프로파지

Prophage
프로파지의 형성

프로파지(prophage)는 원형 세균 염색체에 통합되거나 세균 세포 내에 염색체외 플라스미드로 존재하는 박테리오파지(종종 "파지"로 단축됨) 게놈입니다.[citation needed] 프로파지를 박테리아 숙주에 통합하는 것은 온대 파지의 용원성 주기의 특징적인 단계입니다. 프로파지는 자외선과 같은 외부 요인에 의해 활성화될 때까지 여러 개의 세포 분열을 통해 게놈에 잠재된 상태를 유지하여 세포를 용해하여 퍼지게 될 새로운 파지 입자를 생성합니다. 유비쿼터스 이동성 유전 요소로서 프로파지는 독성 인자의 획득과 같은 박테리아 유전 및 진화에 중요한 역할을 합니다.

프로파지 유도

자외선이나 특정 화학 물질에 의해 숙주 세포 손상이 감지되면, 프로파지는 박테리아 염색체에서 프로파지 유도라고 불리는 과정으로 절제됩니다. 유도 후 바이러스 복제는 용해 주기를 통해 시작됩니다. 용해 주기에서 바이러스는 세포의 생식 기계를 지휘합니다. 세포는 용해되거나 터질 때까지 새로운 바이러스로 채워질 수도 있고, 혹은 세포외사이 과정에서 한 번에 하나씩 새로운 바이러스를 방출할 수도 있습니다. 감염에서 용해까지의 기간을 잠복 기간이라고 합니다. 용해 주기를 따르는 바이러스를 독성 바이러스라고 합니다. 프로파지는 수평적 유전자 전달의 중요한 인자이며, 모빌롬의 일부로 간주됩니다. 프로파지 게놈이 숙주 염색체에서 불완전하게 절제되어 새로운 숙주로 통합되거나(전문 형질도입), 숙주 DNA의 단편이 파지 입자로 패키징되어 새로운 숙주로 도입됨에 따라(일반화 형질도입) 형질도입을 통해 유전자가 전달됩니다.[1] 원형(단일가닥 또는 이중가닥) DNA 유전체를 가지고 있거나 롤링 서클 복제(예: Caudovirales)를 통해 유전체를 복제하는 모든 박테리아 바이러스 계열은 온대 구성체를 가지고 있습니다.[2]

접합 유도

주 기사: 접합 유도

접합 유도는 세균 바이러스의 DNA를 운반하는 세균 세포가 바이러스 DNA(프로파지)와 함께 자신의 DNA를 새로운 숙주 세포에 전달할 때 발생합니다. 이로 인해 숙주 세포가 분열되는 효과가 있습니다.[3] 박테리아 세포의 DNA는 프로파지에 의해 암호화되는 억제 단백질에 의해 세포에 들어가기 전에 침묵됩니다. 박테리아 세포의 DNA가 숙주 세포로 전달되면, 억제 단백질은 더 이상 암호화되지 않고, 박테리아 세포의 원래 DNA는 숙주 세포에서 켜집니다. 이 메커니즘은 결국 숙주 세포가 갈라지고 바이러스 DNA가 퍼질 수 있기 때문에 바이러스 방출로 이어질 것입니다.[3] 이 새로운 발견은 박테리아 접합에 대한 주요 통찰력을 제공하고 유전자 조절의 초기 억제 모델에 기여했으며, 이는 lac 오페론과 λ 박테리오파지 유전자가 어떻게 음성적으로 조절되는지에 대한 설명을 제공했습니다.

프로파지 재활성화

박테리오파지 λ은 프로파지 재활성화라고 불리는 일종의 재조합 복구를 겪을 수 있습니다.< 프로파지 재활성화는 자외선으로 손상된 감염 파지 λ 염색체와 세균 DNA에 통합되어 프로파지 상태로 존재하는 상동 파지 유전체의 재조합에 의해 일어날 수 있습니다. 파지 λ의 경우 프로파지 재활성화는 recA+ 및 red+ 유전자 산물에 의해 매개되는 정확한 재조합 복구 과정으로 보입니다.

호스트에 대한 비용/편익

프로파지 유도 동안 숙주 세포의 용해는 미생물 집단의 붕괴를 일으킬 수 있습니다.[6][7] 반면, 유도, 형질도입 및 중복 감염 배제 메커니즘은 숙주에 많은 유익한 기능을 부여합니다. 프로파지의 유도는 숙주가 민감한 박테리아를 감염시키고 용해시킴으로써 미생물 생태학에서 경쟁할 수 있게 합니다.[8] 파지는 또한 숙주가 근처 세포에서 항생제 내성 유전자를 집어내고 통합할 수 있게 해줍니다.[7][8][6][9] 또한 파지는 숙주가 독성 및 병원성 유전자를 획득할 수 있도록 해줍니다.[7][9] 생물막 형성의 조절은 또한 용원성 파지에 의한 감염에 의해 영향을 받습니다.[9] 중복 감염 배제 또는 여러 파지에 의한 감염에 대한 보호는 프로파지 통합에 의해 부여될 수 있습니다.[10] 또한 파지 매개 재조합 메커니즘은 숙주 염색체를 재형성하고 세포가 포자 형성 및 능력에 관여하는 것과 같은 대사 및 유전자 발현을 조절하는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다.[9][11]

