoyi kilkosti fagovih chastinok sho lizuyuchi klitinu zhivitelya vihodyat v seredovishe Integraciya ta eksciziya virusnoyi DNK Shema integraciyi ta eksciziyi genomu faga lyabmda Regulyaciya ekspresiyi geniv int ta xis faga lyambda pid chas lizogennogo ta litichnogo cikliv rozvitku ta pid chas indukciyi profaga V integarciyi ta virizanni eksciziyi virusnoyi DNK iz bakterijnoyi hromosomi berut uchast dva bilki integraza produkt genu int ta bilok produkt genu xis Dlya vbudovuvannya neobhidna tilki integraza sho zabezpechuye todi yak eksciziya potrebuye nayavnosti obidvoh faktoriv Sintez cih dvoh bilkiv povinen regulyuvatis takim chinom shob pid chas litichnogo rozvitku riven Xis zavzhdi perevishuvav riven Int pid chas perehodu do lizogennogo rozvitku v klitini navpaki bulo bilshe Int a pid chas indukciyi profaga koncentraciya obidvoh bilkiv bula priblizno rivnoyu Regulyaciya ekspresiyi int i xis pid chas litichnogo rozvitku Geni int i xis rozmisheni poruch u genomi faga lyambda pid chas litichnogo rozvitku yih ekspresiya vidbuvayetsya vnaslidok aktivaciyi transkripciyi z livogo promotora PL Projshovshi gen int RNK polimeraza prodovzhuye transkripciyu do pochatku dilyanki sib de roztashovanij terminator obernenij povtor yakij zumovlyuye formuvannya v strukturi mRNK ale oskilki vona modifikovana antiterminatorom N to propuskaye cej terminator i prochituye vsyu dilyanku sib Cherez ce u transkripti formuyetsya perervana shpilka v utvorenni yakoyi bere uchast ne tilki poslidovnist zchitana iz terminatora a j poslidovnosti sprava i zliva vid neyi Dana struktura rozpiznayetsya fermentom sho pochinaye degradaciyu RNK iz kincya z perervanoyu shpilkoyu Oskilki gen int roztashovanij blizhche do cogo kincya to vin rujnuyetsya shvidshe nizh xis a otzhe v klitini zavzhdi bude sintezuvatis bilshe ekscizionazi nizh integrazi i virusna DNK ne zmozhe vbuduvatis u bakterijnu Taka regulyaciya ekspresiyi geniv yaka zabezpechuyetsya elementami roztashovanimi nizhche po hodu transkripciyi nizh sami nazivayetsya retroregulyaciyeyu Regulyaciya ekspresiyi int i xis pid chas vstanovlennya lizogeniyi Pid chas vstanovlennya lizogeniyi polozhennya geniv int i xis a takozh dilyanki sib take zh yak i pid chas litichnogo rozvitku i vse zh virusu vdayetsya otrimati bilshe integrazi nizh Xis Ce poyasnyuyetsya tim sho pislya viboru fagom lizogennogo rozvitku ekspresiya geniv neobhidnih dlya integraciyi vidbuvayetsya ne z promotora PL a z promotora PI sho aktivuyetsya visokim rivnem bilka CII u klitini Oskilki PI roztashovanij vseredini genu xis to transkribuyetsya ne ves cej gen cherez sho funkcionalnij produkt utvoryuvatis ne mozhe Okrim togo zbilshennyu koncentraciyi integrazi spriyaye te sho antiterminator N modifikuye RNK polimerazu yaka pochinaye transkripciyu iz PL ale ne tu yaka startuye iz PI a otzhe ostannya zupinitsya na terminotrnij dilyanci na pochatku sib tomu mRNK matime stabilnij kinec bez perervanoyi shpilki i ne degraduvatimetsya RNKazoyu Takim chinom pid chas vstanovlennya lizogeniyi zabezpechuyetsya visokij riven integrazi yaka zdijsnyuvatime vbudovuvannya virusnogo genomu u bakterijnu DNK Mehanizm integraciyi Integraciya genomu faga lyabmda v bakterijnu DNK vidbuvayetsya na osnovi mehanizmu sajt specifichnoyi rekombinaciyi yaku zabezpechuye virusna integraza razom i klitinnim multimernim kompleksom angl inegration host factor Rekombinaciya vidbuvayetsya mizh dilyankoyu attB angl bacteria attachment u DNK virusu ta dilyankoyu attP angl phage attachment sho lezhit mizh gal ta bio operonami u genomi kishkovoyi