Bacillus-Phage Phi29

Die Virionen (Virusteilchen) von Φ29 haben eine Kopf-Schwanz-Struktur mit einem ikosaedrischen „Kopf“ und einem kurzen „Schwanz“, durch den nach der Infektion das viruseigene Erbmaterial (die lineare dsDNA) ins Zellinnere des Wirtsbakteriums gelangt. Der Kopf (Kapsid) hat eine leicht längliche Form von 45 × 54 nm, er hat eine Symmetrie mit Triangulationszahl T=3, Q=5. Der Schwanz ist nicht kontraktil mit einem „Kragen“ aus 25 Anhängseln in der Nackenregion. Am Kopf befinden sich 25 Fibrillen, die aber in manchen Laborstämmen verloren gegangen sind. Diese Strukturen dienen dazu, die Wirtszelle zuerkennen und sich an ihr anzuheften.^[6]

Das Genom besteht wie allgemein in der Gattung Salsavirus aus einem einzigen linearen Stück (Segment) doppelsträngiger DNA mit einer Länge von 16 bis 20 kbp und kodiert etwa 20 bis 30 Gene.^[6]

Der folgende Ablauf folgt im Wesentlichen der Beschreibung auf ViralZone:^[6]

• Zunächst lagert such der Phage mit Hilfe der Schwanzfibrillen an das Wirtsbakterium an.
• Danach wird die viruseigene DNA durch den Schwanz in das Zellplasma der Wirtszelle injiziert.
• Anschließend erfolgt Transkription (Ablesen der DNA und Erzeugen einer Messenger-RNA – mRNA) und Translation (Erzeugen eines Proteins aus der mRNA) einiger „früher“ Gene des Virus.
• Es folgt die Replikation des DNA-Genoms per Strangversetzung (englisch strand displacement)^[7] durch die virale DNA-Polymerase (φ29-DNA-Polymerase).^[8]
• Die Transkription und Translation von „späten“ Genen steht in der Schlussphase der Genexpression.
• In der darauf folgenden Assemblierungsphase werden zunächst die „Procapside“ zusammengesetzt. Dies sind die noch leeren, nicht mit Nukleinsäure – DNA oder RNA – bzw. Nukleoprotein gefüllten Kapside der
• Das Genom wird verpackt (englisch viral genome packaging), Details dazu siehe unten.
• Das Anheften des Schwanzes an die Kapside schließt die Assemblierung ab.
• Die reifen Virionen werden schließlich per Lyse (Platzen und Tod der Wirtszelle) freigesetzt.

Einige früher für Phi29likevirus, d. h. Salasvirus, vorgeschlagene Vertreter finden sich inzwischen in anderen Gattungen (verbliebene Vorschläge in Anführungszeichen). Damit ist die Systematik der näheren Verwandtschaft von Phage Φ29 mit Stand Mai 2024 wie folgt:^[9][10]

Während der Replikation wird wie bei anderen linearen dsDNA-Viren das virale Genom in das zuvor gebildete virale Prokapsid verpackt. Die genauen Vorgänge wurden beispielhaft am Phagen Φ29 erforscht:

Die Verpackung von DNA in das Procapsid erfordert einen molekularen Motor, der Adenosintriphosphat (ATP) als Energie verwendet, um die eigentlich energetisch ungünstige Bewegung zu bewerkstelligen. Wie bei einigen anderen Bakteriophagen auch ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Motors ein RNA-Molekül, das als pRNA (englisch packaging RNA) bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine spezielle Form nicht-kodierender RNA (englisch non-coding RNA, ncRNA), da diese nicht wie sonst Proteine kodiert.^[16] Strukturanalysen dieses Verpackungsmotors haben gezeigt, dass das pRNA-Molekül eine fünffache Symmetrie aufweist, wenn es an das Procapsid gebunden ist.^[17][18][19] Es wird angenommen, dass die pRNA durch das Kapsid-Konnektor-Protein (englisch capsid connector protein) gebunden ist.^[19]

Nur die ersten 120 Basen der pRNA sind für die Verpackung der viralen DNA essentiell.^[20][21] Vermutlich besteht die pRNA aus zwei Abschnitten (Domänen), von denen der eine den ersten 120 Basen und der zweite den verbleibenden 50 Basen entspricht.^[21]

Die φ29-DNA-Polymerase wird zu verschiedenen Methoden der isothermen DNA-Amplifikation wie dem Gibson Assembly und der Multidisplacement Amplification verwendet.