적용들

프로파지는 연구자들에게 박테리아와 숙주 사이의 관계에 대해 많은 것을 알려줄 수 있습니다.[12] 더 많은 비병원성 박테리아의 데이터를 통해 연구자들은 프로파지가 숙주의 생존 가치에 기여하는지 여부에 대한 증거를 수집할 수 있을 것입니다. 프로파지 유전체학은 박테리아 사이의 관계의 생태학적 적응으로 이어질 가능성이 있습니다.[12] 또 다른 중요한 관심 분야는 많은 용원성 전환 유전자(유전자 전환)가 엄격하게 조절되는 프로파지 유전자 발현의 제어입니다.[13] 이 과정을 통해 비병원성 박테리아를 병원성 박테리아로 전환할 수 있으며, 이를 통해 병균 내 감염과 같은 유해한[13] 독소를 생성할 수 있습니다. 프로파지의 구체적인 메커니즘은 아직 상세하지 않기 때문에, 이 연구는 지역 사회에 향후 연구를 위한 이 도구를 제공할 수 있습니다.[12]

경제적 영향

프로파지에 의해 암호화된 외독소는 농업 및 양식업에서 병원성 결과를 유발합니다.[14]

참고문헌

  1. ^ Borodovich T, Shkoporov AN, Ross RP, Hill C (2022-04-13). "Phage-mediated horizontal gene transfer and its implications for the human gut microbiome". Gastroenterology Report. 10: goac012. doi:10.1093/gastro/goac012. PMC 9006064. PMID 35425613.
  2. ^ Krupovic M, Prangishvili D, Hendrix RW, Bamford DH (December 2011). "Genomics of bacterial and archaeal viruses: dynamics within the prokaryotic virosphere". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 75 (4): 610–635. doi:10.1128/MMBR.00011-11. PMC 3232739. PMID 22126996.
  3. ^ a b Griffiths A, Miller J, Suzuki D, Lewontin R, Gelbart W (2002). An Introduction to Genetic Analysiss (7th ed.). New York, NY: Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5.
  4. ^ a b Blanco M, Devoret R (March 1973). "Repair mechanisms involved in prophage reactivation and UV reactivation of UV-irradiated phage lambda". Mutation Research. 17 (3): 293–305. doi:10.1016/0027-5107(73)90001-8. PMID 4688367.
  5. ^ Bernstein C (March 1981). "Deoxyribonucleic acid repair in bacteriophage". Microbiological Reviews. 45 (1): 72–98. doi:10.1128/mr.45.1.72-98.1981. PMC 281499. PMID 6261109.
  6. ^ a b Haaber J, Leisner JJ, Cohn MT, Catalan-Moreno A, Nielsen JB, Westh H, et al. (November 2016). "Bacterial viruses enable their host to acquire antibiotic resistance genes from neighbouring cells". Nature Communications. 7 (1): 13333. Bibcode:2016NatCo...713333H. doi:10.1038/ncomms13333. PMC 5103068. PMID 27819286.
  7. ^ a b c Hu J, Ye H, Wang S, Wang J, Han D (2021-12-13). "Prophage Activation in the Intestine: Insights Into Functions and Possible Applications". Frontiers in Microbiology. 12: 785634. doi:10.3389/fmicb.2021.785634. PMC 8710666. PMID 34966370.
  8. ^ a b Wendling CC, Refardt D, Hall AR (February 2021). "Fitness benefits to bacteria of carrying prophages and prophage-encoded antibiotic-resistance genes peak in different environments". Evolution; International Journal of Organic Evolution. 75 (2): 515–528. doi:10.1111/evo.14153. PMC 7986917. PMID 33347602.
  9. ^ a b c d Fortier LC, Sekulovic O (July 2013). "Importance of prophages to evolution and virulence of bacterial pathogens". Virulence. 4 (5): 354–365. doi:10.4161/viru.24498. PMC 3714127. PMID 23611873.
  10. ^ Bondy-Denomy J, Qian J, Westra ER, Buckling A, Guttman DS, Davidson AR, Maxwell KL (December 2016). "Prophages mediate defense against phage infection through diverse mechanisms". The ISME Journal. 10 (12): 2854–2866. doi:10.1038/ismej.2016.79. PMC 5148200. PMID 27258950.
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  12. ^ a b c Canchaya C, Proux C, Fournous G, Bruttin A, Brüssow H (June 2003). "Prophage genomics". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 67 (2): 238–76, table of contents. doi:10.1128/MMBR.67.2.238-276.2003. PMC 156470. PMID 12794192.
  13. ^ a b Feiner R, Argov T, Rabinovich L, Sigal N, Borovok I, Herskovits AA (October 2015). "A new perspective on lysogeny: prophages as active regulatory switches of bacteria". Nature Reviews. Microbiology. 13 (10): 641–650. doi:10.1038/nrmicro3527. PMID 26373372. S2CID 11546907.
  14. ^ Cobián Güemes AG, Youle M, Cantú VA, Felts B, Nulton J, Rohwer F (September 2016). "Viruses as Winners in the Game of Life". Annual Review of Virology. Annual Reviews. 3 (1): 197–214. doi:10.1146/annurev-virology-100114-054952. PMID 27741409. S2CID 36517589.

참고 항목

위키종에는 바이러스와 관련된 정보가 있습니다.