palichki Obidvi dilyanki attP ta attB mayut spilnu p yatnadcyatinukleotidnu korovu poslidovnist iz neyu perekrivayutsya dva sajti priyednannya integrazi Okrim togo attP prostyagayetsya she na 150 p n vverh angl upstream vid koru i na 90 p n vniz angl downstream de mistyatsya dodatkovi miscya zv yazuvannya integrazi a takozh IHF Kompleks inegrazi IHF attB ta attP nazivayetsya intasomoyu Vsi elementi v intasomi roztashovani takim chinom sho zabezpechuyut uspishnu rekombinaciyu vnaslidok yakoyi virusnij genom peretvoryuyetsya u linijnij na kincyah yakogo roztashovani dilyanki attL angl attachment site on the left ta attR angl attachment site on the right Regulyaciya ekspresiyi int i xis pid indukciyi profaga ta eksciziya Pid chas indukciyi profaga u klitini rujnuyetsya represor vnaslidok chogo pochinayetsya transkripciya iz promotora PL ekspresuyutsya v tomu chisli i geni int ta xis analogichno i yak pid chas litichnogo rozvitku Tilki u vipadku indukciyi profaga sintezuyetsya rivna kilkist integrazi i Xis Retroregulyaciya ne spracovuye same tomu sho virusnij genom teper linijnij i vbudovanij u bakterijnu DNK a oskilki gen int i dilyanka xis znahodilis po rizni storoni vid attB to pislya integraciyi voni opinilis na riznih kincyah profaga Otzhe zdijnsyuyuchi transkripciyu livogo opernu RNK polimeraza ne natknetsya na sib v RNK ne sformuyetsya perervanoyi shpilki i vona ne rujnuvatimetsya nukleazami Pislya nakopichennya dostatnoyi klilkosti integrazi ta ekscizionazi v klitini voni razom iz klitinnim faktorom IHF priyednuyutsya do attL ta attR i katalizuyut rekombinaciyu zvorotnu do toyi sho vidbuvalas pid chas integraciyi Vnaslidok eksciziyi vidtvoryuyutsya sajti attP ta attB a virusna DNK perehodit u kilcevu formu Lizogenna konversiyaKoli pomirnij fag lizogenizuye klitinu yiyi fenotip mozhe zminyuvatis ce yavishe nazivayetsya Najyaskravishim prikladom lizogennoyi konversiyi u vipadku faga lyambda ye te sho profag zabezpechuye lizogenizovanij klitini kishkovoyi palichki imunitet do superinfekciyi tobto povtornogo zarazhennya novimi virusnimi chastinkami faga lyambda Pislya togo yak odin virus lizogenizuvav bakteriyu inshi ne zmozhut rozmnozhuvatis v nij ni litichnim ni lizogennim shlyahom cherez te sho taka klitina mistit vidnosno visoku koncentraciyu lyambda represora Represor zv yazuvatimetsya iz operatornimi dilyankami pravogo i livogo operonu superinfikuyuchoyi virusnoyi DKN ne dopuskayuchi bud yakoyi ekspresiyi geniv Profag takozh zahishaye E coli vid infikuvannya bakteriofagom T4 z mutaciyeyu za ce vidpovidaye bilok produkt genu rex roztashovanogo v odnomu operoni iz cI V inshih znachno ridkisnishih vipadkah fenotip bakteriyi mozhe zminyuvatis vnaslidok specializovanoyi transdukciyi pid chas yakoyi fag vbudovuye v klitinnu DNK ne tilki vlasnij genom a j dilyanku genomu poperednogo zhivitelya Ce mozhe vidbutis todi koli pid chas indukciyi profaga eksciziya vidbulas pomilkovo virizana dilyanka potribnoyi dovzhini ale zsunuta vpravo abo vlivo vnaslidok chogo do skladu DNK sho pakuvatimetsya u virusnu golivku potrapila chastina geniv galaktoznogo ridshe biotinovogo operoniv kishkovoyi palichki Yaksho virus yakij mistit geni galaktoznogo operonu lgal lizogenizuye mutantnu klitinu gal nezdatnu zasvoyuvati galaktozu to yiyi fenotip povernetsya do dikogo tipu Cherez te sho virus yakij utvoryuyetsya vnaslidok pomilkovoyi eksciziyi vtrachaye chastinu svoyih vlasnih geniv vin ne zdatnij prohoditi povnocinnij litichnij rozvitok Taki bakteriofagi nazivayutsya defektnimi i zdatni rozmnozhuvatis tilki