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| 大腸菌ウイルスΦX174 | |
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| ファージΦX174の電子顕微鏡写真 | |
ウイルスの分類 
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| (ランク外): | ウイルス |
| 領域: | モノドナビリア |
| 王国： | サンゲルビラエ |
| 門: | フィクスビリコタ |
| クラス： | マルグランダビリセテス |
| 注文： | プチビラル |
| 家族： | ミクロウイルス科 |
| 属: | シンスハイマーウイルス |
| 種： | 大腸菌ウイルスΦX174
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ファイX 174（またはΦX174）バクテリオファージは、大腸菌に感染する一本鎖DNA（ssDNA）ウイルスです。このウイルスは、1935年にニコラス・ブルガーコフ[1]によって、パスツール研究所のフェリックス・デレルの研究室で、パリの下水道で収集されたサンプルから分離されました。その特性評価と複製メカニズムの研究は、1950年代以降に行われました。これは、配列決定された最初のDNAベースのゲノムでした。この研究は、1977年にフレッド・サンガーと彼のチームによって完了しました。 [2] 1962年には、ウォルター・フィアーズとロバート・ジンスハイマーが、ΦX174 DNAの物理的、共有結合的に閉じた環状性をすでに実証していました。[3]ノーベル賞受賞者のアーサー・コーンバーグは、 ΦX174をモデルとして、精製酵素によって試験管内で合成されたDNAが天然ウイルスのすべての特徴を生成できることを初めて証明し、合成生物学の時代の到来を告げました。[4] [5] 1972年から1974年にかけて、ジェラルド・ハーウィッツ、スー・ウィックナー、リード・ウィックナーは協力者とともに、ウイルスの一本鎖形態から二本鎖の複製形態への変換を触媒する酵素を生成するために必要な遺伝子を特定しました。[6] 2003年、クレイグ・ベンターのグループにより、ΦX174のゲノムが合成オリゴヌクレオチドから試験管内で完全に組み立てられた最初のゲノムであると報告されました。 [7] ΦX174ウイルス粒子も試験管内で組み立てられています。[8] 2012年には、その高度に重複したゲノムが完全に解凍されても機能を維持できることが示されました。 [9]
ゲノム
このバクテリオファージは、5,386ヌクレオチドの[+]センス環状一本鎖DNAゲノムを持っています。[10]ゲノムGC含有量は44％で、ヌクレオチドの95％はコーディング遺伝子に属しています。ゲノムのバランスのとれた塩基パターンのため、イルミナシーケンサーのコントロールDNAとして使用されています。[引用が必要]
遺伝子
ΦX174は11個の遺伝子をコードしており、発見された順にアルファベットの連続した文字で命名されているが、大きなA遺伝子内の代替開始コドンであるA*は例外である。遺伝子A*とKのみが非必須であると考えられているが、A*については開始コドンがATTには変更できても他の配列には変更できないため疑問が残る。[11] ATTは大腸菌内でタンパク質を生成できる可能性が高いことが現在では分かっており[12]、したがってこの遺伝子は実際には必須である可能性がある。
ΦX174ゲノムの前半は遺伝子重複率が高く[13]、 11個の遺伝子のうち8個が少なくとも1ヌクレオチド重複している[2] 。 これらの重複は必須ではないことが示されている[9]が、すべての遺伝子重複を除去したリファクタリングされたファージは野生型よりも適応度が低下していた[14] 。
ファージΦX174は、「合成による証明」アプローチを通じて、未発見の遺伝情報が存在しないことを証明するために使用されてきた。[15]
トランスクリプトーム
2020年に、 ΦX174のトランスクリプトームが生成されました。[16] ΦX174トランスクリプトームの注目すべき特徴は、最大4つのRho非依存性（内在性）ターミネーターと1つのRho依存性ターミネーターと直列に並んだ、最大4つの比較的弱いプロモーターのシリーズです。[要出典]
タンパク質
ΦX174は11個のタンパク質をコードします。
プロテオーム
最近、質量分析法を用いたすべてのΦX174タンパク質の同定が報告された。[14]
感染サイクル
