Bakteriofagi T4 kuuluu suuriin T-even-sarjan faageihin. T4-faagi-DNA on lineaarinen, kaksijuosteinen, sen molekyylipaino on 120 * 10 6, pituus 165 tuhatta emäsparia, mikä riittää koodaamaan noin 200 geeniä. Lähes 100 faagigeenin sijainti geneettisellä kartalla määritettiin (kuvio 1). Faagi-DNA-molekyyleille on tunnusomaista terminaalinen redundanssi (näiden alueiden pituus on useita prosentteja koko DNA:n pituudesta, ts. useita tuhansia emäspareja). Faagi-DNA-molekyylit ovat kooltaan ja geneettisesti koostumukseltaan identtisiä, mutta nukleotidisekvenssiltään heterogeenisia (geenien syklisten permutaatioiden seurauksena).

T4 on erittäin suuri faagi, jolla on melko täydellinen ja itsenäinen replikaatiolaitteisto. Minuutin sisällä T4-faagin adsorptiosta isäntämolekyylien synteesi pysähtyy lähes kokonaan, joidenkin faagigeenien transkriptio alkaa ja 4 minuuttia myöhemmin faagin DNA:n replikaatio on jo käynnissä. T4-faagiinfektio on erinomainen malli replikaation ja geeniekspression säätelyn tutkimiseen.

T4-faagin DNA-replikaatio alkaa kohdasta, joka sijaitsee geenien 42 ja 43 välissä, ja kulkee kahteen suuntaan. Myöhemmin syntyy monia replikointipisteitä, mikä johtaa jopa 60 replikointihaarukkaan.

Yksi T4-faagin käytön eduista mallijärjestelmänä DNA:n replikaation tutkimiseen on se, että faagi koodaa kaikkia ketjun pidentymiseen tarvittavia proteiineja. Yksitoista proteiinia on tunnistettu, jotka osallistuvat replikaatiohaarukan muodostumiseen ja liikkumiseen, mutta vain 5 niistä tarvitaan ydinjärjestelmän luomiseen. Nämä ovat geenien 43 (T4 DNA-polymeraasi), 32 (yksijuosteinen DNA:ta sitova proteiini), 44, 62, 45 (apuproteiinit) tuotteita. Näiden proteiinien vuorovaikutus määrittää replikaation tarkkuuden.

T4-faagin (ja muiden T-faagien) DNA:n koostumuksessa tavanomaisen sytosiinin sijaan. sisältää epätavallisen emäksen - oksimetyylisytosiinin (OMC). Useimmat OMC-tähteet ovat glukosyloituja. Melkein kaikki tunnetut restriktioentsyymit eivät leikkaa DNA:ta sellaisilla modifioiduilla emäksillä. Restriktioentsyymit E. coli tunnistaa glukosyloimattomat OMC-tähteet tietyissä sekvensseissä ja tuhoaa tällaisen DNA:n. T-even faagit eivät ainoastaan ​​suojaa isäntärestriktioentsyymejä vastaan, vaan myös koodaavat nukleaaseja, jotka hajottavat modifioimatonta isäntä-DNA:ta eivätkä vaikuta faagi-DNA:han.

T4-faagi-DNA:n OMC-tähteiden glykosylaatio on geneettisesti määritettyä, se tapahtuu siirtämällä glykosyylitähteet DNA:han muutamassa minuutissa polymeroinnin jälkeen spesifisten entsyymien, glykosyylitransferaasien, avulla. Tällainen taistelumenetelmä olisi voinut syntyä vain niin suuressa faagissa kuin T4.

Bakteriofagi T4 on paljon monimutkaisempi virus kuin TMV. Sen kaksijuosteinen DNA sisältää noin 165 geeniä verrattuna

Riisi. 30.7. TMV-RNA:n osa, joka käynnistää TMV-viruspartikkelin kokoamisen.

Riisi. 30.8. Elektronimikroskooppikuva osittain rekonstruoiduista TMV-hiukkasista. Jokaisesta kasvavasta virionista on näkyvissä kaksi RNA-häntää.

Riisi. 30.9. VTM-kokoonpanon kaavio. A - RNA:n aloitusalue muodostaa silmukan ja siirtyy proteiinikiekon keskusreikään. levy muuttuu kierteisen "iskualuslevyn" muotoon. B - uudet levyt kiinnitetään RNA:n päähän, jossa silmukka sijaitsee. yksi RNA:n päistä vedetään jatkuvasti keskireiän läpi ja on vuorovaikutuksessa uusien levyjen kanssa. kaavamainen esitys RNA-molekyylistä osittain kootussa viruksessa. RNA:n liikkeen suunta on osoitettu nuolella. (Butler P. J. G., Klug A., Sci. Amer., 1978.)

