Высокий

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4052 (2023) Цитировать эту статью

1553 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

E217 представляет собой фаг Pseudomonas, используемый в экспериментальной смеси для уничтожения Pseudomonas aeruginosa, связанной с муковисцидозом. Здесь мы описываем структуру всего вириона E217 до и после выброса ДНК с разрешением 3,1 Å и 4,5 Å соответственно, определенную с помощью криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ). Мы идентифицируем и создаем структуры de novo для 19 уникальных продуктов гена E217, определяем машину выброса хвостового генома как в расширенном, так и в сжатом состояниях, а также расшифровываем полную архитектуру базовой пластинки, образованной 66 полипептидными цепями. Мы также определяем, что E217 распознает О-антиген хозяина как рецептор, и разрешаем N-концевую часть O-антигенсвязывающего хвостового волокна. Мы предполагаем, что принципы дизайна E217, представленные в этой статье, сохраняются среди PB1-подобных фагов Myoviridae рода Pbunavirus, которые кодируют базовую пластинку ~ 1,4 МДа, что значительно меньше, чем у колифага T4.

Бактериофаг E217 инфицирует Pseudomonas aeruginosa и является частью экспериментального фагового коктейля, разработанного для уничтожения инфекций P. aeruginosa у личинок Galleria mellonella (восковой моли) и моделей позвоночных1,2,3. E217 представляет собой PB1-подобную Myoviridae рода Pbunavirus, характеризующуюся геномом ~66,2 т.п.н.1, что значительно меньше, чем у классического фага энтеробактерий Т4 (~169 т.п.н.)4. PB1-подобные фаги повсеместно распространены на Земле5, их можно обнаружить в пресной воде в США6 и Бразилии7, а также в канализационных и сточных водах в Европе8. Эти фаги имеют геномы размером ~65 т.п.н. и значительно более простые комплексы базовой пластинки, чем классический колифаг Т4. Уникальная пятичастная вершина капсида E217 занята длинным сократительным хвостовым аппаратом, который нарушает икосаэдрическую симметрию9. Хвост соединяется с додекамерным портальным белком, который заменяет капсидный пентон в уникальной вершине, обеспечивая вирусу входной и выходной канал для упаковки и выброса ДНК10. Геном E217 упакован в незрелый капсид-предшественник (или прокапсид) с использованием двух субъединиц терминазы, TerL и TerS, которые мы недавно охарактеризовали11. Одновременно базовая пластинка собирает и рекрутирует хвостовую трубку, белки-оболочки и волокна, прикрепляющиеся к вершине портала через шейку, образованную дополнительными факторами.

Большинство современных знаний о сборке Myoviridae экстраполированы из модельной системы T4, которая интенсивно изучается уже более столетия12,13,14. У Myoviridae базовая пластинка представляет собой мультисубъединичный комплекс, который осуществляет различную активность, включая прикрепление к поверхности хозяина, проникновение во внутреннюю мембрану хозяина и связанный с сокращением выброс генома. Архитектура изолированной базовой пластинки Т4 была выяснена в состояниях до и после сокращения с использованием мутанта (T4-18am-23am), который собирает весь комплекс базальная пластинка-хвостовая трубочка, но не может включить его в вирион15. 16. Базовая пластина Т4 представляет собой машину размером ~6 МДа, построенную из 15 различных полипептидных цепей, повторяющихся в нескольких копиях для создания молекулярного комплекса из ~145 белков. Базовая пластинка Т4 имеет диаметр ~490 Å, что в два раза больше, чем у бактериальной рибосомы, и содержит волокна как с короткими, так и с длинными хвостами, ответственными за прикрепление фага к клеточной стенке бактерий17,18. Ху и др. проанализировали Т4 на различных стадиях инфекции с помощью криоэлектронной томографии (крио-ЭТ)19. Интересно, что большинство волокон с длинными хвостами перед инфицированием загибаются обратно против вириона и не взаимодействуют напрямую с поверхностью хозяина. Первым событием сокращения хвоста является необратимое связывание коротких волокон хвоста, выступающих из нижней части опорной пластинки, с внешней мембраной хозяина, что запускает сокращение оболочки. В результате этого события хвостовая трубка попадает в периплазму с последующим выбросом генома. Прокол мембраны хозяина не требует движущей силы протонов, которая становится необходимой только для транслокации генома.