u prisutnosti inshogo dopomizhnogo faga yakij mozhe zabezpechiti funkciyi kotrih brakuye Evolyuciya l podibnih fagivNezabarom pislya vidkrittya faga l bulo znajdeno inshi bakteriofagi sho mayut taku zh organizaciyu genomu i mozhut rekombinuvati z fagom l dayuchi pochatok funkcionalnim gibridam Cyu grupu virusiv nazivayut abo l podibnimi fagami do neyi zokrema nalezhat fagi phi80 P22 434 HK97 21 82 933W HK022 ta inshi Genomi bagatoh iz nih bulo povnistyu sekvenovano prote ce ne dozvolilo vstanoviti spravzhnih filogenetichnih zv yazkiv mizh nimi Hocha vsi lyambdoyidni fagi bezperechno evolyucijno sporidneni viznachiti naskilki daleko kozhen iz nih diverguvav vid spilnogo predka vidayetsya nemozhlivim Poparne porivnyannya kilkoh geniv dvoh vidiv fagiv daye superechlivi rezultati napriklad porivnyannya poslidovnostej genu cro mozhe pokazati sho voni blizkosporidneni v toj chas yak pri porivnyanni susidnogo genu mozhna zrobiti visnovok sho ce evolyucijno daleki vidi Taka nevidpovidnist rezultativ pri porivnyanni riznih geniv poyasnyuyetsya tim sho v evolyuciyi pomirnih fagiv duzhe veliku rol vidigraye gorizontalne perenesennya geniv Vono vidbuvayetsya vnaslidok obminu dilyankami DNK iz riznimi poslidovnostyami sho mozhe vidbuvatis mizh genomami dvoh bakteriofagiv yaki infikuvali odnu klitinu Nezvazhayuchi ne te sho negomologichna rekombinaciya ce pomilkovij proces i vidbuvayetsya vona dosit ridko a bilshist yiyi produktiv ye absolyutno nezhittyezdatnimi u velicheznij populyaciyi bakteriofagiv biosferi vse zh vidbuvayutsya vdali obmini genami sho dayut pochatok cilkom funkcionalnim mozayikam Takimi mozayikami skladenimi iz poslidovnostej DNK z riznoyu evolyucijnoyu istoriyeyu i ye lyambdoyidni fagi Gorizontalne perenesennya geniv za uchasti pomirnih fagiv vidigraye vazhlivu rol ne tilki v yih vlasnij evolyuciyi a j v evolyuciyi yihnih zhiviteliv VikoristannyaZdatnist faga lyambda zdijsnyuvati specializovanu transdukciyu svogo chasu shiroko vikoristovuvalas dlya doslidzhennya ta operoniv E coli Piznishe iz rozvitkom metodiv rekombinantnih DNK take zastosuvannya vidijshlo na zadnij plan prote nakopichenni znannya buli vikoristani dlya konstruyuvannya vektoriv dlya klonuvannya DNK na osnovi faga l Ci vektori mozhna rozglyadati yak virusi zdatni do specializovanoyi transdukciyi prote nabir geniv yaki voni perenosyat ne obmezhenij timi sho lezhat poblizu profaga v genomi lizogenizovanoyi kishkovoyi palichki a mozhut buti faktichno bud yakimi ne vrahovuyuchi obmezhen v rozmiri l vektori Fag lyambda shiroko vikoristovuyetsya z metoyu konstruyuvannya vektornih molekul dlya klonuvannya geniv u klitinah E coli U l bazovanij vektor vvodyat DNK yaku neobhidno klonuvati pislya cogo rekombinantna molekula pakuyetsya u fagovu golivku Koli zbirannya virusnih chastinok zavershuyetsya nimi infikuyut klitini E coli Cej proces znachno efektivnishij nizh napriklad transformaciya bakterij plazmidami Virusi rozmnozhuyutsya v kulturah u viglyadi negativnih kolonij zon lizisu iz yakih zgodom mozhna vidiliti neobhidnu DNK U fagovu golivku mozhe zapakovuvatis tilki DNK rozmirom 78 105 vid originalnogo virusnogo genomu 37 51 t p n tomu shob zvilniti misce dlya klonovanogo genu z DNK virusu vidalyayut dilyanki nesuttyevi dlya litichnogo rozvitku Navit pislya cogo rozmir klonovanogo fragmentu mozhe kolivatis tilki v mezhah 5 25 t p n Z inshogo boku obmezhennya v dovzhini DNK yaka mozhe pakuvatis u golivki mozhe buti vikoristane dlya selekciyi rekombinantnih molekul na osnovi rozmiru nadto mali molekuli v yakih ne vidbulos