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Incredibile struttura del genoma: perché il batteriofago T4 ha 289 proteine? Cosa significa?
Il virus Escherichia T4 è un batteriofago che infetta l'Escherichia coli. La complessità della struttura del suo genoma ha attirato l'attenzione diffusa degli scienziati. Questo virus a DNA a doppio filamento fa parte della sottofamiglia Tevenvirinae e appartiene alla famiglia Straboviridae. A differenza di alcuni batteriofagi, il virus T4 può subire solo un ciclo di vita litico e non è in grado di avere un ciclo di vita lisogeno.
Il predecessore del fago T4 era un tempo chiamato fago T-even, che include diversi altri ceppi come T2 e T6. Dagli anni '40, il fago T-even è stato considerato uno dei migliori organismi modello. Perché un virus altamente complesso con quasi 300 geni è diventato il centro della ricerca? Ciò riflette i notevoli progressi compiuti dalla ricerca biologica nella comprensione della genetica e della biologia dei virus.
"Il genoma del batteriofago T4 è lungo circa 169 kbp e codifica 289 proteine, dimostrando la sua elevata complessità genomica."
Il genoma di T4 presenta ridondanza terminale, il che significa che la lunga catena multigenomica formata durante la replicazione del DNA può essere tagliata in diversi genomi in posizioni non specificate e questi genomi sono disposti circolarmente. Le ricerche più recenti hanno scoperto che il genoma T4 contiene sequenze introniche simili a quelle degli eucarioti. In che modo questa struttura del genoma influenza la funzione della T4 e qual è la sua importanza nell'evoluzione del virus?
La composizione proteica del virus T4 è fondamentale per la sua capacità di attaccare e infettare con successo i batteri. La sua struttura è costituita da una testa icosaedrica (cioè una capsula) larga circa 90 nm e lunga 200 nm e da una coda complessa. La speciale struttura della coda consente al T4 di riconoscere efficacemente i recettori di superficie dell'Escherichia coli e di iniettare il proprio DNA nella cellula.
"La struttura della coda del virus T4 è più complessa di quella della maggior parte dei batteriofagi conosciuti, il che lo rende più adattabile durante l'infezione."
Durante il processo di infezione, il virus T4 si lega innanzitutto ai recettori di superficie della cellula di Escherichia coli (come la porina OmpC e il lipopolisaccaride) attraverso il tallone delle fibre a coda lunga (LTF). Quando avviene il legame, viene emesso un segnale di riconoscimento, che fa sì che la fibra a coda corta (STF) si attacchi irreversibilmente alla superficie cellulare. Successivamente, la pressione causata dalla contrazione del manicotto della coda fa sì che la coda del virus perfori la membrana esterna batterica , completando l'iniezione del genoma.
Durante questo processo di infezione, T4 tenta di acquisire le risorse della cellula ospite per la propria riproduzione. Il ciclo litico del T4 dura circa 30 minuti a 37°C, il che significa che una volta avvenuta l'infezione, viene prodotto rapidamente un gran numero di fagi progenitori, con il rilascio di fino a 100-150 nuove particelle virali per cellula ospite infetta.
"Il ciclo litico procede con elevata efficienza, consentendo alla T4 di moltiplicarsi rapidamente e diffondersi all'interno del suo ospite."
Con l'approfondimento della ricerca, gli scienziati hanno scoperto che il fago T4 non solo ha la capacità di riprodurre efficacemente i virus, ma possiede anche un meccanismo di riparazione genetica davvero unico. Nel 1946, Salvador Luria propose il processo di riattivazione multipla (MR), in cui due o più genomi virali interagiscono per formare un genoma virale completo, un fenomeno che alludeva all'universalità della riparazione del DNA.
Ripensando alla storia del fago T4, da quando Fredrick Twort e Félix d'Hérelle scoprirono il batteriofago all'inizio del XX secolo, questo campo ha fatto progressi notevoli. Con il progredire della ricerca dopo la seconda guerra mondiale, la T4 divenne fondamentale per numerose scoperte in campo biologico e genetico, gettando le basi per la ricerca di numerosi vincitori del premio Nobel.
In sintesi, la complessa struttura di oltre 289 proteine del fago T4 non è solo la chiave per il successo della sua infezione, ma ha anche un'importanza di vasta portata nella decodifica della genetica biologica e della virologia dello sviluppo. Ciò ci ha portato a chiederci in che modo questa complessità genetica potrebbe influenzare l'evoluzione e la sopravvivenza di altre forme di vita.
