經(jīng)典的蝌蚪病毒——大腸桿菌T7噬菌體
? ? ? ? 今天介紹的病毒是大腸桿菌T7噬菌體(T7 Virus、Bacteriophage?T7)。
簡(jiǎn)介

? ? ? ?T7噬菌體(T7病毒)是一種噬菌體,一種感染細(xì)菌的病毒。它感染大腸桿菌的大多數(shù)菌株,并依賴(lài)這些宿主繁殖。T7噬菌體有一個(gè)裂解生命周期,這意味著它會(huì)破壞它感染的細(xì)胞。它還具有一些特性,使其成為實(shí)驗(yàn)的理想噬菌體:它的純化和濃縮在化學(xué)分析中產(chǎn)生了一致的值;它可以通過(guò)暴露在紫外線下變得無(wú)傳染性;可用于噬菌體展示,克隆RNA結(jié)合蛋白。
病毒發(fā)現(xiàn)歷程
? ? ?? 在1945年Demerec和Fano的一項(xiàng)研究中,T7噬菌體被用來(lái)描述在大腸桿菌上裂解生長(zhǎng)的七種噬菌體類(lèi)型之一(T1到T7)。雖然這7種噬菌體的編號(hào)都是隨意的,但T奇數(shù)噬菌體后來(lái)被發(fā)現(xiàn)具有與T偶噬菌體相同的形態(tài)學(xué)和生化特征。德裔美國(guó)生物物理學(xué)家Max Delbrück在20世紀(jì)30年代末研究了同一種病毒,稱(chēng)之為δ噬菌體,法裔加拿大微生物學(xué)家Félix d’herelle可能在20世紀(jì)20年代研究了它的近親。
宿主
? ? ?? T7噬菌體在大腸桿菌的粗糙菌株(即表面沒(méi)有全長(zhǎng)o抗原多糖的菌株)和其他一些腸道細(xì)菌上生長(zhǎng),但其近親也會(huì)感染光滑甚至有莢膜的菌株。與其他類(lèi)似的噬菌體相比,大腸桿菌對(duì)T7噬菌體的抗性更強(qiáng)。
病毒學(xué)特征

? ? ? ?T7噬菌體具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性,噬菌體的衣殼為二十面體,呈T=7對(duì)稱(chēng)。頭部直徑60納米,尾部直徑為19納米,長(zhǎng)28.5納米,附著在衣殼上。感染時(shí)從衣殼中的蛋白質(zhì)導(dǎo)致病毒DNA進(jìn)入細(xì)胞時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變。
病毒基因組

? ? ? ?T7噬菌體的基因組是最早完全測(cè)序的基因組之一,發(fā)表于1983年。噬菌體顆粒的頭部包含約40 kbp的dsDNA基因組,編碼55種蛋白質(zhì)。該基因組的特征是有許多重疊的基因,通過(guò)“重構(gòu)”基因組來(lái)產(chǎn)生T7.1,這些重疊基因被部分移除。
病毒生活史

? ? ? ?T7噬菌體在37?C下的生命周期為17 min,即從侵染宿主細(xì)胞到釋放新的噬菌體裂解的時(shí)間。由于潛伏期短,大多數(shù)生理研究都是在30?C條件下進(jìn)行的,感染細(xì)胞在30分鐘后溶解。然而,在37?C條件下,在最優(yōu)條件下,在豐富的培養(yǎng)基結(jié)果中生長(zhǎng),T7的高適應(yīng)度菌株僅為~11分鐘。這種適應(yīng)的噬菌體可以在一個(gè)小時(shí)的生長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)有效地?cái)U(kuò)大其數(shù)量超過(guò)10兆數(shù)量級(jí)(10^13,1兆=10^12)。
入侵細(xì)胞

? ? ? ?T7噬菌體能夠識(shí)別大腸桿菌細(xì)胞表面的特定受體,并通過(guò)其病毒尾部纖維與細(xì)胞表面結(jié)合。在某些T7噬菌體菌株中,尾部纖維被尾刺取代,尾刺通過(guò)酶活性降解細(xì)胞表面的O或K抗原。
? ? ? ?吸附和滲透過(guò)程使用溶菌酶在細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖層中創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)口,允許將病毒DNA轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中。T7樣噬菌體的短而粗短的尾巴太短而無(wú)法跨越細(xì)胞的包膜,在感染開(kāi)始時(shí),為了將噬菌體基因組注射到細(xì)胞內(nèi),病毒粒子蛋白必須首先從尾巴尖端形成一條通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。隨后,噬菌體釋放5種開(kāi)始病毒基因組復(fù)制和叫停宿主活動(dòng)所需的蛋白質(zhì)。
? ? ? ?T7噬菌體已經(jīng)進(jìn)化到可以推翻宿主細(xì)菌的幾種防御機(jī)制,包括肽聚糖細(xì)胞壁和CRISPR系統(tǒng),一旦T7噬菌體插入病毒基因組,宿主基因組的DNA復(fù)制過(guò)程停止,病毒基因組復(fù)制開(kāi)始。
? ? ? ?在最佳條件下,T7噬菌體可在25分鐘內(nèi)完成裂解過(guò)程,導(dǎo)致大腸桿菌死亡。在裂解時(shí),該病毒可產(chǎn)生100多個(gè)子代。
Gp5(T7DNA聚合酶)
? ? ? ? Gp5是T7噬菌體的DNA聚合酶。T7聚合酶利用大腸桿菌的內(nèi)源性氧化還原蛋白硫氧還蛋白(一種氧化還原蛋白)作為噬菌體DNA復(fù)制過(guò)程中的滑動(dòng)DNA鉗(盡管硫氧還蛋白通常具有不同的功能)?;瑒?dòng)鉗的功能是將聚合酶固定在DNA上,從而提高合成速度。
T7啟動(dòng)子、T7終止子與T7RNA聚合酶

? ? ? 由于T7RNA聚合酶對(duì)T7啟動(dòng)子序列與T7終止子序列具有極高的親和力,因此具有較高的表達(dá)水平,在分子生物學(xué)中被廣泛應(yīng)用。
T7啟動(dòng)子序列(加粗藍(lán)色為轉(zhuǎn)錄起始序列):
TAATACGACTCACTATAGGG
T7終止子序列:
CTAGCATAACCCCTTGGGGCCTCTAAACGGGTCTTGAGGGGTTTTTTG