Bacillus-Phage Phi29 (englischBacillus phage phi29 oder phi-29, Φ29; SpeziesSalasvirus phi29, früher Bacillus virus phi29) ist Bakterienvirus (Bakteriophage) in der GattungSalasvirus (früher Phi29virus) der Unterfamilie Picovirinae.
Diese gehört seit 2021 zur neu eingerichteten FamilieSalasmaviridae der KlasseCaudoviricetes (früher zur Familie Podoviridae der Ordnung Caudovirales).
Das Genom von Bacillus-Virus Phi29 besteht aus doppelsträngiger DNA (dsDNA). Das DNA-Molekül liegt in linearer Form vor, ist also nicht kreisförmig geschlossen.
Zur selben Spezies gehört neben dem Referenzstamm („Exemplar“) Bacillus-Phage phi-29 auch der Bacillus-Phage phi-15 (alias Bacteriophage phi-15),[3]
zur selben Gattung Salasvirus gehören auch die Spezies Salasvirus PZA (früher Bacillus-Virus PZA) mit dem Bacillus-Phagen PZA, Salasvirus Goe6 mit dem Bacillus-Phagen vB_BveP-Goe6 und Salasvirus Gxv1 mit dem Bacillus-Phagen Gxv1;
sowie die Kandidaten „Bacillus phage BS32“, „Bacillus phage M2“ und „Bacillus phage M2Y.“
Die Φ29-Phagen sind die kleinsten bisher isolierten Bacillus-Phagen und gehören zu den kleinsten bekannten dsDNA-Phagen.[4][5]
Schemazeichnung eines Virusteilchens von Bacillus-Phage Phi29 (Querschnitt und Seitenansicht)
Die Virionen (Virusteilchen) von Φ29 haben eine Kopf-Schwanz-Struktur mit einem ikosaedrischen „Kopf“ und einem kurzen „Schwanz“, durch den nach der Infektion das viruseigene Erbmaterial (die lineare dsDNA) ins Zellinnere des Wirtsbakteriums gelangt.
Der Kopf (Kapsid) hat eine leicht längliche Form von 45 × 54 nm, er hat eine Symmetrie mit Triangulationszahl T=3, Q=5.
Der Schwanz ist nicht kontraktil mit einem „Kragen“ aus 25 Anhängseln in der Nackenregion. Am Kopf befinden sich 25 Fibrillen, die aber in manchen Laborstämmen verloren gegangen sind. Diese Strukturen dienen dazu, die Wirtszelle zuerkennen und sich an ihr anzuheften.[6]
Genom
Das Genom besteht wie allgemein in der Gattung Salsavirus aus einem einzigen linearen Stück (Segment) doppelsträngiger DNA mit einer Länge von 16 bis 20 kbp und kodiert etwa 20 bis 30 Gene.[6]
Vermehrungszyklus
Der folgende Ablauf folgt im Wesentlichen der Beschreibung auf ViralZone:[6]
Zunächst lagert such der Phage mit Hilfe der Schwanzfibrillen an das Wirtsbakterium an.
Danach wird die viruseigene DNA durch den Schwanz in das Zellplasma der Wirtszelle injiziert.
Anschließend erfolgt Transkription (Ablesen der DNA und Erzeugen einer Messenger-RNA – mRNA) und Translation (Erzeugen eines Proteins aus der mRNA) einiger „früher“ Gene des Virus.
Das Genom wird verpackt (englischviral genome packaging), Details dazu siehe unten.
Das Anheften des Schwanzes an die Kapside schließt die Assemblierung ab.
Die reifen Virionen werden schließlich per Lyse (Platzen und Tod der Wirtszelle) freigesetzt.