感染は、Gタンパク質が細菌宿主細胞表面のリポ多糖類に結合することで始まる。Hタンパク質（またはDNAパイロットタンパク質）は、大腸菌の細菌膜を介してウイルスゲノムを操縦する[18] 。おそらく予測されるN末端膜貫通ドメインヘリックスを介してである。[19] しかし、Hタンパク質は多機能タンパク質であることが明らかになっている。[20]これは、いくつかの理由により結晶構造を欠くΦX174の唯一のウイルスカプシドタンパク質である。芳香族含有量が低くグリシン含有量が高いため、タンパク質構造が非常に柔軟であり、さらに、個々の水素原子（グリシンのR基）はタンパク質結晶構造解析で検出するのが困難である。さらに、Hタンパク質は、予測されるN末端膜貫通ヘリックスが細菌壁に簡単に穴を開けるため、高濃度で細菌宿主の溶解を誘発する。バイオインフォマティクスによると、このタンパク質には、既知の転写因子と有意な相同性を持つ4つの予測コイルドコイルドメインが含まれている。さらに、他のウイルスタンパク質の最適な合成には、 de novo Hタンパク質が必要であることが判明しました。 [21]ウイルスの取り込みを妨げるHタンパク質の変異は、内部の足場タンパク質であるタンパク質Bを過剰に供給することで克服できます。[要出典]
DNAは、5回折り返し頂点の親水性チャネルを通って排出される。[22] Hタンパク質はこの領域に存在すると考えられているが、実験的証拠ではその正確な位置は確認されていない。宿主細菌内に入ると、[+] ssDNAゲノムの複製はマイナスセンスDNA中間体を介して進行する。これは、ファージゲノムがスーパーコイル化し、そのようなスーパーコイル化によって形成された二次構造がプライモソームタンパク質複合体を引き付けることによって行われる。これはゲノムの周りを1回転座し、元のプラスゲノムから[−]ssDNAを合成する。ウイルスにパッケージ化される[+]ssDNAゲノムは、ローリングサークルメカニズムによってこれから作成される。これは、ウイルスにコードされたAタンパク質によって二重鎖スーパーコイルゲノムのプラス鎖に切れ目を入れ、細菌DNAポリメラーゼ（DNAP）を切断部位に引き付けるメカニズムである。 DNAP は、マイナス鎖をテンプレートとして使用してプラス鎖 DNA を作成します。DNAP はゲノム内を移動すると、すでに合成された DNA の外側の鎖を置き換え、その外側の鎖はすぐにSSBPタンパク質で覆われます。A タンパク質は、起点配列を認識するたびにゲノム全体を切断します。[引用が必要]
D タンパク質は最も豊富な遺伝子転写物であるため、ウイルスのプロカプシドで最も豊富なタンパク質です。同様に、F、J、G の遺伝子転写物は、これらの構造タンパク質の化学量論が 5:5:5:1 であるため、H よりも豊富です。プライモソームは、テンプレートに酵素ヘリカーゼを付着/結合するタンパク質複合体です。プライモソームは、DNA 合成用の RNA プライマーを鎖に提供します。[引用が必要]
突然変異率
phiX174の変異率は、コピー1回あたり塩基あたり1.0 x 10 -6の置換と推定されており、これはドレイクの法則（DNAベースの微生物のコピー1回あたりゲノムあたり0.003の変異）と一致する値である。[23]
組み換え
PhiX174は遺伝子組み換えを受けることができる。遺伝子交配で得られた組み換え頻度に基づいて、遺伝子地図が構築された。[24] phiX174における組み換えは、高い負の干渉、すなわち組み換えイベントの正の相関（負の干渉）と関連している（ウィキペディアの交差干渉を参照）。[24]
系統発生と多様性
ΦX174は他のミクロウイルス科、特にNCファージ（NC1、NC7、NC11、NC16、NC37、NC5、NC41、NC56、NC51など）と近縁であり、G4様ファージとは遠縁であり、α3様ファージとは更に遠縁である。Rokytaら2006はそれらの関係の系統樹を提示した。[25]
用途
実験的進化
ΦX174は多くの進化実験のモデル生物として使われてきました。 [26]
バイオテクノロジー
ΦX174は、他の生物に比べてゲノムサイズが比較的小さく、ヌクレオチド含有量が比較的バランスが取れていること（約23% G、22% C、24% A、31% T、つまり45% G+C、55% A+T）から、DNAシーケンシングのポジティブコントロールとして定期的に使用されています。5,386ヌクレオチドの長さの配列については、アクセッション番号NC_001422.1 [10]を参照してください。イルミナのシーケンシング機器は、ΦX174をポジティブコントロールとして使用しており、[27]イルミナの1回のシーケンシング実行で、ΦX174ゲノムを数百万回以上カバーできるため、これはおそらく歴史上最も頻繁にシーケンシングされたゲノムです。[要出典]
ΦX174は、血液感染性ウイルスに対する個人用保護具の耐性を試験するためにも使用される。 [28]
ΦX174はウイルスカプシドGタンパク質からのペプチドディスプレイ（ファージディスプレイ）を可能にするためにも改変されている。[29]
合成生物学
ΦX174ゲノムは酵母でクローン化された最初のファージであり[9]、ゲノム改変のための便利なドライドックを提供します。[30] ΦX174は、すべての遺伝子重複が除去され、完全に解凍された最初のゲノムでもあります。[13]これらの変更の影響により、宿主への付着、タンパク質発現の調節異常、および熱感受性が大幅に減少しました。[14]
参照
参考文献
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外部リンク
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