Il Mondo Affascinante del Fago G
Esplora le meraviglie e i misteri del Fago G, un gigantesco virus unico nel suo genere.
Andra Buchan, Stephanie Wiedman, Kevin Lambirth, Madeline Bellanger-Perry, Jose L. Figueroa III, Elena T. Wright, Patil Shivprasad Suresh, Qibin Zhang, Julie A. Thomas, Philip Serwer, Richard Allen White III
― 7 leggere min
Indice
- La Nascita del Fago G
- Varianti e Coltivazione del Fago G
- Caratteristiche Insolite del Genoma del Fago G
- Il Caso delle Discrepanze Mysteriose
- Uno Sguardo più da Vicino alla Struttura del Fago G e ai Suoi Vicini
- La Vita Doppia del Fago G
- Annotazioni e Confronti del Genoma
- Il Ruolo della Metilazione
- Proprietà Biofisiche del Fago G
- La Funzionalità del Fago G
- Il Futuro della Ricerca sul Fago G
- Conclusione
- Fonte originale
- Link di riferimento
I Fagi, o batteriofagi, sono virus minuscoli che prendono di mira i batteri. Si possono trovare praticamente ovunque, dalle sorgenti termali ai nostri intestini. Nonostante siano abbondanti e diversi, la maggior parte dei fagi è piuttosto piccola, con genomi (l'insieme completo di geni) che spesso sono meno di 200.000 paia di basi. Tuttavia, un tipo di fago particolarmente interessante è conosciuto come megafagi. Questi supereroi del mondo dei fagi hanno genomi molto più grandi, che misurano oltre 500.000 paia di basi.
Il fago più grande scoperto finora, noto come Mar_Mega_1, è stato recentemente trovato nelle acque intorno a Plymouth Sound, UK. Nonostante le loro dimensioni impressionanti, la coltivazione dei megafagi si è rivelata una sfida. Negli ultimi 50 anni, solo un megafago, chiamato Fago G, è stato isolato e cresciuto con successo in laboratorio.
La Nascita del Fago G
Il Fago G è entrato per la prima volta sotto i riflettori scientifici presso il Laboratorio Donelli di Roma nel 1968. Era un periodo di esplorazione e il Fago G non faceva eccezione. Sebbene la sua fonte originale sia un mistero, è stato stabilito che il Fago G infetta un batterio chiamato Lysinibacillus. Negli anni '70, fu passato a un altro laboratorio a Washington, dove continuò a attirare l'attenzione.
Facciamo un balzo al 2020, quando un laboratorio ha scoperto l'importanza del Fago G utilizzandolo come riferimento per immagini di altri fagi. Questo laboratorio, noto per le immagini di migliaia di fagi, ha deciso di donare i campioni del Fago G a una collezione per futuri studi. Questa donazione ha aperto la porta a molte nuove indagini.
Varianti e Coltivazione del Fago G
Il Fago G ha diverse ceppi che sono stati coltivati nel corso degli anni. Il primo ceppo, conosciuto come ceppo selvaggio dell'Università del Texas, è stato inviato a diversi gruppi di ricerca. È interessante notare che un gruppo di ricerca ha scoperto che una variante di questo ceppo cresceva meglio nei liquidi rispetto all'originale, suggerendo che fosse avvenuta una modifica spontanea.
Questa scoperta ha portato a una ricerca per comprendere i cambiamenti genetici che si sono verificati nel Fago G nei suoi 50 anni di studio. I ricercatori hanno deciso di sequenziare i genomi di diversi ceppi per vedere cosa fosse cambiato.
Genoma del Fago G
Caratteristiche Insolite delIl DNA del Fago G ha alcune caratteristiche curiose. L'analisi di laboratorio ha rivelato che il suo DNA è sia grande che complesso, misurando circa 499.000 paia di basi, che è circa tre volte più grande rispetto a molti fagi tipici. Il genoma è anche ricco di geni "ipotetici", il che significa che molte delle sue funzioni rimangono un mistero.
I test genetici hanno mostrato che diverse varianti del Fago G apparivano quasi identiche tra loro, differendo di meno dello 0,1%. Tuttavia, c'erano alcuni piccoli cambiamenti che potrebbero far luce su come il fago si sia adattato nel corso degli anni.
