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# Biologia # Microbiologia

O Mundo Fascinante do Fago G

Explore as maravilhas e mistérios do Fago G, um gigante viral único.

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

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Fago G: O Gigante Viral Fago G: O Gigante Viral potencial. Descubra os mistérios do Fago G e seu
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Fagos, ou bacteriófagos, são vírus minúsculos que atacam bactérias. Eles estão praticamente em todo lugar, desde fontes termais até nossos próprios intestinos. Apesar de serem abundantes e diversos, a maioria dos fagos é bem pequena, com Genomas (o conjunto completo de genes) que muitas vezes têm menos de 200.000 pares de bases. No entanto, um tipo de fago particularmente interessante é conhecido como megafagos. Esses super-heróis do mundo dos fagos têm genomas muito maiores, medindo mais de 500.000 pares de bases.

O maior fago descoberto até agora, conhecido como Mar_Mega_1, foi encontrado recentemente nas águas ao redor de Plymouth Sound, no Reino Unido. Apesar do tamanho impressionante, cultivar megafagos tem sido um desafio. Nos últimos 50 anos, apenas um megafago, chamado Fago G, foi isolado e cultivado com sucesso em laboratório.

O Nascimento do Fago G

O Fago G entrou pela primeira vez no radar científico no Laboratório Donelli em Roma, em 1968. Foi um tempo de exploração, e o Fago G não foi exceção. Embora sua origem seja um mistério, foi estabelecido que o Fago G infecta uma bactéria chamada Lysinibacillus. Nos anos 70, ele foi passado para outro laboratório em Washington, onde continuou chamando a atenção.

Avançando para 2020, um laboratório descobriu a importância do Fago G ao usá-lo como referência para a imagem de outros fagos. Esse laboratório, conhecido por fazer imagens de milhares de fagos, decidiu doar as amostras do Fago G para uma coleção para estudos futuros. Essa doação abriu as portas para muitas novas investigações.

Variantes e Cultivo do Fago G

O Fago G possui várias cepas que foram cultivadas ao longo dos anos. A primeira cepa, conhecida como a cepa selvagem da Universidade do Texas, foi enviada para várias equipes de pesquisa. Curiosamente, um grupo de pesquisa descobriu que uma variante dessa cepa crescia melhor em líquidos do que a original, sugerindo que uma mudança espontânea havia ocorrido.

Essa descoberta levou a uma busca para entender as mudanças genéticas que ocorreram no Fago G ao longo de seus 50 anos de estudo. Os pesquisadores decidiram sequenciar os genomas de várias cepas para ver o que havia mudado.

Características Incomuns do Genoma do Fago G

O DNA do Fago G tem algumas características curiosas. Análises de laboratório revelaram que seu DNA é grande e complexo, medindo cerca de 499.000 pares de bases, que é cerca de três vezes maior que muitos fagos típicos. O genoma também é rico em genes "hipotéticos", o que significa que muitas de suas funções permanecem um mistério.

Testes genéticos mostraram que as diferentes variantes do Fago G apareciam quase idênticas entre si, diferindo em menos de 0,1%. No entanto, havia algumas pequenas mudanças que poderiam ajudar a entender como o fago se adaptou ao longo dos anos.

O Caso das Discrepâncias Misteriosas

Uma das coisas mais intrigantes sobre o Fago G é a diferença entre seu tamanho de genoma conhecido e o que os cientistas encontram quando fazem testes como eletroforese em gel de campo pulsado. Essa confusão sugere que pode haver modificações no DNA que afetam seu comportamento em experimentos.

Os pesquisadores ainda estão trabalhando para resolver esse mistério. Eles suspeitam que o alto nível de modificações químicas do DNA pode ser o culpado que causa diferentes resultados experimentais.

Um Olhar Mais Próximo na Estrutura do Fago G e seus Vizinhos

O Fago G pertence a uma família conhecida como Myoviridae, reconhecida por uma estrutura única que parece uma pequena nave espacial. Sua cabeça mede cerca de 180 nanômetros, e sua cauda se estende por mais 450 nanômetros, totalizando aproximadamente 630 nanômetros.

Ao comparar o Fago G com seu parente mais próximo, o fago Moose W30-1, os cientistas descobriram que, mesmo com algumas semelhanças significativas, o fago Moose W30-1 tinha menos genes e um tamanho menor. Isso indica que o Fago G pode ter evoluído suas características únicas após se separar de seus parentes.

