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Erstaunliche Genomstruktur: Warum hat der Bakteriophage T4 289 Proteine? Was bedeutet das?
Escherichiavirus T4 ist ein Bakteriophage, der Escherichia coli infiziert. Die Komplexität seiner Genomstruktur hat große Aufmerksamkeit bei Wissenschaftlern erregt. Dieses doppelsträngige DNA-Virus ist Teil der Unterfamilie Tevenvirinae und gehört zur Familie Straboviridae. Im Gegensatz zu einigen Bakteriophagen kann das T4-Virus nur einen lytischen Lebenszyklus durchlaufen und ist nicht zu einem lysogenen Lebenszyklus fähig.
Der Vorgänger des T4-Phagen wurde früher T-even-Phagen genannt, zu denen mehrere andere Stämme wie T2 und T6 gehören. Seit den 1940er Jahren gilt der T-Phage als einer der besten Modellorganismen. Warum ist ausgerechnet ein hochkomplexes Virus mit fast 300 Genen in den Mittelpunkt der Forschung gerückt? Dies spiegelt die bedeutenden Fortschritte der biologischen Forschung im Hinblick auf das Verständnis der Genetik und Biologie von Viren wider.
„Das Genom des Bakteriophagen T4 ist etwa 169 kbp lang und kodiert 289 Proteine, was seine hohe genomische Komplexität zeigt.“
Das Genom von T4 weist Endredundanz auf, was bedeutet, dass die lange, multigenomische Kette, die während der DNA-Replikation entsteht, an nicht näher bezeichneten Stellen in mehrere Genome geschnitten werden kann und diese Genome kreisförmig angeordnet sind. . Neueste Forschungsergebnisse haben ergeben, dass das T4-Genom Intronsequenzen enthält, die denen von Eukaryoten ähneln. Welchen Einfluss hat diese Genomstruktur auf die Funktion von T4 und welche Bedeutung hat sie für die Evolution des Virus?
Die Proteinzusammensetzung des T4-Virus ist der Schlüssel zu seiner Fähigkeit, Bakterien erfolgreich anzugreifen und zu infizieren. Seine Struktur besteht aus einem ikosaedrischen Kopf (d. h. einer Kapsel) mit einer Breite von etwa 90 nm und einer Länge von 200 nm und einem komplexen Schwanz. Die spezielle Struktur des Schwanzes ermöglicht es T4, die Oberflächenrezeptoren von E. coli effektiv zu erkennen und seine eigene DNA in die Zelle zu injizieren.
„Die Schwanzstruktur des T4-Virus ist komplexer als die der meisten bekannten Bakteriophagen, was es während einer Infektion anpassungsfähiger macht.“
Während des Infektionsprozesses bindet sich das T4-Virus zunächst über die Ferse der Long Tail Fiber (LTF) an die Oberflächenrezeptoren der E. coli-Zelle (wie OmpC-Porin und Lipopolysaccharide). Wenn eine Bindung stattfindet, wird ein Erkennungssignal ausgesendet, das dazu führt, dass sich die kurze Schwanzfaser (STF) irreversibel an der Zelloberfläche festsetzt. Anschließend führt der Druck, der durch die Kontraktion der Schwanzhülle entsteht, dazu, dass der Schwanz des Virus die äußere Bakterienmembran durchstößt. , wodurch die Injektion des Genoms abgeschlossen wird.
Während dieses Infektionsprozesses versucht T4, die Ressourcen der Wirtszelle für die eigene Reproduktion zu erwerben. Der lytische Zyklus von T4 dauert bei 37 °C etwa 30 Minuten, was bedeutet, dass nach einer Infektion schnell eine große Anzahl von Nachkommenphagen produziert wird und pro infizierter Wirtszelle bis zu 100 bis 150 neue Viruspartikel freigesetzt werden.
„Der lytische Zyklus läuft mit hoher Effizienz ab, wodurch sich T4 rasch vermehren und im Wirt ausbreiten kann.“
Im weiteren Verlauf ihrer Forschung entdeckten Wissenschaftler, dass der T4-Phage nicht nur die Fähigkeit besitzt, Viren wirksam zu reproduzieren, sondern auch über einen einzigartigen Genreparaturmechanismus verfügt. Im Jahr 1946 schlug Salvador Luria den Prozess der Multiplizitätsreaktivierung (MR) vor, bei dem zwei oder mehr virale Genome interagieren, um ein vollständiges virales Genom zu bilden, ein Phänomen, das auf die Universalität der DNA-Reparatur hinwies.
Wenn man auf die Geschichte der T4-Phagen zurückblickt, hat dieses Forschungsgebiet seit der Entdeckung der Bakteriophagen durch Fredrick Twort und Félix d'Hérelle im frühen 20. Jahrhundert bemerkenswerte Fortschritte gemacht. Im Zuge der Forschung nach dem Zweiten Weltkrieg spielte T4 eine zentrale Rolle bei zahlreichen Durchbrüchen in der Biologie und Genetik und legte den Grundstein für die Forschung mehrerer Nobelpreisträger.
Zusammenfassend ist die komplexe Struktur der mehr als 289 Proteine des T4-Phagen nicht nur der Schlüssel zu seiner erfolgreichen Infektion, sondern hat auch weitreichende Bedeutung für die Entschlüsselung der biologischen Genetik und der Entwicklungsvirologie. Dies brachte uns zum Nachdenken über die Frage, welchen Einfluss eine solche genetische Komplexität auf die Evolution und das Überleben anderer Lebensformen haben könnte.
