Микровирусы: Семейство одноцепочечных ДНК-бактериофагов

Введение

Семья одноцепочечных ДНК-бактериофагов Microviridae — это семейство бактериофагов с одноцепочечным ДНК-геномом. Название семейства происходит от древнегреческого слова μικρός, означающего «маленький». Это связано с размером их геномов, которые одни из самых маленьких среди ДНК-вирусов. Естественными хозяевами служат энтеробактерии, внутриклеточные паразитические бактерии и спироплазмы. В семействе насчитывается 22 вида, разделенных на семь родов и два подсемейства.

Вирусология

Вирионы не имеют оболочки, округлые, с икосаэдрической симметрией (T = 1). Их диаметр составляет от 25 до 27 нанометров, и они не имеют хвостов. Каждый вирион содержит по 60 копий белков F, G и J и 12 копий белка H. Они имеют 12 пятиугольных пентамеров в форме усечённого конуса (~7,1 нм в ширину × 3,8 нм в высоту), каждый из которых состоит из 5 копий белка G и одной копии белка H. Вирусы этого семейства реплицируют свои геномы посредством механизма катящегося круга и кодируют специализированные белки инициирования RCR. Хотя большинство видов этого семейства имеют литический жизненный цикл, некоторые могут иметь умеренный жизненный цикл.

Геном

Размеры генома варьируются от 4,5 до 6 кб и имеют кольцевую форму. Он кодирует 11 генов (в порядке: A, A*, B, C, K, D, E, J, F, G и H), девять из которых являются эссенциальными. Неэссенциальные гены – это E и K. Некоторые гены имеют перекрывающиеся рамки считывания. Белок A* кодируется внутри белка A. Ему не хватает примерно 1/3 аминокислот от N-конца белка A и он кодируется в той же рамке, что и белок A. Он транслируется из внутреннего стартового кодона в мРНК. Ген E кодируется совместно с геном D со сдвигом рамки +1. Ген K перекрывает гены A, B и C. Начало репликации находится в пределах последовательности из 30 нуклеотидов. Вся последовательность из 30 нуклеотидов необходима для репликации.

Молекулярная биология

Большой капсидный белок (F) состоит из 426 аминокислот, основной шиповидный белок (G) – из 175 аминокислот, малый белок, связывающий ДНК (J) – из 25–40 аминокислот, а пилотный белок ДНК (H) – из 328 аминокислот. Основным мотивом сворачивания белка F является восьмицепочечный антипараллельный β-баррель, распространенный для многих белков вирусных капсидов. Белок G представляет собой плотный β-баррель, чьи цепи расходятся радиально наружу. Белки G встречаются группами по пять, формируя 12 шипов, которые окружают гидрофильный канал. Высокоосновной J-белок не имеет вторичной структуры и расположен во внутренней щели белка F. Он не содержит кислых аминокислотных остатков, а двенадцать основных остатков сосредоточены в двух кластерах в N-конце, разделенных богатой пролином областью. Для сборки вириона используются два белка-каркаса: внутренний белок-каркас B и внешний белок-каркас D. Функция белка B, по-видимому, заключается в снижении количества белка D, необходимого вириону для сборки. Белок H – это многофункциональный структурный белок, необходимый для доставки вирусной ДНК внутрь клетки-хозяина в процессе проникновения. Белок E – это мембранный белок, состоящий из 91 аминокислоты, который вызывает лизис клеток-хозяев, ингибируя транслоказу MraY хозяина. Эта ингибирующая активность локализована в пределах N-концевых 29 аминокислот. Белок A является одноцепочечной эндонуклеазой и отвечает за инициирование репликации вирусной ДНК. Он катализирует расщепление и лигирование фосфодиэфирной связи между парой нуклеотидных остатков G и A в начале фи-X. Он может быть не существенным для жизнеспособности фага, но размеры вспышек уменьшаются на 50% при его мутации. Белок A* ингибирует репликацию ДНК хозяина. В отличие от белка A, он способен расщеплять вирусную ДНК phi X в присутствии одноцепочечного связывающего белка хозяина. Белок A*, как и белок A, может быть не необходим для жизнеспособности фага. Белок C повышает точность реакций завершения и повторного инициирования и необходим для упаковки вирусной ДНК в белковую оболочку. Белок K состоит из 56 аминокислот и находится в мембране клетки-хозяина. Похоже, что он способен увеличить размер вспышки вируса.

The major capsid protein (F) has 426 amino acids, the major spike protein (G) has 175 amino acids, the small DNA binding protein (J) has 25–40 amino acids, and the DNA pilot protein (H) has 328 amino acids. The major folding motif of protein F is the eight stranded antiparallel beta barrel common to many viral capsid proteins. The G protein is a tight beta barrel with its strands running radially outward. The G proteins occur in groups of five forming 12 spikes that enclose a hydrophilic channel. The highly basic J protein lacks any secondary structure and is situated in an interior cleft of the F protein. It has no acidic amino acid residues in the protein and the twelve basic residues are concentrated in two clusters in the N terminus separated by a proline rich region. Assembly of the virion uses two scaffolding proteins, internal scaffolding protein B and external scaffolding protein D. The function of protein B seems to be to lower the amount of protein D needed by the virion for assembly. Protein H is a multifunctional structural protein required for piloting the viral DNA into the host cell interior during the entry process. Protein E is a 91 amino acid membrane protein that causes host cell lysis by inhibiting the host translocase MraY. This inhibitory activity is located within the N terminal 29 amino acids. Protein A is a single strand endonuclease and is responsible for the initiation of viral DNA replication. It catalyses cleavage and ligation of a phosphodiester bond between a G and A nucleotide residue pair at the phi X origin. It may not be essential for phage viability but burst sizes are reduced by 50% when it is mutated. Protein A* inhibits host DNA replication. Unlike protein A it is capable of cleaving the phi X viral DNA in the presence of single stranded binding protein of the host. Protein A*, like Protein A, may not be required for phage viability. Protein C increases the fidelity of the termination and reinitiation reactions and is required for the packagaging of the viral DNA in to the protein shell. Protein K has 56 amino acids and is found in the membrane of the host cell. It appears to be able to increase the burst size of the virus.

Таксономия

Это семейство делится на два подсемейства: Gokushovirinae и Bullavirinae (бывший род Microvirus). Эти группы различаются по хозяевам, структуре генома и составу вирионов. Название Gokushovirinae происходит от японского, означающего «очень маленький». В настоящее время известно, что гокушовирусы инфицируют только облигатные внутриклеточные паразиты. Все представители подсемейства Bullavirinae инфицируют энтеробактерии. Предложена еще одна возможная группа – Alpavirinae, инфицирующая порядок Bacteroidales. Этот клад имеет организацию генома, отличающуюся от других представителей этого семейства. Название происходит от слова «пичо», означающего «маленький» на окситанском языке. Еще один вирус был выделен из кишечника индейки, обладающий характеристиками, схожими с другими микровирусами, но существенно отличающимися от известных видов.