2. Фаг φХ174 (фи-десять 174)

В 1978 г. Ф. Сэнджер с соавторами в лаборатории молекулярной биологии Кембриджского университета осуществил секвенирование нуклеотидной последовательности геномной одноцепочечной ДНК фага φХ174, имеющей размер 5386 нуклеотидов. Это научное достижение сыграло важную роль в истории молекулярной генетики — оно ознаменовало начало эры геномики.

Геном этого фага содержит девять генов с порядком расположения от А до J. Но сравнительный анализ показал, что количество аминокислотных остатков в белках этого фага превосходит число нуклеотидов в ДНК. Это привело к открытию важного молекулярно-генетического явления — «перекрывания генов», или «гены внутри генов». На карте генома видно, что ген В расположен внутри гена А, а ген Е — внутри гена D. Было показано в ряде случаев, что стартовый кодон одного гена может перекрывать терминирующий кодон другого гена. Это увеличивает число рамок считывания и, в конечном счете, компенсирует нехватку нуклеотидов в ДНК фага. Ограниченное количество ДНК в геноме обусловливает необходимость ее экономного использования для кодирования белков, обеспечивающих инфекционность фаговых частиц и их способность к воспроизведению.

В отличие от фагов, большой геном человека теоретически позволяет обойтись без такого перекрывания. Однако и в геноме человека, хоть и относительно редко, перекрывание генов также имеет место (Тарантул В. 3., 2003).

3. Фаг М13

Фаг М13 относится к группе нитевидных фагов (наряду с фагами fd и fl) Е. Coli. Капсид фага представляет собой напоминающую пробирку трубочку, состоящую из 2700 копий основного оболочечного белка pVIII и закрытую на концах четырьмя или пятью молекулами каждого из четырех минорных оболочечных белков pIII, pVI, pVII и pIX. В капсиды упакованы длинные (900 нм), тонкие (7 нм) и гибкие вирионы этих фагов с кольцевой одноцепочечной ДНК (оц ДНК) длиной 6407 нуклеотидов для фага М13 и 6408 нуклеотидов для фагов fd и fl.

Нитевидные фаги адсорбируются на тонких, напоминающих волоски структурах — F-пилях Е. coli и инфицируют только мужские (F⁺) бактериальные клетки. Одноцепочечная ДНК, являющаяся (+)-цепью, проникает в цитоплазму клетки, где с помощью бактериальной полимеразы происходит синтез второй, (-)-цепи. Образуется двухцепочечная репликативная форма (РФ) фагового генома.

В межгенной области РФ генома находятся участки ori(-) и ori(+).

На молекулах РФ осуществляется транскрипция и последующая трансляция фаговых генов. Репликация фаговой ДНК происходит по модели катящегося кольца с высвобождением (+)-цепи, концы которой лигирует белок pII. Всего образуется 200-300 копий РФ на клетку. Новосинте- зированные оболочечные белки фага встраиваются в плазматическую мембрану клетки. Инициация сборки и экспорта вириона происходит после взаимодействия специфической нуклеотидной последовательности (так называемый сигнал упаковки) в IR-области (+)-ДНК с комплексом pI-pIV и минорными оболочечными белками pVII и рIХ. Присоединение белков pVI и рIII к концам формируемых вирионов завершает процесс их сборки.

Образующиеся фаговые частицы экскретируются клетками без лизиса последних. За одну генерацию образуется несколько сотен фагов на клетку. В геноме фагов существует межгенная область IR размером 500 нуклеотидов. В этот сегмент может быть помещена вставка чужеродной ДНК без нарушения способности самого фага к репликации.

Двухцепочечная репликативная форма ДНК легко выделяется из инфицированных клеток, а затем используется в качестве векторов в геной инженерии. Векторные производные нитевидных фагов используют для экспрессии чужеродных генов в клетках Е. Coli.