Введение
Вирус, заражающий микобактерии Микобактериофаг - это член группы бактериофагов, у которых микобактерии являются бактериальными видами-хозяевами. Первоначально изолированные из бактериальных видов Mycobacterium smegmatis и Mycobacterium tuberculosis, возбудителя туберкулеза, более 4200 микобактериофагов были изолированы из различных источников окружающей среды и клинических исследований. 2042 были полностью секвенированы. Микобактериофаги служат примером вирусной лизогенезы и дивергентной морфологии и генетического расположения, характерных для многих типов фагов. Все обнаруженные до сих пор микобактериофаги имели двойные ДНК-геномы и были классифицированы по структуре и внешнему виду в сифовирусы или миовирусы.
A mycobacteriophage is a member of a group of bacteriophages known to have mycobacteria as host bacterial species. While originally isolated from the bacterial species Mycobacterium smegmatis and Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of tuberculosis, more than 4,200 mycobacteriophage have since been isolated from various environmental and clinical sources. 2,042 have been completely sequenced. Mycobacteriophages have served as examples of viral lysogeny and of the divergent morphology and genetic arrangement characteristic of many phage types. All mycobacteriophages found thus far have had double stranded DNA genomes and have been classified by their structure and appearance into siphoviridae or myoviridae.
Открытие
Бактериофаг, обнаруженный для заражения Mycobacterium smegmatis в 1947 году, был первым задокументированным примером микобактериофага. Он был обнаружен в культурах бактерий, которые изначально росли в влажном компосте. Первый бактериофаг, заражающий M. tuberculosis, был обнаружен в 1954 году.
Разнообразие
Тысячи микобактериофагов были выделены с использованием одного штамма хозяина, Mycobacterium smegmatis mc2155, более 1400 из которых были полностью секвенированы. Хотя они еще не секвенированы. Было выявлено около 30 различных типов (называемых кластерами или синглетонами, если у них нет родственников), которые имеют мало сходства в нуклеотидной последовательности. Многие кластеры обладают достаточным разнообразием, чтобы геномы могли быть разделены на подкластеры (рисунок 1). [[Файл:Разнообразие микобактериофагов. Пинг-эй-си-тхунг-эй-си-центр Пинг-эй-си-тхунг-эй-си-тхунг-центр Разнообразие микобактериофагов. Секвенированные геномы 471 микобактериофага сравнивались в соответствии с их общим содержанием генов и общей схожестью нуклеотидной последовательности. Цветные круги охватывают кластеры AT, как указано, а серые круги представляют собой геномы одиночных клеток, не имеющих близких родственников. A1, A2, A3 указывают подкластеры. Микрографии показывают морфотипы миовирусных фагов кластера С и сифовирусов (все остальные), которые в основном отличаются длиной хвоста (бары шкалы: 100 нм). За исключением DS6A (одиночного вида), все фаги заражают M. smegmatis mc2155. Фаги кластера K и подмножество фагов кластера A также заражают M. tuberculosis. Из Hatfull 2014
Таксономия
В соответствии с результатами кластеризации phageDB микобактериофаги разделены на много мест на дереве таксономии вирусов ICTV. Некоторые примеры: фаг L5 и его родственники классифицируются как Fromanvirus. См. Микобактериальный вирус L5. ZoeJ и TM4 классифицируются как Тимкватровирус (названный в честь TM4). Фаг "Корндог" классифицируется как вирус корндог.
Phage L5 and its relatives are classified as Fromanvirus. See Mycobacterium virus L5. ZoeJ and TM4 are classified as Timquatrovirus (named after TM4). Phage "Corndog" is classified as Corndogvirus.
Диапазон хостов
Анализ диапазона хозяев показывает, что не все микобактериофаги из M. smegmatis заражают другие штаммы и только фаги в кластере K и в некоторых подкластерах кластера A эффективно заражают M. tuberculosis (рисунок 1). Однако мутанты могут быть легко выделены из некоторых фагов, которые расширяют свой диапазон хозяев, чтобы заразить эти другие штаммы. В последующие годы были секвенированы сотни дополнительных геномов. В 2009 году была выделена выборка из 60 микобактериофагов, и их геномы были секвенированы. Эти последовательности генома были сгруппированы в кластеры несколькими методами в попытке определить сходство между фагами и исследовать их генетическое разнообразие. Более половины видов фагов были первоначально обнаружены в Питтсбурге или вблизи него, хотя другие были обнаружены в других местах Соединенных Штатов, Индии и Японии. В геномах микобактериофагов различного происхождения не было обнаружено никаких явных различий.
Приложения
Исторически микобактериофаги использовались для "типирования" (т.е. "диагностики") микобактерий, поскольку каждый фаг заражает только один или несколько штаммов бактерий. В 1980-х годах фаги были обнаружены как инструменты для генетической манипуляции их хозяевами. Например, фаг TM4 был использован для построения шаттльных фазмидов, которые реплицируются как большие космодиды в Escherichia coli и как фаги в микобактериях. Шаттловыми фазмидами можно манипулировать в E. coli и эффективно вводить чужую ДНК в микобактерии. Фаги с микобактериальными хозяевами могут быть особенно полезны для понимания и борьбы с микобактериальными инфекциями у людей. Разработана система, позволяющая использовать микобактериофаги, несущие репортерный ген, для скрининга штаммов M. tuberculosis на устойчивость к антибиотикам. В будущем микобактериофаги могут использоваться для лечения инфекций с помощью фаготерапии. В 2019 году сообщалось, что три микобактериофага вводились внутривенно два раза в день 15-летней девочке с муковисцидозом и диссеминированной M. abscessus subsp. массилиенцевой инфекции, возникшей после пересадки легкого. Пациент получил явную пользу от лечения, и лечение фагами в сочетании с антибиотиками продолжалось несколько лет. В 2022 году сообщалось, что два микобактериофага вводились внутривенно два раза в день молодому человеку с рефрактерной к лечению M. abscessus subsp. абсцесс инфекция легких и тяжелая муковисцидоза. После примерно 100 дней комбинированного лечения фагом и антибиотиками, культура дыхательных путей для M. abscessus стала отрицательной, и различные биомаркеры подтвердили терапевтический ответ. После 379 дней лечения пациенту была проведена двусторонняя пересадка легких, и культура из эксплантированной ткани легких подтвердила ликвидацию бактерий.