6 TMV-geenillä. T4-faagin rakennetta, lisääntymistä ja kokoamisprosessia on kuitenkin tutkittu varsin hyvin, koska se on altistettu intensiiviselle geneettiselle ja biokemialliselle analyysille. Virion T4 koostuu päästä. prosessi ja kuusi prosessin filamenttia (fibrilliä) (kuva 30.10). Sen DNA-molekyyli on tiiviisti pakattu ikosaedriseen proteiinikuoreen ja muodostaa viruksen pään. Prosessi koostuu kahdesta koaksiaaliputkesta, jotka on yhdistetty päähän lyhyellä kaulalla. Prosessissa supistuva vaippa ympäröi keskusakselia, jonka kautta DNA viedään isäntäbakteeriin. Prosessin lopussa on peruslevy, jossa on kuusi lyhyttä hammasta, joista kuusi pitkää ohutta filamenttia ulottuu.

Prosessifilamenttien päät sitoutuvat tiettyihin kohtiin E. coli -solussa. ATP-riippuvaisen supistumisen seurauksena vaippa vetää faagin pään tyvikalvoon ja prosessoi filamentteja, minkä seurauksena keskussauva tunkeutuu soluseinän läpi, mutta ei solukalvon läpi. Paljastunut faagi-DNA tunkeutuu sitten solukalvon läpi. Muutaman minuutin kuluttua kaikki solun DNA:n, RNA:n ja proteiinin synteesin reaktiot pysähtyvät ja virusmakromolekyylien synteesi alkaa. Toisin sanoen solun tartuttava virus ottaa haltuunsa bakteerisolun synteettiset mekanismit ja korvaa sen geenit omillaan.

T4-faagi-DNA:ssa on kolme geeniryhmää, jotka transkriptoituvat infektion eri vaiheissa: esivarhainen, varhainen ja

Riisi. 30.10. T4-faagin elektronimikroskooppikuva. (Williams R. C., Fisher H. W., An electronic micrographic atlas of viruses, C. C. Thomas, Springfield,

1974. Uusintapainos kustantajan ystävällisellä luvalla.)

Taulukko 30.2. (katso skannaus) T4-faagigeenit

myöhemmin. Esivarhaiset ja varhaiset geenit transkriptoidaan ja transloidaan ennen kuin T4-faagi-DNA syntetisoidaan. Jotkut näiden geenien koodaamat proteiinit sammuttavat solun makromolekyylien synteesin. Pian infektion jälkeen isäntäsolun DNA hajotetaan deoksiribonukleaasin vaikutuksesta, jota koodaa yksi T4-faagin varhaisista geeneistä. Tämä entsyymi ei hydrolysoi itse T4-faagin DNA:ta, koska se ei sisällä sytosiiniklustereita (ryhmiteltyjä tähteitä). T4-faagi-DNA sisältää hydroksimetyylisytosiinia (HMC) sytosiinin sijasta. Lisäksi T4-DNA:ssa olevat HMC-tähteet glukosyloituvat.

Nämä sytosiinijohdannaiset liitetään T4-bakteriofagin DNA:han useiden faagispesifisten entsyymien vaikutuksesta, jotka syntetisoidaan infektion varhaisessa vaiheessa. Yksi niistä hydrolysoi dCTP:tä muodostaen dCMP:tä estääkseen dCTP:n liittymisen T4-faagi-DNA:han. Sitten toinen entsyymi lisää hydroksimetyyliryhmän dCMP:hen ja

Hydroksimetyylisytidylaatti. Kolmas entsyymi muuttaa α-hydroksimetyylisytidylaatin trifosfaatiksi, joka toimii substraattina DNA-polymeraasille. Lopuksi neljäs entsyymi glykosyloi osan DNA:n hydroksimetyylisytosiinitähteistä.

Myöhäisten proteiinien synteesi liittyy T4-faagi-DNA:n replikaatioon. Tässä vaiheessa muodostuu kapsidiproteiineja ja lysotsyymiä. Kun jälkeläisten virionien kokoonpano on valmis, lysotsyymi hydrolysoi bakteerisolun seinämän ja tuhoaa sen. Noin 20 minuuttia tartunnan jälkeen ilmaantuu noin kaksisataa uutta viruspartikkelia.