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| 大腸菌ウイルスT7 | |
|---|---|
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ウイルスの分類 
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| (ランク外): | ウイルス |
| 領域: | デュプロドナウイルス |
| 王国： | 興公ビラエ |
| 門: | ウロウイルス亜綱 |
| クラス： | カウドビリセテス |
| 注文： | カウドウイルス目 |
| 家族： | オートグラフィウイルス科 |
| 属: | テセプティマウイルス |
| 種： | 大腸菌ウイルスT7
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バクテリオファージT7（またはT7ファージ）はバクテリオファージ、つまり細菌に感染するウイルスです。ほとんどの大腸菌株に感染し、これらの宿主に依存して増殖します。バクテリオファージT7は溶解ライフサイクルを持ち、感染した細胞を破壊します。また、実験に理想的なファージとなるいくつかの特性も備えています。精製と濃縮により化学分析で一貫した値が得られています。[2]紫外線にさらすことで非感染性にすることができます。[3] RNA結合タンパク質をクローニングするためのファージディスプレイに使用できます。[3]
発見
1945年のデメレックとファノによる研究[4]では、T7は大腸菌上で溶菌増殖する7種類のファージ（T1からT7）のうちの1つを表すために使用されました。[5] 7つのファージはすべて恣意的に番号が付けられていましたが、奇数番号のファージ、つまりT奇数ファージは、T偶数ファージと区別できる形態学的および生化学的特徴を共有することが後に発見されました。[6]このファージは物理的にT7と呼ばれるようになる前に、以前の実験で使用されていました。ドイツ系アメリカ人の生物物理学者マックス・デルブリュックは1930年代後半に同じウイルスを研究し、これをファージδと呼び、フランス系カナダ人の微生物学者フェリックス・デレルは1920年代にその近縁種を研究したと思われます。[7] [5]
ホスト
T7は大腸菌の粗面株（すなわち、表面に全長O抗原 多糖類を持たないもの）や他の腸内細菌上で増殖しますが、近縁種は滑面株や莢膜株にも感染します。[8]
ウイルス粒子の構造
ウイルスは複雑な構造的対称性を持ち、ファージのカプシドは内径55nmの正二十面体（20面）で 、直径19nm、長さ28.5nmの尾がカプシドに付着している。[9]感染時にカプシドからタンパク質が排出されるため、ウイルスは細胞内に入ると構造が変化する。[10]
ゲノム
T7ファージ[11]のゲノムは、完全に配列された最初のゲノムの1つであり、1983年に公開されました。[12]ファージ粒子の頭部には、55のタンパク質をコードする約40kbpのdsDNAゲノムが含まれています。[13]ゲノムには多数の重複遺伝子[14]があり、ゲノムの「リファクタリング」によって部分的に削除され、T7.1が生成されました。[15]
![ファージT7ゲノムの模式図。四角は遺伝子、数字は遺伝子番号。色は機能グループを示す。白い四角は機能が不明または注釈のない遺伝子。[5] より改変](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/d/db/T7_phage_genome.png/500px-T7_phage_genome.png)
ライフサイクル
T7のライフサイクルは37℃で17分、つまり感染から宿主細胞が溶解して新しいファージが放出されるまでの時間である。潜伏期間が短いため、ほとんどの生理学的研究は感染細胞が30分後に溶解する30℃で行われている。しかし、T7の高適応株は、豊富な培地で最適な条件下で増殖し、37℃でわずか約11分の潜伏期間で単離された。この適応したファージは、 1時間の成長でその個体数を10 13以上効果的に増殖させることができる。 [16]
宿主細菌の感染
T7ファージは大腸菌細胞の表面にある特定の受容体を認識し、ウイルスの尾繊維によって細胞表面に結合します。T7のいくつかの株では、尾繊維が尾スパイクに置き換えられ、酵素活性によって細胞表面のO抗原またはK抗原を分解します。[5]
吸着および浸透のプロセスでは、リゾチームを使用して細菌細胞壁のペプチドグリカン層に開口部を作成し、ウイルスDNAを細菌に移行できるようにします。T7様ファージの短くずんぐりとした尾は細胞エンベロープを越えるには短すぎるため、感染開始時にファージゲノムを細胞内に排出するためには、ウイルス粒子タンパク質がまず尾の先端から細胞質へのチャネルを作らなければなりません。[17] ファージはまた、ウイルスゲノムの複製を開始し、宿主ゲノムを切断するために必要な5つのタンパク質を放出します。[18] T7バクテリオファージは、ペプチドグリカン細胞壁やCRISPRシステムなど、宿主細菌の防御のいくつかを無効にするように進化しました。[18] T7ファージがウイルスゲノムを挿入すると、宿主ゲノムのDNA複製プロセスが停止し、ウイルスゲノムの複製が開始されます。[19]
最適な条件下では、T7ファージは25分以内に溶解プロセスを完了し、大腸菌宿主細胞を死滅させることができます。溶解時に、ウイルスは100を超える子孫を生成することができます。[18]
コンポーネント
Gp5（遺伝子gp5によってコードされる）はT7 DNAポリメラーゼである。T7 DNAポリメラーゼは、大腸菌の内因性チオレドキシン（REDOXタンパク質）をファージDNA複製中のスライディングDNAクランプとして使用する（ただし、チオレドキシンは通常は別の機能を持つ）。スライディングクランプはポリメラーゼをDNA上に保持する機能があり、合成速度を速める。[20]
DNAの複製と修復
T7ファージは、DNAとATPまたはdTTPの存在下でヘキサマーを形成する単一のポリペプチド鎖に存在するヘリカーゼとプライマーゼからなる、最も単純な既知のDNA レプリソームを持っています。大腸菌チオレドキシンの支援を受けたT7 DNAポリメラーゼは、リーディング鎖とラギング鎖の両方のDNA合成を実行します。
T7ファージでは、DNA二重鎖切断は、切断部位の隙間にドナーDNAのパッチを挿入することによって修復されると考えられます。[21]この二重鎖切断の修復は、DNAの相同相補鎖のアニーリングを促進する遺伝子2.5タンパク質によって促進されます。[22]
複製中間体
細胞溶解後に引き伸ばされたT7ファージの複製細胞内DNAは、成熟したファージ染色体（11～15μM）よりも通常は長く、成熟したファージ染色体の最大66倍の長さの高度に連結した線状鎖の形で発生することがあります。[23]複製DNAは、DNAの圧縮に必要な超らせん状のねじれが細胞溶解時の鎖切断によって解消された、多重ループDNA構成に対応すると思われるコイル状のリング構造の形でも見られます。[23]
分子生物学への応用
T7プロモーター配列は、T7 RNAポリメラーゼに対する親和性が非常に高く、高い発現レベルを示すため、分子生物学で広く使用されています。 [3] [2]
T7は合成生物学のモデルとして使われてきました。Chanら（2005）はT7のゲノムを「リファクタリング」し、ゲノムの約12kbpを人工DNAに置き換えました。 [15]人工DNAは、いくつかの方法で扱いやすくなるように設計されました。個々の機能要素は制限酵素部位で分離され、簡単に修正できるようになりました。また、重複するタンパク質コードドメインは分離され、必要に応じて1塩基対のサイレント変異によって修正されました。
参考文献
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