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Enterobakteriophage PhiX174 Elektronenmikroskopische Aufnahme von Phage ΦX174SystematikKlassifikation VirenRealm Monodna

Enterobakteriophage PhiX174

Enterobakteriophage PhiX174

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Phage ΦX174

Systematik
Taxonomische Merkmale
Genom: (+)ssDNA zirkulär
Baltimore: Gruppe 2
Symmetrie: ikosaedrisch
Hülle: keine
Wissenschaftlicher Name
Escherichia virus phiX174
Kurzbezeichnung
ΦX174
Links
NCBI Taxonomy: 10847, 2607483
ICTV Taxon History: 201853873

Der Enterobakteriophage PhiX174, offiziell Escherichia virus phiX174, veraltet Enterobacteria phage phiX174, deutsch auch Bakteriophage Phi X 174 oder Coliphage φX174, kurz ΦX174 genannt, ist ein einzelsträngiges DNA-Virus (ssDNA) positiver Polarität, das Bakterien der Art Escherichia coli infiziert. Es ist die einzige vom International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) offiziell anerkannte Spezies in der Virusgattung Sinsheimervirus (veraltet Phix174microvirus, auch Bakteriophage PhiX174 sensu lato oder ΦX174-Gruppe genannt), es gibt jedoch weitere Vorschläge (Phage MED1).

Struktur des Kapsids von ΦX174
Schemazeichnung eines Virusteilchens von Sinsheimervirus

Forschungsgeschichte Bearbeiten

Das Genom von ΦX174 ist das erste DNA-basierte Genom, das vollständig sequenziert wurde, diese Arbeit wurde von Fred Sanger und seinem Team im Jahr 1977 abgeschlossen. Walter Fiers und Robert Sinsheimer hatten bereits 1962 nachgewiesen, dass die ΦX174-DNA ringförmig geschlossen ist. Nobelpreisträger Arthur Kornberg hatte 1967 am ΦX174 als Modell erstmals bewiesen, dass in einem Reagenzglas durch gereinigte Enzyme synthetisierte DNA alle Merkmale eines natürlichen Virus erzeugen kann, wodurch das Zeitalter der synthetischen Biologie eingeleitet wurde. In den Jahren 1972–1974 identifizierten Jerard Hurwitz, Sue Wickner und Reed Wickner zusammen mit Mitarbeitern die Gene, die zur Herstellung der Enzyme erforderlich sind, die eine Umwandlung der einzelsträngigen Form des Virus in die doppelsträngige, replikative Form katalysieren.

Im Jahr 2003 berichtete die Gruppe von Craig Venter, dass sie als erstes ein Virusgenom – das von ΦX174 – vollständig in vitro aus synthetisierten Oligonukleotiden zusammengesetzt hatten. Das Viruspartikel (Virion) von ΦX174 wurde ebenfalls in vitro erfolgreich zusammengesetzt. Kürzlich wurde gezeigt, wie das stark überlappende Genom vollständig dekomprimiert werden kann und trotzdem funktionsfähig bleibt.

Genom Bearbeiten

Genom des Bakteriophagen ΦX174 mit seinen 11 Genen

ΦX174 hat eine zirkuläre einzelsträngige DNA (ssDNA) positiver Polarität. Das Genom besteht aus 5386 Nukleotiden, die 11 Proteine kodieren. Von diesen elf Genen sind nur acht für die virale Morphogenese essentiell. Der GC-Gehalt beträgt 44 % und 95 % der Nukleotide gehören zu kodierenden Genen.

