Enterobakteriophage Qbeta

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Enterobakteriophage Qbeta

TEM-Aufnahme von Phage Qβ
an Sexpilus eines Colibakteriums

Systematik
Klassifikation: Viren
Realm: Riboviria[3]
Reich: Orthornavirae[2]
Phylum: Lenarviricota[2]
Klasse: Leviviricetes[1]
Ordnung: Norzivirales[1]
Familie: Fiersviridae[1]
Gattung: Qubevirus[1]
Art: Qubevirus durum
Unterart: Escherichia phage Qbeta
Taxonomische Merkmale
Genom: (+)ssRNA linear
Baltimore: Gruppe 4
Symmetrie: ikosaedrisch
Wissenschaftlicher Name
Escherichia phage Qbeta
Kurzbezeichnung
Qβ
Links
NCBI Taxonomy: 39803
ICTV Taxon History: 201853755
Schemazeichnung eines Virusteilchens der Familie Fiersviridae mit Gattung Qubevirus (Querschnitt und Seitenansicht)

Escherichia-Phage Qbeta (Enterobacteriophage Qbeta, Bakteriophage Qβ, Coliphage Qβ, kurz Qβ, englisch Escherichia phage Qbeta; Spezies Qubevirus durum) besitzt ein einzelsträngiges lineares RNA-Genom, das in einem ikosaedrischen Kapsid mit einem Durchmesser von 25 nm verpackt ist. Sein Wirt sind Bakterien der Art Escherichia coli (Colibakterien). Qβ wird daher als Phage klassifiziert.

Qβ gehört der Gattung Qubevirus (früher Allolevivirus) an und mit ihr zu einer Familie eng verwandter bakterieller Viren mit der Bezeichnung Fiersviridae (früher Leviviridae genannt).[4][5]

Mit Stand 7. Mai 2024 gibt es in der Gattung Qubevirus noch als weitere Arten Qubevirus escherichienecus mit dem Phagen Qβ1 (engl. Escherichia phage Qbeta 1 und Qubevirus faecium mit Enterobacteria phage FI 4184 b.[4][5] Daneben gibt es in der Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI) noch einige weitere nicht näher klassifizierte Kandidaten in der Gattung Qubevirus.[6]

Infektion der Wirtszellen

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Phage Qβ dringt in seine Wirtszelle ein, nachdem er sich an die Seite eines F-Pilus (Sexpilus) gebunden hat.[7]

Genom

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Genom des Enterobakterien-Phagen Qß als Beispiel für ein Qubevirus (veraltet Allolevivirus)

Das Genom von Qβ ist 4215 Nukleotide lang. Es hat drei offene Leserahmen (Open Reading Frames, ORFs) und kodiert vier Proteine: A1, A2, CP und qβ(-Replikase). Das Genom ist stark strukturiert, was einerseits die Genexpression reguliert und andrerseits das Genom vor zerstörerischen RNasen der Wirtszelle schützt.[7]

Protein A2

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A2 wird aufgrund seiner Lyse-Aktivität als Reifungsprotein bezeichnet. Pro Viruspartikel (Virion) gibt es eine Kopie von A2. Der Mechanismus der Lyse ist dem des Penicillins ähnlich; A2 hemmt die Bildung von Peptidoglycan durch Hemmung (Inhibierung) des Enzyms UDP-N-Acetylglucosamin-1-carboxyvinyltransferase (MurA), das den ersten Schritt der Peptidoglycan-Synthese katalysiert.

A2 funktioniert auch bei der Erkennung von Wirtszellen und dem Eindringen in die Wirtszelle. Wenn A2 an den Sexpilus des Bakteriums bindet, spaltet sich A2 und bahnt einen Weg, indem es eine Pore in der Zellwand des Wirts bildet.

RNA-Polymerase

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Die RNA-Polymerase, die sowohl den Plus- als auch den Minus-RNA-Strang repliziert, ist ein Komplex aus vier Proteinen: Die Beta-Untereinheit (qβ-Replikase) wird vom Phagen selbst kodiert, während die anderen drei Untereinheiten vom Bakteriengenom kodiert werden: die Alpha-Untereinheit (ribosomales Protein S1), die Gamma-Untereinheit (Elongationsfaktor Tu, EF-Tu) und die Delta-Untereinheit (Elongationsfaktor Ts, EF-Ts).[8]

Nutzung

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RNA aus Bakteriophage Qβ wurde von Sol Spiegelman in Experimenten verwendet, die eine schnellere Replikation und damit kürzere RNA-Stränge evolutionär begünstigten. Am Ende bildete sich Spiegelmans Monster, eine sich selbst replizierende RNA-Kette von nur 218 Nukleotiden.