Systematik
Einige früher für Phi29likevirus, d. h. Salasvirus, vorgeschlagene Vertreter finden sich inzwischen in anderen Gattungen (verbliebene Vorschläge in Anführungszeichen). Damit ist die Systematik der näheren Verwandtschaft von Pahge Φ29 mit Stand Mai 2024 wie folgt:[9][10]
Mitglieder der Spezies Salasvirus phi29 sind nach NCBI:[15]
Bacillus phage BSTP4
Bacillus phage BSTP6
Bacillus phage phi29 (Referenz oder „Exemplar“)
Phage phi-15 (Φ15) alias Bacteriophage phi-15
Bakteriophagen-pRNA
Während der Replikation wird wie bei anderen linearen dsDNA-Viren das virale Genom in das zuvor gebildete virale Prokapsid verpackt. Die genauen Vorgänge wurden beispielhaft am Phagen Φ29 erforscht:
Die Verpackung von DNA in das Procapsid erfordert einen molekularen Motor, der Adenosintriphosphat (ATP) als Energie verwendet, um die eigentlich energetisch ungünstige Bewegung zu bewerkstelligen.
Wie bei einigen anderen Bakteriophagen auch ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Motors ein RNA-Molekül, das als pRNA (englischpackaging RNA) bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine spezielle Form nicht-kodierender RNA (englischnon-coding RNA, ncRNA), da diese nicht wie sonst Proteinekodiert.[16]
Strukturanalysen dieses Verpackungsmotors haben gezeigt, dass das pRNA-Molekül eine fünffache Symmetrie aufweist, wenn es an das Procapsid gebunden ist.[17][18][19]
Es wird angenommen, dass die pRNA durch das Kapsid-Konnektor-Protein (englischcapsid connector protein) gebunden ist.[19]
Nur die ersten 120 Basen der pRNA sind für die Verpackung der viralen DNA essentiell.[20][21]
Vermutlich besteht die pRNA aus zwei Abschnitten (Domänen), von denen der eine den ersten 120 Basen und der zweite den verbleibenden 50 Basen entspricht.[21]
↑W. J. J. Meijer, J. A. Horcajadas, M. Salas: phi29 Family of Phages. In: Microbiology and Molecular Biology Reviews. 65. Jahrgang, Nr.2, 1. Juni 2001, S.261–287, doi:10.1128/MMBR.65.2.261-287.2001, PMID 11381102, PMC 99027 (freier Volltext) – (englisch).
↑S. Mc Grath: Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology. Hrsg.: D. van Sinderen. 1. Auflage. Caister Academic Press, 2007, ISBN 978-1-904455-14-1.
↑Ana Camacho, Fernando Jimenez, Javier Torre, Jose L. Carrascosa, Rafael P. Mellado, Eladio Vinuela, Margarita Salas, Cesar Vasquez: Assembly of Bacillus subtilis Phage Phi29. 1. Mutants in the Cistrons Coding for the Structural Proteins. In: European Journal of Biochemistry. 73. Jahrgang, Nr.1, Februar 1977, S.39–55, doi:10.1111/j.1432-1033.1977.tb11290.x (englisch).
↑P. Guo: Structure and function of phi29 hexameric RNA that drives the viral DNA packaging motor: Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. (Review) (= Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. Band72). 2002, ISBN 978-0-12-540072-5, S.415–472, doi:10.1016/S0079-6603(02)72076-X, PMID 12206459.
↑M. C. Morais, Y. Tao, N. H. Olson et al.: Cryoelectron-microscopy image reconstruction of symmetry mismatches in bacteriophage phi29. In: J. Struct. Biol. 135. Jahrgang, Nr.1, 2001, S.38–46, doi:10.1006/jsbi.2001.4379, PMID 11562164, PMC 5595366 (freier Volltext) – (englisch).
↑ abM. O. Badasso, P. G. Leiman, Y. Tao et al.: Purification, crystallization and initial X-ray analysis of the head-tail connector of bacteriophage phi29. In: Acta Crystallogr. D. 56. Jahrgang, Pt 9, 2000, S.1187–1190, doi:10.1107/S0907444900009239, PMID 10957642 (englisch).
↑ abS. Bailey, J. Wichitwechkarn, D. Johnson, B. E. Reilly, D. L. Anderson, J. W. Bodley: Phylogenetic analysis and secondary structure of the Bacillus subtilis bacteriophage RNA required for DNA packaging. In: J. Biol. Chem. 265. Jahrgang, Nr.36, 1990, S.22365–22370, PMID 2125049 (englisch).