Wirkungsweise Bearbeiten

Die Infektion beginnt, wenn das G-Protein an Lipopolysaccharide auf der Oberfläche der bakteriellen Wirtszelle bindet. Das H-Protein steuert als DNA-Pilotprotein das virale Genom durch die Bakterienmembran der Colibakterien (Jazwinski et al. 1975) sehr wahrscheinlich über eine vermutete ‚N-terminale Transmembran-Helix‘ (Tusnády, Simon 2001). Es hat sich jedoch gezeigt, dass H-Protein ein multifunktionelles Protein ist (Cherwa, Young, Fane 2011). Es ist das einzige Kapsidprotein von ΦX174, das nicht in Kristallstruktur vorliegt. Es hat einen niedrigen Gehalt an aromatischen Aminosäuren und einen hohen Glycingehalt, wodurch die Proteinstruktur sehr flexibel wird. Zusätzlich induziert das H-Protein bei hohen Konzentrationen (also am Ende der Vermehrungsphase des Virus) die Lyse (Zerstörung) des bakteriellen Wirts, vermutlich indem die angenommene N-terminale Transmembranhelix Löcher durch die Bakterienwand bohrt. Zusätzlich wurde von Ruboyianes et al. 2009 festgestellt, dass das H-Protein für die optimale Synthese anderer viraler Proteine   erforderlich ist. Die Virusinkoporation verhindernde Mutationen im H-Protein können überwunden werden, wenn Protein B (das interne Gerüstprotein) im Überschuss zugeführt werden.

Anmerkungen Bearbeiten

ΦX174 wird regelmäßig als positive Kontrolle bei der DNA-Sequenzierung verwendet, und zwar aufgrund seiner relativ geringen Genomgröße im Vergleich zu anderen Organismen, seinem relativ ausgeglichenen Nukleotidgehalt – etwa 23 % Guanin, 22 % Cytosin, 24 % Adenin und 31 % Thymin, d. h. 45 % G+C und 55 % A+T.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • P. D. Baas, G. P. van Heusden, J. M. Vereijken, P. J. Weisbeek, H. S. Jansz: Cleavage map of bacteriophage phiX174 RF DNA by restriction enzymes. In: Nucleic Acids Res., 3(8), August 1976, S. 1947–1960, PMC 343051 (freier Volltext), PMID 1085927