Il Caso delle Discrepanze Mysteriose
Una delle cose più sconcertanti riguardo al Fago G è la differenza tra la sua dimensione del genoma conosciuta e ciò che gli scienziati trovano quando eseguono test come l'elettroforesi su gel a campo pulsato. Questa confusione suggerisce che potrebbero esserci modifiche nel DNA che influenzano il suo comportamento negli esperimenti.
I ricercatori stanno ancora lavorando per risolvere questo mistero. Sospettano che l'alto livello di modifiche chimiche del DNA possa essere il colpevole che causa risultati sperimentali diversi.
Uno Sguardo più da Vicino alla Struttura del Fago G e ai Suoi Vicini
Il Fago G appartiene a una famiglia conosciuta come Myoviridae, riconosciuta per una struttura unica che sembra una piccola navetta spaziale. La sua testa misura circa 180 nanometri, e la sua coda si estende per altri 450 nanometri, per un totale di circa 630 nanometri.
Confrontando il Fago G con il suo parente più vicino, il fago Moose W30-1, gli scienziati hanno scoperto che anche con alcune somiglianze significative, il fago Moose W30-1 aveva meno geni e dimensioni più piccole. Questo indica che il Fago G potrebbe aver evoluto le sue caratteristiche uniche dopo essersi separato dai suoi parenti.
La Vita Doppia del Fago G
Il Fago G ha uno stile di vita interessante: è classificato come "temperato", il che significa che può scegliere di distruggere immediatamente i suoi batteri ospiti o vivere pacificamente con loro. Tuttavia, nonostante le previsioni suggeriscano che potrebbe essere temperato, non c'è stata alcuna evidenza osservata di questo comportamento in natura per molti decenni.
È notevole che il Fago G porti geni che potrebbero aiutarlo a persistere nel suo ospite, il che potrebbe suggerire che abbia qualche trucco in tasca quando si tratta di sopravvivere.
Annotazioni e Confronti del Genoma
Quando i ricercatori hanno analizzato il genoma del Fago G, hanno scoperto che molte delle sue letture aperte—fondamentalmente i segmenti di DNA che possono produrre proteine—sono ancora non caratterizzate. Hanno evidenziato che il 66% dei suoi geni non ha alcuna funzione conosciuta.
Per darti un'idea, se il Fago G fosse un personaggio in un film, la maggior parte della sua storia sarebbe ancora un mistero, rendendolo un vero enigma nel mondo virale.
Metilazione
Il Ruolo dellaLa metilazione è un processo che spesso gioca un ruolo nella regolazione dell'espressione genica. Nel caso del Fago G, i ricercatori hanno scoperto che una porzione significativa del genoma è decorata con questi gruppi metilici, che potrebbero influenzare il suo funzionamento.
Questo alto livello di metilazione potrebbe spiegare le difficoltà che gli scienziati incontrano nel tentativo di clonare o manipolare il Fago G in laboratorio. La natura appiccicosa di queste modifiche può rendere difficile per i ricercatori avere un chiaro controllo sulla genetica del fago.
Proprietà Biofisiche del Fago G
Il Fago G non è solo un bel faccino; ha anche alcune proprietà interessanti. Gli scienziati hanno effettuato test per determinare come reagisce ai cambiamenti di temperatura e ai livelli di pH. Hanno scoperto che alcune varianti del Fago G mostrano resilienza a temperature elevate. Tuttavia, quando si trovano di fronte a condizioni estreme, anche il Fago G ha faticato a sopravvivere, il che è un promemoria che non tutti gli eroi indossano mantelli.
In generale, i comportamenti del fago sotto stress possono far luce su come possa agire in ambienti naturali. Comprendere queste proprietà potrebbe aiutare gli scienziati che desiderano utilizzare il Fago G in applicazioni pratiche come la lotta contro le infezioni batteriche.
La Funzionalità del Fago G
Anche se molto rimane sconosciuto, i ricercatori hanno iniziato a mettere insieme i potenziali ruoli dei geni del Fago G. Hanno scoperto una serie di caratteristiche che suggeriscono che potrebbe avere la capacità di combattere vari stress, replicarsi in modo efficiente e persino eludere le risposte immunitarie dell'ospite.
Presumibilmente, alcuni dei geni del Fago G svolgono funzioni simili a quelle trovate nel suo ospite batterico. Questo significa che il Fago G potrebbe aver preso in prestito abilità da Lysinibacillus, aiutando la sua capacità di sopravvivere e prosperare.