Im März 2020 wurde über Versuche des Forschungsverbunds Berlin berichtet, mit Hilfe modifizierter leerer Kapsidhüllen von Qβ Antikörper gegen Influenza- und Coronaviren (wie den Verursacher der COVID-19-Pandemie, SARS-CoV-2) zu entwickeln.[9][10][11] Eine Übersicht über die Entwicklung von Vakzinen aus Qβ-abgeleiteten VLPs (virus-like particles) findet sich bei Bachmann, Storni et al. (2020).[12]

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  • A vaccine to fight antibiotic resistance. Auf: EurekAlert! vom 24. April 2024. Quelle: Michigan State University.
  • Xiaofen Huang, Xin Wang, Jun Zhang, Ningshao Xia, Qinjian Zhao: Escherichia coli-derived virus-like particles in vaccine development. In: Nature npj vaccines, Band 2, Nr. 3, 9. Februar 2017; doi:10.1038/s41541-017-0006-8 (englisch).
  • David A. G. Skibinski, Leigh Ann Jones, Martin L. Hibberd, John E. Connolly et al.: Induction of Human T-cell and Cytokine Responses Following Vaccination with a Novel Influenza Vaccine. In: Nature Scientific reports, Band 8, Nr. 18007, 20. Dezember 2018; doi:10.1038/s41598-018-36703-7 (englisch).
  • Yukun Guo, Ruizhen Guo, Yingxian Ma, Wenru Chang, Shengli Ming, Guoyu Yang, Yujie Guo: Chimeric Virus-like Particles of Universal Antigen Epitopes of Coronavirus and Phage Qβ Coat Protein Trigger the Production of Neutralizing Antibodies. In: Current Topics in Medicinal Chemistry , Band 21, Nr. 14, 5. Oktober 2021, S. 1235-1250; doi:10.2174/1568026621666210618145411, PMID 34145995 (englisch).
  • Filippo Carboni, Roberta Cozzi, Maria Rosaria Romano et al.: Proof of concept for a single-dose Group B Streptococcus vaccine based on capsular polysaccharide conjugated to Qβ virus-like particles. In: Nature npj vaccines, Band 8, Nr. 152, 6. Oktober 2023; doi:10.1038/s41541-023-00744-5 (englisch).
  • Oscar A. Ortega-Rivera, Matthew D. Shin, Miguel A. Moreno-Gonzalez, Jonathan K. Pokorski, Nicole F. Steinmetz: A single-dose Qβ VLP vaccine against S100A9 protein reduces atherosclerosis in a preclinical model. In: Advanced Therapeutics, Band 5, Nr. 10, Weinheim 1. Oktober 2022, S. 2200092; doi:10.1002/adtp.202200092, PMID 36570039, PMC 9783282 (freier Volltext), Epub 7. Juli 2022 (englisch).

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b c d ICTV: ICTV Master Species List 2020.v1, New MSL including all taxa updates since the 2019 release, March 2021 (MSL #36)
  2. ↑ a b ICTV: ICTV Master Species List 2019.v1, New MSL including all taxa updates since the 2018b release, March 2020 (MSL #35)
  3. ↑ ICTV Master Species List 2018b v1 MSL #34, Feb. 2019
  4. ↑ a b ICTV: Taxonomy Browser.
  5. ↑ a b ICTV: Virus Metadata Resource (VMR).
  6. ↑ NCBI Taxonomy Browser: unclassified Qubevirus.
  7. ↑ a b Kashiwagi A, Yomo T: Ongoing phenotypic and genomic changes in experimental coevolution of RNA bacteriophage Qβ and Escherichia coli. In: PLoS Genetics. 7. Jahrgang, Nr. 8, August 2011, S. e1002188, doi:10.1371/journal.pgen.1002188, PMID 21829387, PMC 3150450 (freier Volltext).
  8. ↑ J. van Duin, N. Tsareva: The Bacteriophages. Hrsg.: R. L. Calendar. Second Auflage. Oxford University Press, 2006, ISBN 0-19-514850-9, Single-stranded RNA phages. Chapter 15, S. 175–196.
  9. ↑ Scientists Create Phage Capsid Nanoparticles That Prevent Viral Infection. Auf: SciTechDaily vom 31. März 2020
  10. ↑ Influenza and Coronavirus Demise Could Lie with Phage Nanoparticles, auf: genengnews.com (GEN) vom 31. März 2020
  11. ↑ Daniel Lauster et al.: Phage capsid nanoparticles with defined ligand arrangement block influenza virus entry. In: Nature Nanotechnology, 30. März 2020; doi:10.1038/s41565-020-0660-2 (englisch).
  12. ↑ Martin F. Bachmann, Federico Storni et al: Vaccine against peanut allergy based on engineered virus-like particles displaying single major peanut allergens. In: Journal of Allergy and Clinical Immunology, Band 145, Nr. 4, April 2020, S. 1240-1253.e3; doi:10.1016/j.jaci.2019.12.007, PDF (englisch).
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