vklyuchennya bazhanoyi dilyanki ne vvijdut do skladu virusnih chastinok Genom faga lyabmda mistit po kilka sajtiv rozpiznavannya dlya majzhe kozhnoyi iz endonukleaz restrikciyi yaki shiroko vikoristovuyutsya Pid chas rozrobki vektoriv ci dilyanki viluchayut i zalishayut tilki odnu u vektorah vklyuchennya lgt10 abo dvi u vektorah zamishennya napriklad lEMBL4 Zaraz rozroblena velika kilkist vektoriv na osnovi genomu faga l priznachenih dlya riznih potreb chastina iz nih napriklad Charon 4A vikoristovuyetsya dlya stvorennya genomnih bibliotek Kosmidi Inshij pidhid do vikoristannya faga lyambda dlya klonuvannya geniv yakij dozvolyaye zmenshiti obmezhennya u rozmiri klonovanoyi dilyanki ale zberegti visoku efektivnist infikuvannya polyagaye u konstruyuvanni kosmid Kosmidi ce plazmidi sho mistyat dilyanku cos faga l okrim togo yak vsi plazmidi voni mayut dlya replikaciyi v klitini bakteriyi i Kosmidi sho mistyat klonovanij gen pakuyutsya u virusni golivki i vvodyatsya v klitinu yak normalna fagova DNK prote dali infekciya ne ide cherez te sho rekombinantna molekula ne mistit zhodnogo iz geniv neobhidnih dlya litichnogo rozvitku Vikoristannya kosmid dozvolyaye klonuvati dilyanki DNK rozmirom 32 47 t p n Yih takozh chasto vikoristovuyut dlya stvorennya genomnih bibliotek DzherelaStreips UN Yasbin RE 2002 Modern Microbial Genetics vid 2nd Willey Liss Inc ISBN 0471386650 Sanger F Coulson AR Hong GF Hill DF Petersen GB 1982 Nucleotide sequence of bacteriophage lambda DNA Journal of Molecular Biology 162 4 729 773 doi 10 1016 0022 2836 82 90546 0 PMID 6221115 A Genetic Switch Third Edition 2010 04 04 u Wayback Machine recenziya na sajti navchalnih materialiv Information about bacteriophage Lambda 25 travnya 2012 u Wayback Machine na sajti American Society for Microbiology Ptashne M 1988 Pereklyuchenie genov Regulyaciya gennoj aktivnosti i fag l Moskva Mir ISBN 5 03 000854 3 Enterobacteria phage lambda complete genome Tamarin RH 2001 Principles of Genetics vid 7th Mcgraw Hill ISBN 0072334193 Nichols BP Donelson JE 1978 178 Nucleotide sequence surrounding the cos site of bacteriophage lambda DNA Journal of Virology 26 2 429 34 PMID 666898 Gehring K Charbit A Brissaud E Hofnung M 1987 Bacteriophage lambda receptor site on the Escherichia coli K 12 LamB protein Journal of Bacteriology 169 5 2103 6 PMID 2952637 Shotland Y Shifrin A Ziv T Teff D Koby S Kobiler O Oppenheim AB 2000 Proteolysis of Bacteriophage l CII by Escherichia coli FtsH HflB Journal of Bacteriology 182 11 3111 3116 doi 10 1128 JB 182 11 3111 3116 2000 PMID 10809689 Primrose S B Twyman R M Old R W 2002 Principles of Gene Manipulation vid 6th Wiley Blackwell ISBN 0632059540 Reece RJ 2004 Analysis of Genes and Genomes John Wiley amp Sons ISBN 0470843802 LiteraturaTockij V M Genetika 2 ge vid Odesa Astroprint 2002 712 s ISBN 966 549 785 5 Sivolob A V Rushkovskij S R Kir yachenko S S ta in Genetika pidruchnik Kiyiv VPC Kiyivskij universitet 2008 320 s ISBN 975 966 439 108 2 Ptashne M A Genetic Switch Cold Spring Harbor Laboratory Press 2004 ISBN 0879697164 Calendar LC red 2005 The Bacteriophages vid 2nd Oxford University Press ISBN 0195148509 rozdil Phage Lambda and its Genetic Neighborhood Hendrix R Casjens S Friedman DI Court DL 2001 Bacteriophage lambda alive and well and still doing its thing Current Opinion in Microbiology 4 4 201 7 doi 10 1016 S1369 5274 00 00189 2 PMID 11282477 Korisni posilannyaGenom faga l angl Animaciya sho vidobrazhaye litichnij rozvitok faga lyambda Cya stattya nalezhit do dobrih statej ukrayinskoyi Vikipediyi