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ ICTV: ICTV Taxonomy history: Escherichia virus phiX174, EC 51, Berlin, Germany, July 2019; Email ratification March 2020 (MSL #35)
  2. Simon J. Labrie, Marie-Ève Dupuis, Denise M. Tremblay, Pier-Luc Plante, Jacques Corbeil, Sylvain Moineau: A New Microviridae Phage Isolated from a Failed Biotechnological Process Driven by Escherichia coli (PDF) in: Journals ASM: Applied and Environmental Microbiology (AEM) Band 80 Nr. 22, November 2014, S. 6992–7000
  3. F. Sanger, G. M. Air, B. G. Barrell, N. L. Brown, A. R. Coulson, J. C. Fiddes, C. A. Hutchison, P. M. Slocombe, M. Smith: Nucleotide sequence of bacteriophage ΦX174 DNA. In: Nature. 265. Jahrgang, Nr. 5596, 1977, S. 687–695, doi:10.1038/265687a0, PMID 870828, bibcode:1977Natur.265..687S.
  4. Walter Fiers, Robert L. Sinsheimer: The structure of the DNA of bacteriophage ΦX174. In: Journal of Molecular Biology. 5. Jahrgang, Nr. 4, 1962, S. 424, doi:10.1016/S0022-2836(62)80031-X.
  5. The Arthur Kornberg Papers. "Creating Life in the Test Tube", in: National Library of Medicine Profiles in Science, 1959-1970
  6. Mehran Goulian, Arthur Kornberg, Robert L. Sinsheimer: Enzymatic Synthesis of DNA, XXIV. Synthesis of Infectious Phage ΦX174 DNA. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 58. Jahrgang, Nr. 6, 1967, S. 2321–2328, doi:10.1073/pnas.58.6.2321, PMID 4873588, PMC 223838 (freier Volltext), bibcode:1967PNAS...58.2321G.
  7. Sue Wickner, Jerard Hurwitz: Conversion of X174 Viral DNA to Double-Stranded Form by Purified Escherichia coli Proteins, in: Proc Natl Acad Sci USA 71(10), S. 4122–4124, November 1974, doi:10.1073/pnas.71.10.4120, PMID 4610569, PMC 434340 (freier Volltext)
  8. Hamilton O. Smith, Clyde A. Hutchison, Cynthia Pfannkoch, J. Craig Venter: Generating a Synthetic Genome by Whole Genome Assembly: ΦX174 Bacteriophage from Synthetic Oligonucleotides. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 100. Jahrgang, Nr. 26, 2003, S. 15440–15445, doi:10.1073/pnas.2237126100, PMID 14657399, PMC 307586 (freier Volltext), bibcode:2003PNAS..10015440S.
  9. James E. Cherwa, Lindsey J. Organtini, Robert E. Ashley, Susan L. Hafenstein, Bentley A. Fane: In Vitro Assembly of the ΦX174 Procapsid from External Scaffolding Protein Oligomers and Early Pentameric Assembly Intermediates. In: Journal of Molecular Biology. 412. Jahrgang, Nr. 3, 2011, S. 387–396, doi:10.1016/j.jmb.2011.07.070, PMID 21840317.
  10. Paul R. Jaschke, Erica K. Lieberman, Jon Rodriguez, Adrian Sierra, Drew Endy: A fully decompressed synthetic bacteriophage ΦX174 genome assembled and archived in yeast. In: Virology. 434. Jahrgang, Nr. 2, 2012, S. 278–84, doi:10.1016/j.virol.2012.09.020, PMID 23079106.
  11. ↑ Coliphage phi-X174, complete genomeNCBI Reference Sequence: NC_001422.1, NCBI
  12. G.E. Tusnády, I. Simon: The HMMTOP transmembrane topology prediction server. In: Bioinformatics, 17(9), September 2001, S. 849–850, PMID 11590105
  13. J. E. Cherwa Jr, L. N. Young, B. A. Fane: Uncoupling the functions of a multifunctional protein: the isolation of a DNA pilot protein mutant that affects particle morphogenesis. In: Virology, 411(1), 1. März 2011 (online 11. Januar 2011), S. 9–14, doi:10.1016/j.virol.2010.12.026, PMID 21227478
  14. Mark V. Ruboyianes, Min Chen, Mathew S. Dubrava, James E. Cherwa Jr., Bentley A. Fane: The Expression of N-Terminal Deletion DNA Pilot Proteins Inhibits the Early Stages of φX174 Replication. In: J Virol., 83(19), Oktober 2009, S. 9952–9956, doi:10.1128/JVI.01077-09, PMC 2748053 (freier Volltext), PMID 19640994
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Veröffentlichungsdatum:
Enterobakteriophage PhiX174Elektronenmikroskopische Aufnahme von Phage FX174SystematikKlassifikation VirenRealm Monodnaviria 1 Reich Sangervirae 1 Phylum Phixviricota 1 Klasse Malgrandaviricetes 1 Ordnung Petitvirales 1 Familie MicroviridaeUnterfamilie BullavirinaeGattung SinsheimervirusArt Escherichia virus phiX174Taxonomische MerkmaleGenom ssDNA zirkularBaltimore Gruppe 2Symmetrie ikosaedrischHulle keineWissenschaftlicher NameEscherichia virus phiX174KurzbezeichnungFX174LinksNCBI Taxonomy 10847 2607483ICTV Taxon History 201853873Der Enterobakteriophage PhiX174 offiziell Escherichia virus phiX174 veraltet Enterobacteria phage phiX174 deutsch auch Bakteriophage Phi X 174 oder Coliphage fX174 kurz FX174 genannt ist ein einzelstrangiges DNA Virus ssDNA positiver Polaritat das Bakterien der Art Escherichia coli infiziert Es ist die einzige vom International Committee on Taxonomy of Viruses ICTV offiziell anerkannte Spezies in der Virusgattung Sinsheimervirus veraltet Phix174microvirus auch Bakteriophage PhiX174 sensu lato oder FX174 Gruppe genannt es gibt jedoch weitere Vorschlage Phage MED1 2 Struktur des Kapsids von FX174Schemazeichnung eines Virusteilchens von Sinsheimervirus Inhaltsverzeichnis 1 Forschungsgeschichte 2 Genom 3 Wirkungsweise 4 Anmerkungen 5 Siehe auch 6 Literatur 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseForschungsgeschichte BearbeitenDas Genom von FX174 ist das erste DNA basierte Genom das vollstandig sequenziert wurde diese Arbeit wurde von Fred Sanger und seinem Team im Jahr 1977 abgeschlossen 3 Walter Fiers und Robert Sinsheimer hatten bereits 1962 nachgewiesen dass die FX174 DNA ringformig geschlossen ist 4 Nobelpreistrager Arthur Kornberg hatte 1967 am FX174 als Modell erstmals bewiesen dass in einem Reagenzglas durch gereinigte Enzyme synthetisierte DNA alle Merkmale eines naturlichen Virus erzeugen kann wodurch das Zeitalter der synthetischen Biologie eingeleitet wurde 5 6 In den Jahren 1972 1974 identifizierten Jerard Hurwitz Sue Wickner und Reed Wickner zusammen mit Mitarbeitern die Gene die zur Herstellung der Enzyme erforderlich sind die eine Umwandlung der einzelstrangigen Form des Virus in die doppelstrangige replikative Form katalysieren 7 Im Jahr 2003 berichtete die Gruppe von Craig Venter dass sie als erstes ein Virusgenom das von FX174 vollstandig in vitro aus synthetisierten Oligonukleotiden zusammengesetzt hatten 8 Das Viruspartikel Virion von FX174 wurde ebenfalls in vitro erfolgreich zusammengesetzt 9 Kurzlich wurde gezeigt wie das stark uberlappende Genom vollstandig dekomprimiert werden kann und trotzdem funktionsfahig bleibt 10 Genom Bearbeiten nbsp Genom des Bakteriophagen FX174 mit seinen 11 Genen 11 FX174 hat eine zirkulare einzelstrangige DNA ssDNA positiver Polaritat Das Genom besteht aus 5386 Nukleotiden die 11 Proteine kodieren 11 Von diesen elf Genen sind nur acht fur die virale Morphogenese essentiell Der GC Gehalt betragt 44 und 95 der Nukleotide gehoren zu kodierenden Genen Wirkungsweise BearbeitenDie Infektion beginnt wenn das G Protein an Lipopolysaccharide auf der Oberflache der bakteriellen Wirtszelle bindet Das H Protein steuert als DNA Pilotprotein das virale Genom durch die Bakterienmembran der Colibakterien Jazwinski et al 1975 sehr wahrscheinlich uber eine vermutete N terminale Transmembran Helix Tusnady Simon 2001 12 Es hat sich jedoch gezeigt dass H Protein ein multifunktionelles Protein ist Cherwa Young Fane 2011 13 Es ist das einzige Kapsidprotein von FX174 das nicht in Kristallstruktur vorliegt Es hat einen niedrigen Gehalt an aromatischen Aminosauren und einen hohen Glycingehalt wodurch die Proteinstruktur sehr flexibel wird Zusatzlich induziert das H Protein bei hohen Konzentrationen also am Ende der Vermehrungsphase des Virus die Lyse Zerstorung des bakteriellen Wirts vermutlich indem die angenommene N terminale Transmembranhelix Locher durch die Bakterienwand bohrt Zusatzlich wurde von Ruboyianes et al 2009 festgestellt dass das H Protein fur die optimale Synthese anderer viraler Proteine erforderlich ist Die Virusinkoporation verhindernde Mutationen im H Protein konnen uberwunden werden wenn Protein B das interne Gerustprotein im Uberschuss zugefuhrt werden 14 Anmerkungen BearbeitenFX174 wird regelmassig als positive Kontrolle bei der DNA Sequenzierung verwendet und zwar aufgrund seiner relativ geringen Genomgrosse im Vergleich zu anderen Organismen seinem relativ ausgeglichenen Nukleotidgehalt