Il Futuro della Ricerca sul Fago G
Sebbene la comunità scientifica abbia fatto progressi significativi nel svelare i misteri che circondano il Fago G, c'è ancora molto lavoro da fare. Le ricerche future potrebbero concentrarsi sull'esplorazione più approfondita dei suoi geni unici, testando la sua capacità di trattare infezioni e scoprendo quali altre sorprese potrebbe riservare questo megafago.
Considerando le tendenze attuali nella microbiologia e il crescente interesse nella terapia con fagi come alternativa agli antibiotici, il mondo è ansioso di sentire di più da questo intrigante gigante virale.
Conclusione
Il Fago G si distingue come un esempio affascinante di diversità e complessità virale. Con la sua lunga storia e le sue numerose caratteristiche interessanti, questo fago non solo cattura la comunità scientifica, ma offre anche uno sguardo nel mondo nascosto dei virus che prosperano intorno a noi.
Mentre i ricercatori continuano a svelare le complessità del Fago G, chissà cosa potrebbero trovare? Forse emergeranno ancora più misteri, aggiungendo un ulteriore strato alla storia di questo straordinario virus.
Quindi, mentre guardiamo al futuro, possiamo solo sperare che il Fago G continui a brillare come un faro di scoperta nel paesaggio in continua evoluzione della microbiologia. E chissà, forse un giorno scopriremo finalmente cosa fa funzionare il Fago G.
Fonte originale
Titolo: Unlocking the genomic repertoire of a cultivated megaphage
Estratto: Megaphages are bacteriophages (i.e., phages) with exceptionally large genomes that are ecosystem cosmopolitans, infect various bacterial hosts, and have been discovered across various metagenomic datasets globally. To date, almost all megaphages have evaded cultivation, with only phage G being in active culture for over 50 years. We examined with multiomics this five decades long cultivated history from nine different laboratories with five different lab variants to the modern era. In this work, we resolved the five complete phage G genomes, the particle proteome, de novo methylome, and used artificial intelligence (AI) to annotate the genome of phage G. Phage G is one of the largest phages with a size of >0.6 {micro}m, about half the width of the host cell, and a 499 kbp, non-permuted, linear genome that has, uniquely among known phages, two pairs of ends. Its closest known relative is Moose phage W30-1 which was metagenomically assembled without cultivation from a moose rumen sample. Phage G has >650 protein-coding open reading frames (ORFs), with >65% being hypothetical proteins with no known function, with the rest of the genome geared towards nucleic acid replication (e.g., helicases, polymerases, endonucleases) and are structural in nature (e.g., capsid, tail, portal, terminase). The genome encodes a 35 kbp stretch with 66 ORFs without any known functional homology, a cryptic genomic region that is roughly the size of phage lambda. Phage G has an expansive repertoire of auxiliary metabolic genes (AMGs) acquired from its bacterial host, including a phoH,ftsZ,UvsX/RecA-like, gyrA, gyrB,and DHFR. Furthermore, AMGs discovered in phage G could manipulate host sporulation (sspD, RsfA, spoK) and antiviral escape genes (e.g., anti-CBass nuclease and Anti-Pycsar protein). Phage proteomics found >15% of the protein ORFs were present in either the wild-type or mutant variants of phage G, including genes involved in replication (e.g.,UvsX/RecA-like), host sporulation, as well as structural genes (e.g., capsid, tail, portal). The methylome of phage G was localized to the cryptic region with limited functional homology, with supervised machine learning (i.e., HMMs) was unable to resolve this region, but was resolved with protein structural AI. This cryptic region was a hot spot for methylation at 32%, where many of the functions of the ORF are still unknown. Our study represents a doorway into the complexity of the genomic repertoire of the only cultivated megaphage, highlighting five decades of continuous cultivation for the first time.
Autori: Andra Buchan, Stephanie Wiedman, Kevin Lambirth, Madeline Bellanger-Perry, Jose L. Figueroa III, Elena T. Wright, Patil Shivprasad Suresh, Qibin Zhang, Julie A. Thomas, Philip Serwer, Richard Allen White III
Ultimo aggiornamento: 2024-12-20 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628780
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628780.full.pdf
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.
Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.