Escherichia virus P1
Escherichia virus P1 należy do rzędu Caudovirales i rodziny Myoviridae. Jest powszechnie określany jako fag P1 i był jednym z pierwszych bakteriofagów zidentyfikowanych u bakterii Escherichia coli. Jest on przedstawicielem małego rodzaju P1 w obrębie Myoviridae, do którego należy również Aeromonas virus 43. Szeroko zakrojone badania nad fagiem P1 przyczyniły się w znacznym stopniu do pionierskich osiągnięć w latach 60-tych w technologiach rekombinacji DNA obejmujących rekombinację specyficzną dla miejsca, modyfikację restrykcyjną i klonowanie dużych fragmentów DNA.
Fag P1 ma dużą ikozaedryczną główkę o średnicy około 65-85 nm połączoną z charakterystycznym długim ogonem o długości 220 nm. Rurkowata, kurczliwa otoczka otacza ogon, który jest zakończony płytką podstawną i sześciokrotnie zagiętymi włóknami ogona o długości 90 nm. Główka faga zawiera liniowy genom dsDNA o długości 93 kb. Kompletna sekwencja genomu faga P1 koduje co najmniej 117 genów i zawiera dużą charakterystyczną redundancję sekwencji na każdym 5′ i 3′ końcu. Długość tych nadmiarowych sekwencji jest zmienna i waha się od 10 do 15 kb. Po wniknięciu do komórki gospodarza wirusowe DNA ulega szybkiej kolonizacji poprzez rekombinację pomiędzy nadmiarowymi sekwencjami. Ta homologiczna rekombinacja jest wspomagana przez rekombinazę wbudowaną w gospodarza lub przez fagowy, specyficzny dla danego miejsca system rekombinacji cre-lox. W tym drugim przypadku rekombinacja przebiega pomiędzy dwoma miejscami loxP zlokalizowanymi na końcowych redundantnych regionach genomu wirusowego, wspomagana przez fagowe białko „cre”.
Podobnie jak inne caudovirales, fag P1 jest umiarkowanym bakteriofagiem, który może prowadzić lizogeniczny lub lityczny tryb życia. Decyzja o wejściu w fazę lityczną lub lizogeniczną zależy od środowiska gospodarza i czynników wpływających na transkrypcję monomerycznej cząsteczki represorowej C1, która reguluje odporność faga P1. Podczas lizogenezy kolisty DNA faga (określany jako profag) replikuje się w cytoplazmie gospodarza jako plazmid o niskiej liczbie kopii z miejsca pochodzenia replikacji (oriR) przy użyciu różnych białek kodowanych przez faga, które również represjonują fazę lityczną. Plazmid-profag jest wysoce stabilny i dziedziczony przez komórki potomne po podziale komórki gospodarza bakteryjnego. Stąd replikacja i podział faga P1 do komórek potomnych jest ściśle regulowana. W replikacji profaga plazmidowego uczestniczy kodowane przez faga białko RepA wraz z sekwencjami powtórzeń iterowanych w miejscach incA i incC. Na replikację wpływa również status metylacji sekwencji oriR na genomie faga oraz sekwencji oriC na genomie bakterii. Czynniki gospodarza, takie jak DnaA, HU i różne chaperony uczestniczą w modyfikacji RepA i replikacji kolistego plazmidu profaga. Podobnie jak bakteriofagi P7 i P22 (zakażające Salmonella sp.), fag P1 wykorzystuje dwie cząsteczki represorowe (białko C1 i C4 RNA) do hamowania fazy litycznej. Do innych regulatorów należą kodowane przez faga cząsteczki transferowego RNA, metylotransferaza DNA (MTR), antyterminatory transkrypcji (Coi i Ant1/2) oraz białko współrepresorowe Lxc. Indukcja profaga jest rzadka, ale występuje w odpowiedzi na uszkodzenia wywołane promieniowaniem UV i zmiany pokarmowe w środowisku gospodarza. W proces indukcji zaangażowane jest białko LexA, będące czynnikiem transkrypcyjnym gospodarza. Fag P1 wykorzystuje do fazy litycznej inny początek replikacji (oriL) zlokalizowany w obrębie genu kodującego białko RepL. Około 37 wirusowych operonów jest transkrybowanych podczas fazy litycznej przez bakteryjną polimerazę RNA. Holoenzym polimerazy powstaje w obecności kodowanego przez faga białka Lpa, którego poziom regulowany jest z kolei przez cząsteczkę represora C1 oraz bakteryjne białko rygorystycznego głodzenia SspA.
Ważną cechą wirusa jest „transdukcja uogólniona”, w której zamiast własnego DNA do główki faga pakowane są duże fragmenty DNA gospodarza bakteryjnego. W przeciwieństwie do faga lambda, uogólniona transdukcja przez faga P1 może zmobilizować około 100 kb DNA gospodarza pomiędzy dwoma szczepami bakteryjnymi. Po transdukcji do szczepu bakteryjnego biorcy, geny bakteryjne czasami integrują się z genomem gospodarza poprzez rekombinację specyficzną dla danego miejsca. W rezultacie transdukowana bakteria nie ulega lityfikacji i nie jest toksyczna w wyniku zakażenia wirusem.
Zakres gospodarzy faga P1 to E. coli, który należy do Gammaproteobacteria i Enterobacteriaceae. Dlatego też rozmieszczenie tego faga odzwierciedla rozmieszczenie jego wszechobecnego gospodarza. Transmisja wirusa polega na równomiernym wnikaniu wewnętrznej rurki ogonowej do peryplazmy E. coli i odsuwaniu się płytki podstawowej od błony zewnętrznej podczas skurczu ogona. Włókna ogonowe wiążą się ze specyficznym receptorem gospodarza, którym jest cząsteczka glukozy znajdująca się na lipopolisacharydowym rdzeniu zewnętrznej błony bakteryjnej. Lityczna trans-glikozylaza ułatwia penetrację ściany komórkowej bakterii i wyrzucenie DNA faga do gospodarza. Szybko wytwarzane jest białko „Sim”, które nadaje odporność gospodarzowi bakteryjnemu, wykluczając inne inwazyjne fagi. Po wniknięciu do gospodarza, wprowadzone DNA pozostaje związane z dwoma białkami fagowymi DarA i DarB (MTR i helikaza), które czynią wirusowe DNA odpornym na trawienie przez endonukleazy restrykcyjne typu I. Ponieważ receptor glikolipidowy E. coli dla faga P1 jest powszechny u wielu bakterii Gram-ujemnych, cząsteczka wirusa może adsorbować się na ścianie zewnętrznej i wprowadzać DNA do cytoplazmy wielu bakterii. Jednak nie może on ulegać późniejszej replikacji w tych gatunkach bakterii. Odkrycie sekwencji przypominających rekombinazę Cre fagów P1 w metawirusach pochodzących ze złożonych środowisk i enterobakterii sugeruje, że konieczne są dalsze prace w celu wyjaśnienia biologii tych fagów w różnych środowiskach i u różnych gospodarzy. Porównawcze sekwencjonowanie genomów wirusów związanych z fagiem P1 (np. niesklasyfikowanych Punalikevirusów, takich jak fag D6, fag phiW39, fag RCS47 i fag SJ46 zidentyfikowanych z różnych enterobakterii) prawdopodobnie ujawni wgląd w nowe procesy pakowania wirusowego DNA, rekombinacji specyficznej dla danego miejsca i odporności.