El fago P1 es un templado que infecta a Escherichia coli y algunas otras bacterias . Durante el paso del ciclo lisogénico, el genoma del fago existe como un plásmido en las bacterias [1] , a diferencia de otros fagos (por ejemplo, el fago lambda ), que se integran en el ADN del huésped. P1 tiene una cabeza icosaédrica que contiene ADN unido a una cola contráctil con seis fibras de cola. El fago P1 ha atraído el interés de los investigadores porque puede usarse para transferir ADN de una célula bacteriana a otra en un proceso conocido como transducción . Al replicarse durante su ciclo lítico, captura fragmentos del cromosoma del huésped. Si las partículas virales resultantes se utilizan para infectar a otro huésped, los fragmentos de ADN capturados pueden integrarse en el genoma del nuevo huésped. Este método de ingeniería genética in vivo se ha utilizado ampliamente durante muchos años y todavía se usa en la actualidad, aunque en menor medida. P1 también se puede utilizar para crear un vector de clonación de cromosomas artificial derivado de P1 que puede transportar fragmentos de ADN relativamente grandes. P1 codifica la recombinasa específica del sitio Cre, que se usa ampliamente para impulsar la recombinación de ADN específica de una célula o de un tiempo al flanquear el ADN objetivo con sitios loxP (ver recombinación Cre-Lox ).
El virión es similar en estructura al fago T4 , pero más simple [2] . Tiene una cabeza icosaédrica [3] que contiene el genoma unido a un vértice de la cola. La cola tiene un tubo rodeado por una vaina contráctil. Termina en una placa base con seis fibras de cola. Las fibras de la cola están involucradas en la unión y especificidad del huésped.
El genoma del fago P1 es moderadamente grande, alrededor de 93 kpb. [2] de longitud (en comparación con los genomas, por ejemplo, T4 - 169 Kb, lambda - 48 Kb y Ff - 6,4 Kb). En una partícula viral, es una molécula de ADN lineal de doble cadena. Una vez introducido en el huésped, circula y se replica como un plásmido.
En una partícula de virus, la molécula de ADN es más larga (110 kb) que la longitud real del genoma. Se crea extirpando un fragmento de tamaño apropiado de una hebra de ADN concatemérico que tiene múltiples copias del genoma (consulte la sección sobre lisis a continuación para saber cómo se hace esto). Debido a esto, los extremos de la molécula de ADN son idénticos. Esto se denomina redundancia de terminal. Esto es importante para el ADN circular del huésped. Otra consecuencia de extirpar el ADN de un concatémero es que una molécula lineal dada puede comenzar en cualquier parte del genoma circular. Esto se llama permutación cíclica.
El genoma es particularmente rico en secuencias Chi reconocidas por la recombinasa bacteriana RecBCD . El genoma contiene dos orígenes de replicación: oriR, que lo replica durante el ciclo lisogénico, y oriL, que lo replica durante la etapa lítica. El genoma P1 codifica tres tRNA que se expresan en la etapa lítica.
Proteoma : El genoma P1 codifica 112 proteínas y 5 genes no traducidos, aproximadamente el doble del tamaño del bacteriófago lambda [2] .
La partícula de fago se adsorbe en la superficie de la bacteria utilizando procesos de cola para lograr especificidad. El caparazón de la cola se encoge y el ADN del fago se inyecta en la célula huésped. El mecanismo de recombinación del ADN del huésped, o la enzima cre traducida del ADN viral, recombina los extremos redundantes terminales y hace que el genoma sea circular. Dependiendo de varias señales fisiológicas, el fago puede entrar inmediatamente en la fase lítica o pasar al estado lisogénico.
El gen que codifica los procesos de la cola tiene un conjunto de secuencias que pueden dirigirse a la recombinasa Cin específica del sitio . Esto hace que el extremo C de la proteína cambie entre las dos formas alternativas a baja frecuencia. Las hebras de la cola del virus son responsables de la especificidad de la unión al receptor del huésped. Los objetivos de la fibra de la cola del virus están bajo una selección constante para evolucionar y evitar la unión. Este método de diversidad de recombinación de la cola permite que el virus siga el ritmo de la bacteria [4] . Este sistema tiene una estrecha homología de secuencia con los sistemas de recombinación en las fibras de la cola de fagos no relacionados, como el fago mu y el fago lambda .
El genoma del fago P1 se mantiene como un plásmido de bajo número de copias en bacterias. El tamaño relativamente grande del plásmido requiere [2] mantener bajo el número de copias para que no se convierta en una carga metabólica demasiado grande mientras sea un lisógeno. Debido a que generalmente solo hay una copia del plásmido por genoma bacteriano, existe una alta probabilidad de que el plásmido no se transmita a ambas células hijas. El plásmido P1 combate esto de varias maneras:
El plásmido P1 tiene una fuente de replicación separada (oriL) que se activa durante el ciclo lítico. La replicación comienza con la replicación theta bidireccional normal en oriL, pero luego, en la fase lítica, cambia a una técnica de replicación de círculo rodante utilizando el mecanismo de recombinación del huésped [2] [7] [8] . Esto da como resultado que múltiples copias del genoma estén presentes en una sola molécula de ADN lineal llamada concatémero. El extremo del concatémero se corta en un sitio específico llamado sitio pac o sitio de empaquetamiento [9] . A esto le sigue el empaquetamiento del ADN en las cabezas hasta que estén llenas. El resto del concatéter que no cabe en un cabezal se separa y el equipo empieza a empaquetarlo en un nuevo cabezal. La ubicación del corte no depende de la secuencia. Cada cabeza contiene alrededor de 110 kb. ADN [9] , por lo que hay un poco más de una copia completa del genoma (~90 kb) en cada cabeza, mientras que los extremos de la hebra en cada cabeza son idénticos. Después de la infección de una nueva célula, esta redundancia terminal es utilizada por el mecanismo de recombinación del huésped para ciclar el genoma si carece de dos copias del locus lox [1] [9] . Si están presentes dos sitios lox (uno en cada extremo del extremo redundante), la recombinasa cre lleva a cabo la ciclación.
Después de ensamblar los viriones completos, la célula huésped se lisa y libera las partículas virales.
P1 fue descubierto en 1951 por Giuseppe Bertani en el laboratorio de Salvador Luria , pero este fago fue poco estudiado hasta que Ed Lennox, también trabajando en el grupo de Luria, demostró en 1954-1955 que podía transducir material genético entre bacterias huésped. Este descubrimiento condujo al uso del fago para el intercambio genético y el mapeo del genoma de E. coli y estimuló su estudio posterior como organismo modelo [2] [10] [11] . En la década de 1960, Hideo Ikeda y Jun-ichi Tomizawa demostraron que el genoma del ADN del fago es lineal y de doble cadena con redundancia en los extremos. En la década de 1970, Nat Sternberg caracterizó el sistema de recombinación específico de sitio de Crelox , que permite que un genoma lineal circule para formar un plásmido después de la infección. En la década de 1980, Sternberg desarrolló P1 como vector para clonar grandes fragmentos de ADN eucariótico [10] . Michael Yarmolinsky y Małgorzata Lobotskaya publicaron un mapa del gen P1 basado en una secuencia parcial de ADN en 1993, y Lobotskaya y sus colegas secuenciaron completamente el genoma en 2004 [1] [11] .
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