Virus P1 de Escherichia
El virus P1 de Escherichia pertenece al orden Caudovirales y a la familia Myoviridae. Se le conoce comúnmente como fago P1 y fue uno de los primeros bacteriófagos que se identificaron en la Escherichia coli coliforme. Es la especie representativa de un pequeño género de virus P1 dentro de Myoviridae, que también incluye el virus Aeromonas 43. Los amplios estudios sobre el fago P1 han contribuido significativamente a los desarrollos pioneros en la década de 1960 en las tecnologías de ADN recombinante que implican la recombinación específica del sitio, la modificación de la restricción y la clonación de grandes fragmentos de ADN.
El fago P1 tiene una gran cabeza icosaédrica de aproximadamente 65-85 nm de diámetro unida a una larga cola característica de 220 nm de longitud. Una vaina contráctil en forma de tubo rodea la cola que termina en una placa base y fibras de cola de seis pliegues de 90 nm de longitud. La cabeza del fago engloba un genoma lineal de dsDNA de 93 kb. La secuencia completa del genoma del fago P1 codifica al menos 117 genes y contiene una gran redundancia de secuencia característica en cada extremo 5′ y 3′. Estas secuencias redundantes son de longitud variable y oscilan entre 10 y 15 kb. Al entrar en una célula huésped, el ADN viral sufre una rápida circularización por recombinación entre las secuencias redundantes. Esta recombinación homóloga se ve favorecida por las recombinasas codificadas por el huésped o por un sistema de recombinación cre-lox dirigido por un fago. En este último caso, la recombinación se produce entre dos sitios loxP situados en las regiones redundantes terminales del genoma viral con la ayuda de la proteína «cre» codificada por el fago.
Al igual que otros caudovirales, el fago P1 es un bacteriófago templado que puede adoptar estilos de vida lisogénicos o líticos. La decisión de entrar en una fase lítica o lisogénica depende del entorno del huésped y de los factores que influyen en la transcripción de una molécula represora monomérica C1 que regula la inmunidad del fago P1. Durante la lisogenia, el ADN circularizado del fago (denominado profago) se replica en el citoplasma del hospedador como un plásmido de bajo número de copias a partir de un origen de replicación (oriR) utilizando varias proteínas codificadas por el fago que también reprimen la fase lítica. El plásmido profago es muy estable y lo heredan las células hijas tras la división celular del huésped bacteriano. Por lo tanto, la replicación y la partición del fago P1 en las células hijas están estrechamente reguladas. Una proteína codificada por el fago, RepA, junto con secuencias de repetición iterada en los sitios incA e incC, participa en la replicación del profago plasmídico. La replicación también se ve afectada por el estado de metilación de la secuencia oriR en el genoma del fago y la secuencia oriC en el genoma bacteriano. Factores del huésped como DnaA, HU y varias chaperonas participan en la modificación de RepA y en la replicación del plásmido profago circularizado. Al igual que los bacteriófagos P7 y P22 (que infectan a Salmonella sp.), el fago P1 emplea dos moléculas represoras (la proteína C1 y un ARN C4) para suprimir la fase lítica. Otros reguladores incluyen moléculas de ARN de transferencia codificadas por el fago, una metiltransferasa de ADN (MTR), antiterminadores transcripcionales (Coi y Ant1/2) y una proteína correpresora Lxc. La inducción del profago es poco frecuente, pero se produce en respuesta a los daños causados por los rayos UV y a los cambios nutricionales en el entorno del huésped. En el proceso de inducción interviene un factor transcripcional del huésped, la proteína LexA. El fago P1 utiliza un origen de replicación diferente (oriL) situado dentro del gen que codifica la proteína RepL para la fase lítica. Aproximadamente 37 operones virales son transcritos durante la fase lítica por la ARN polimerasa bacteriana. La holoenzima de la polimerasa se forma en presencia de una proteína Lpa codificada por el fago, cuyos niveles están regulados a su vez, por la molécula represora C1 y una proteína bacteriana de inanición estricta SspA.
Una característica importante del virus es la «transducción generalizada», en la que en lugar de su propio ADN, se empaquetan grandes fragmentos del ADN del huésped bacteriano en la cabeza del fago. A diferencia del fago lambda, la transducción generalizada del fago P1 puede movilizar alrededor de 100 kb de ADN del huésped entre dos cepas bacterianas. Tras la transducción en una cepa bacteriana receptora, los genes bacterianos se integran ocasionalmente en el genoma del hospedador por recombinación específica de sitio. Como resultado, la bacteria transducida no se lía y no sufre toxicidad por la infección del virus.
El rango de hospedaje del fago P1 es E. coli que pertenece a Gammaproteobacterias y Enterobacteriaceae. Por lo tanto, la distribución de este fago refleja la de su huésped ubicuo. La transmisión del virus implica la penetración uniforme del tubo de cola interior en el periplasma de E. coli y el desplazamiento de la placa base lejos de la membrana exterior durante la contracción de la cola. Las fibras de la cola se unen a un receptor específico del huésped que es una fracción de glucosa en el núcleo de lipopolisacáridos de la membrana externa de la bacteria. Una transglicosilasa lítica facilita la penetración de la pared celular bacteriana y la expulsión del ADN del fago en el huésped. Se produce rápidamente una proteína «Sim» que confiere inmunidad al huésped bacteriano, excluyendo a otros fagos invasores. Al entrar en el hospedador, el ADN introducido permanece unido a dos proteínas codificadas por el fago llamadas DarA y DarB (una MTR y una helicasa) que hacen que el ADN viral sea resistente a la digestión por las endonucleasas de restricción de tipo I de las enterobacterias. Dado que el receptor de glicolípidos de E. coli para el fago P1 es común en varias bacterias Gram negativas, la partícula del virus puede adsorberse en la pared externa e inyectar ADN en el citoplasma de muchas bacterias. Sin embargo, no puede sufrir una replicación posterior en estas especies bacterianas. El descubrimiento de secuencias parecidas a las recombinasas Cre del fago P1 en metaviomas de entornos complejos y enterobacterias sugiere que es necesario seguir trabajando para desentrañar la biología de estos fagos en diferentes entornos y huéspedes. La secuenciación comparativa del genoma de los virus relacionados con P1 (por ejemplo, los Punalikevirus no clasificados, como el fago D6, el fago phiW39, el fago RCS47 y el fago SJ46 identificados en varias enterobacterias) probablemente revelará nuevos procesos de empaquetamiento del ADN viral, recombinación específica de sitio e inmunidad.