A Vida Dupla do Fago G

O Fago G tem um estilo de vida interessante-ele é classificado como "temperado", o que significa que pode escolher destruir suas bactérias hospedeiras imediatamente ou viver pacificamente com elas. No entanto, apesar das previsões sugerindo que ele poderia ser temperado, não houve evidências observadas desse comportamento na natureza ao longo de várias décadas.

Notavelmente, o Fago G carrega genes que podem ajudá-lo a persistir em seu hospedeiro, o que pode sugerir que ele tem algumas cartas na manga quando se trata de sobrevivência.

Anotações do Genoma e Comparações

Quando os pesquisadores analisaram o genoma do Fago G, descobriram que muitos de seus quadros de leitura abertos-essencialmente os segmentos de DNA que podem produzir proteínas-ainda não foram caracterizados. Eles destacaram que 66% de seus genes não têm função conhecida.

Para dar uma ideia, se o Fago G fosse um personagem de um filme, a maior parte de sua história de fundo ainda seria um mistério, tornando-o um verdadeiro enigma no mundo viral.

O Papel da Metilação

A metilação é um processo que costuma desempenhar um papel na regulação da expressão gênica. No caso do Fago G, os pesquisadores descobriram que uma parte significativa do genoma é decorada com esses grupos metil, que poderiam moldar como ele funciona.

Esse alto nível de metilação pode explicar os desafios que os cientistas enfrentam ao tentar clonar ou manipular o Fago G no laboratório. A natureza pegajosa dessas modificações pode dificultar para os pesquisadores entenderem claramente a genética do fago.

Propriedades Biofísicas do Fago G

O Fago G não é apenas uma bela figura; ele tem algumas propriedades interessantes. Cientistas realizaram testes para determinar como ele reage a mudanças de temperatura e níveis de pH. Eles descobriram que certas variantes do Fago G mostraram resiliência a altas temperaturas. No entanto, quando enfrentou condições extremas, até o Fago G teve dificuldades em sobreviver, o que é um lembrete de que nem todos os heróis usam capas.

No geral, os comportamentos do fago sob estresse iluminam como ele pode agir em ambientes naturais. Entender essas propriedades pode ajudar cientistas que desejam utilizar o Fago G em aplicações como combater infecções bacterianas.

A Funcionalidade do Fago G

Embora muito ainda permaneça desconhecido, os pesquisadores começaram a montar o quebra-cabeça sobre os papéis potenciais dos genes do Fago G. Eles descobriram uma variedade de características que sugerem que ele pode ter a capacidade de combater vários estresses, se replicar de forma eficiente e até mesmo evitar as respostas imunes do hospedeiro.

Presumivelmente, alguns dos genes do Fago G desempenham funções semelhantes às encontradas em seu hospedeiro bacteriano. Isso significa que o Fago G pode ter "pegado emprestado" habilidades do Lysinibacillus, ajudando em sua capacidade de sobreviver e prosperar.

O Futuro da Pesquisa sobre o Fago G

Embora a comunidade científica tenha avançado significativamente em desvendar os mistérios em torno do Fago G, ainda há muito trabalho a fazer. Pesquisas futuras podem se concentrar em explorar seus genes únicos em mais detalhes, testando sua capacidade de tratar infecções e descobrindo que outras surpresas esse megafago pode ter.

Dadas as tendências atuais na microbiologia e o crescente interesse na terapia com fagos como uma alternativa aos antibióticos, o mundo está ansioso para ouvir mais deste intrigante gigante viral.

Conclusão

O Fago G se destaca como um exemplo fascinante da diversidade e complexidade viral. Com sua longa história e uma infinidade de características interessantes, esse fago não só cativa a comunidade científica, mas também oferece um vislumbre do mundo oculto dos vírus que prosperam ao nosso redor.

À medida que os pesquisadores continuam a desvendar as intrincadas características do Fago G, quem sabe o que eles podem encontrar? Talvez até mais mistérios surjam, adicionando mais uma camada à história deste vírus notável.

Então, enquanto olhamos para o futuro, só podemos torcer para que o Fago G continue a brilhar como um farol de descoberta no sempre em evolução campo da microbiologia. E quem sabe, talvez um dia finalmente consigamos entender o que faz o Fago G funcionar.

Fonte original

Título: Unlocking the genomic repertoire of a cultivated megaphage

Resumo: 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.

Autores: 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

Última atualização: Dec 20, 2024

Idioma: English

Fonte URL: 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

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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