etwa 23 Guanin 22 Cytosin 24 Adenin und 31 Thymin d h 45 G C und 55 A T 11 Siehe auch BearbeitenKunstliche GensyntheseLiteratur BearbeitenP D Baas G P van Heusden J M Vereijken P J Weisbeek H S Jansz Cleavage map of bacteriophage phiX174 RF DNA by restriction enzymes In Nucleic Acids Res 3 8 August 1976 S 1947 1960 PMC 343051 freier Volltext PMID 1085927Weblinks BearbeitenDavid Goodsell Bacteriophage phiX174 In Molecule of the Month RCSB PDB Februar 2000 abgerufen im 1 Januar 1 Master Species List 2018a v1 ICTV Phix174microvirus auf ViralZone Coliphage phi X174 complete genome auf Database RefSeq Entry NC 001422 LinkDB NC 001422 ICTV Taxonomy International Committee on Taxonomy of Viruses ICTV Einzelnachweise Bearbeiten a b c d e ICTV ICTV Taxonomy history Escherichia virus phiX174 EC 51 Berlin Germany July 2019 Email ratification March 2020 MSL 35 Simon J Labrie Marie Eve Dupuis Denise M Tremblay Pier Luc Plante Jacques Corbeil Sylvain Moineau A New Microviridae Phage Isolated from a Failed Biotechnological Process Driven by Escherichia coli PDF in Journals ASM Applied and Environmental Microbiology AEM Band 80 Nr 22 November 2014 S 6992 7000 F Sanger G M Air B G Barrell N L Brown A R Coulson J C Fiddes C A Hutchison P M Slocombe M Smith Nucleotide sequence of bacteriophage FX174 DNA In Nature 265 Jahrgang Nr 5596 1977 S 687 695 doi 10 1038 265687a0 PMID 870828 bibcode 1977Natur 265 687S Walter Fiers Robert L Sinsheimer The structure of the DNA of bacteriophage FX174 In Journal of Molecular Biology 5 Jahrgang Nr 4 1962 S 424 doi 10 1016 S0022 2836 62 80031 X The Arthur Kornberg Papers Creating Life in the Test Tube in National Library of Medicine Profiles in Science 1959 1970 Mehran Goulian Arthur Kornberg Robert L Sinsheimer Enzymatic Synthesis of DNA XXIV Synthesis of Infectious Phage FX174 DNA In Proceedings of the National Academy of Sciences 58 Jahrgang Nr 6 1967 S 2321 2328 doi 10 1073 pnas 58 6 2321 PMID 4873588 PMC 223838 freier Volltext bibcode 1967PNAS 58 2321G Sue Wickner Jerard Hurwitz Conversion of X174 Viral DNA to Double Stranded Form by Purified Escherichia coli Proteins in Proc Natl Acad Sci USA 71 10 S 4122 4124 November 1974 doi 10 1073 pnas 71 10 4120 PMID 4610569 PMC 434340 freier Volltext Hamilton O Smith Clyde A Hutchison Cynthia Pfannkoch J Craig Venter Generating a Synthetic Genome by Whole Genome Assembly FX174 Bacteriophage from Synthetic Oligonucleotides In Proceedings of the National Academy of Sciences 100 Jahrgang Nr 26 2003 S 15440 15445 doi 10 1073 pnas 2237126100 PMID 14657399 PMC 307586 freier Volltext bibcode 2003PNAS 10015440S James E Cherwa Lindsey J Organtini Robert E Ashley Susan L Hafenstein Bentley A Fane In Vitro Assembly of the FX174 Procapsid from External Scaffolding Protein Oligomers and Early Pentameric Assembly Intermediates In Journal of Molecular Biology 412 Jahrgang Nr 3 2011 S 387 396 doi 10 1016 j jmb 2011 07 070 PMID 21840317 Paul R Jaschke Erica K Lieberman Jon Rodriguez Adrian Sierra Drew Endy A fully decompressed synthetic bacteriophage FX174 genome assembled and archived in yeast In Virology 434 Jahrgang Nr 2 2012 S 278 84 doi 10 1016 j virol 2012 09 020 PMID 23079106 a b c Coliphage phi X174 complete genomeNCBI Reference Sequence NC 001422 1 NCBI G E Tusnady I Simon The HMMTOP transmembrane topology prediction server In Bioinformatics 17 9 September 2001 S 849 850 PMID 11590105 J E Cherwa Jr L N Young B A Fane Uncoupling the functions of a multifunctional protein the isolation of a DNA pilot protein mutant that affects particle morphogenesis In Virology 411 1 1 Marz 2011 online 11 Januar 2011 S 9 14 doi 10 1016 j virol 2010 12 026 PMID 21227478 Mark V Ruboyianes Min Chen Mathew S Dubrava James E Cherwa Jr Bentley A Fane The Expression of N Terminal Deletion DNA Pilot Proteins Inhibits the Early Stages of fX174 Replication In J Virol 83 19 Oktober 2009 S 9952 9956 doi 10 1128 JVI 01077 09 PMC 2748053 freier Volltext PMID 19640994 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Enterobakteriophage PhiX174 amp oldid 227154949