Кіріспе
Вирус M13 түрі – Ff фагтарының бірі (fd және f1 басқалары), талшықты бактериофагтар (иновирустар) отбасының мүшесі. Ff фагтары шеңберлі, бір тізбекті ДНК-дан (ssDNA) тұрады, ал m13 фагында ол 6407 нуклеотидтен құралған және шамамен 2700 дана негізгі қаптама ақуызы p8-бен капсулаланып, содан соң төрт түрлі кіші қаптама ақуыздарының (бір жағынан p3 және p6, екінші жағынан p7 және p9) шамамен 5 данасымен жабылады. Кіші қаптама ақуызы p3, иесі Escherichia coli бактериясының F пилусының ұшындағы рецепторға байланысады. Өмірлік циклы салыстырмалы түрде қысқа, алғашқы фаг ұрпақтары инфекциядан кейін он минут өткен соң жасушадан шығады. Ff фагтары – созылмалы фагтар, олар иесі жасушаларды өлтірмей ұрпақтарын шығарады. Инфекция E. coli колонияларында аралас тұмсықтыққа ие плактарды (жарықтарды) тудырады, бұл жарықтар қалыпты лизистік жарықтарға қарағанда орташа мөлдірлікке ие. Дегенмен, инфекцияланған жасушаларда жасуша өсу жылдамдығының төмендеуі байқалады. M13-тің көбейтілу түрі – плазмидтерге ұқсас екі тізбекті шеңберлі ДНК, ол көптеген рекомбинантты ДНК процестерінде қолданылады, сонымен қатар вирус фагтарды көрсету, бағытталған эволюция, наноқұрылымдар және нанотехнология салаларында да пайдаланылады.
M13 is one of the Ff phages (fd and f1 are others), a member of the family filamentous bacteriophage (inovirus). Ff phages are composed of circular single stranded DNA (ssDNA), which in the case of the m13 phage is 6407 nucleotides long and is encapsulated in approximately 2700 copies of the major coat protein p8, and capped with about 5 copies each of four different minor coat proteins (p3 and p6 at one end and p7 and p9 at the other end). The minor coat protein p3 attaches to the receptor at the tip of the F pilus of the host Escherichia coli. The life cycle is relatively short, with the early phage progeny exiting the cell ten minutes after infection. Ff phages are chronic phage, releasing their progeny without killing the host cells. The infection causes turbid plaques in E. coli lawns, of intermediate opacity in comparison to regular lysis plaques. However, a decrease in the rate of cell growth is seen in the infected cells. The replicative form of M13 is circular double stranded DNA similar to plasmids that are used for many recombinant DNA processes, and the virus has also been used for phage display, directed evolution, nanostructures and nanotechnology applications.
Фаг бөлшектері
Фагтық қабық негізінен фаг геноміндегі 8-ші генмен кодталған, 50 аминқышқылдан тұратын p8 ақуызынан құралады. M13 типті жабайы бөлшектің қабығын 900 нм ұзындықта жасау үшін шамамен 2700 дана p8 қажет. Қабықтың өлшемдері икемді, себебі p8 көшірмелерінің саны оның ішінде орналасқан бір тізбекті геномның мөлшеріне бейімделеді. Фагтың ДНҚ мазмұны табиғи деңгейден шамамен екі есеге дейін шектелген. Дегенмен, фаг ақуызының (p3) жойылуы E. coli қабылдаушы жасушасынан толық шығуға кедерілдіреді, және фаг геномының бірнеше көшірмесі бар, қалыпты ұзындығынан 10-20 есе үлкен фагтардың E. coli қабылдаушы жасушасынан бөлініп шығатыны байқалады. Қиындықтың бір жағында бетке ашық белоктың (p9) бес данасы және одан да жасырылған серіктес белок (p7) болады. Егер p8 фагдың тірегін құраса, p9 және p7 микроскопияда көрінетін "доғал" ұшын құрайды. Бұл ақуыздар өте кішкентай, құрамында тек 33 және 32 аминқышқылы бар, бірақ олардың әрқайсысының N-терминалды бөлігіне қосымша қалдықтар қосылуы мүмкін, содан кейін олар қабықтың сыртына шығады. Фаг бөлшегінің екінші жағында бетке ашық белоктың (p3) бес көшірмесі және оның аз ашық қосалқы ақуызы (p6) болады. Бұл фагтың дөңгелек ұшын құрайды және инфекция кезінде E. coli қабылдаушы жасушасымен алғашқы байланысқа түсетін ақуыздар болып табылады. Ақуыз p3 сондай-ақ жаңа фаг бактерия бетінен шыққанда қабылдаушымен соңғы байланыс нүктесі болып табылады. Фаг бөлшектерінің пайда болуы қабылдаушы жасушаның өсуіне және бөлінуіне себеп болады, бірақ жасушаның лизисіне әкелмейді. Оң тізбекті ДНҚ жасушаға енгеннен кейін, ол екі тізбекті ДНҚ құру үшін көбейтіледі, содан кейін ақуыздарды құрастыруға қажетті мРНҚ-ны транскрипциялау үшін қолданылады.
Зерттеу
Джордж Смит және басқалар ЭКОРИ эндонуклеаза фрагменттерінің f1 жіпшелі фагтың бірегей Bam сайтында біріктірілуі мүмкін екенін, соның арқасында оның p3 протеині сыртқы ортаға қолжетімді 3-генінде экспрессияланатынын көрсетті. M13-те 3-генде осындай бірегей Bam сайты жоқ. M13-тің кірісу орындарына қолжетімді болуы үшін гендік инженерия жасау қажет болды, бұл әртүрлі өлшемдегі кіргіштерді қолданудағы икемділігін шектеді. M13 фагтық дисплей жүйесі фагтағы рекомбинантты ақуыздардың орналасуы мен санында үлкен икемділікке мүмкіндік береді, сондықтан ол наноқұрылымдарды құрастыруға немесе олардың негізі ретінде пайдалануға арналған танымал құрал болып табылады. Мысалы, фагты әр шетінде және бойында әртүрлі белоктармен жабдықтауға болады. Бұл алтын немесе кобальт оксидінен наносымдарды батареялар үшін, немесе көміртектік нанотүтіктерді фотовольтаикада қолдану үшін тікелей жинақтауға пайдаланылады. M13 капсиді – қатты денелік ЯМР (NMR) арқылы толыққандай анықталған тұтас вирус құрылымының алғашқы мысалы.