Ff phages
એફ. એફ. ફેજ (એફ ચોક્કસ ફિલામેન્ટસ ફેજ માટે) એ લગભગ સમાન ફિલામેન્ટસ ફેજ (જીનસ ઇનોવાયરસ) નું જૂથ છે જેમાં ફેજ એફ 1, એફ ડી, એમ 13 અને ઝેડજે/2 નો સમાવેશ થાય છે, જે એફ પ્રજનન પરિબળ ધરાવતા બેક્ટેરિયાને ચેપ લગાવે છે. વિરિયન (વાયરસ કણ) એક લવચીક તંતુ છે જેનું માપ આશરે 6 બાય 900 એનએમ છે, જેમાં નળાકાર પ્રોટીન ટ્યુબનો સમાવેશ થાય છે, જે તેના કેન્દ્રમાં એક જ દોરવાળા ગોળાકાર ડીએનએ અણુનું રક્ષણ કરે છે. ફેજ માત્ર 11 જનીન ઉત્પાદનો માટે કોડ કરે છે, અને તે જાણીતા સૌથી સરળ વાયરસમાંથી એક છે. મોલેક્યુલર બાયોલોજીના મૂળભૂત પાસાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જ્યોર્જ સ્મિથ અને ગ્રેગ વિન્ટરએ ફેજ ડિસ્પ્લે પરના તેમના કામ માટે એફ1 અને એફડીનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જેના માટે તેમને રસાયણશાસ્ત્રમાં 2018ના નોબેલ પુરસ્કારનો હિસ્સો એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. એફએફ ફેજીસ પરના પ્રારંભિક પ્રયોગોમાં જનીન કાર્યોને ઓળખવા માટે એમ13નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને એમ13ને ક્લોનિંગ વાહન તરીકે પણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, તેથી એમ13 નામનો ઉપયોગ કેટલીકવાર એફએફ ફેજીસના સમગ્ર જૂથ માટે અનૌપચારિક સમાનાર્થી તરીકે થાય છે. માળખું વિરિયન એક લવચીક તંતુ (કૃમિ જેવી સાંકળ) છે જેનો વ્યાસ લગભગ 6 એનએમ અને લંબાઈ 900 એનએમ છે. નાના (50 એમિનો એસિડ અવશેષો) વિસ્તરેલ આલ્ફા-હેલિકલ મુખ્ય કોટ પ્રોટીન પેટા એકમ (જનીન 8, અથવા પી 8 નું ઉત્પાદન) ની કેટલીક હજાર નકલો ઓવરલેપિંગ શિંગલ જેવી શ્રેણીમાં ગોળાકાર સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ડીએનએ જીનોમને ઘેરીને હોલો સિલિન્ડર બનાવે છે. દરેક પી8 પેટા એકમમાં વિસ્તરેલ પ્રોટીનના સી-ટર્મિનસની નજીક મૂળભૂત અવશેષોનો સંગ્રહ હોય છે અને એન-ટર્મિનસની નજીક એસિડિક અવશેષો હોય છે; આ બંને પ્રદેશો લગભગ 20 હાઇડ્રોફોબિક (બિન-ધ્રુવીય) અવશેષો દ્વારા અલગ પડે છે. શિંગલ જેવી વ્યવસ્થા p8 ના એસિડિક અવશેષોને સિલિન્ડરની બહારની સપાટીની નજીક મૂકે છે, જ્યાં તેઓ વાયરસના કણને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરે છે; પડોશી p8 પેટા એકમોના બિન-ધ્રુવીય પ્રદેશોની નજીકના બિન-ધ્રુવીય પ્રદેશો, જ્યાં બિન-ધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વાયરસના કણની નોંધપાત્ર ભૌતિક સ્થિરતામાં ફાળો આપે છે; અને સિલિન્ડરના કેન્દ્રની નજીકના મૂળભૂત અવશેષો, જ્યાં તેઓ વિરિયનના કેન્દ્રમાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા DNA ફોસ્ફેટ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. લાંબા (અથવા ટૂંકા) ડીએનએ અણુઓને પેક કરી શકાય છે, કારણ કે ડીએનએને સુરક્ષિત રાખવા માટે જરૂરી હોય તે પ્રમાણે એસેમ્બલી દરમિયાન વધુ (અથવા ઓછા) પી8 પેટા એકમો ઉમેરી શકાય છે, જે આનુવંશિક અભ્યાસ માટે ફેજને ઉપયોગી બનાવે છે. (આ અસરને પોલીફેજ સાથે ભેળસેળ ન કરવી જોઈએ, જે કેટલાક અલગ અને અલગ ડીએનએ અણુઓને પેકેજ કરી શકે છે). ચાર નાના પ્રોટીનની લગભગ 5 નકલો વિરિયનના બે છેડાઓને ઢાંકી દે છે. વિરિયન કેપ્સિડ (પી8 સબયૂનિટ પ્રોટીનની એસેમ્બલી) નું મોલેક્યુલર માળખું એક્સ-રે ફાઇબર વિવર્તન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવ્યું છે, અને માળખાકીય નમૂનાઓ પ્રોટીન ડેટા બેંકમાં જમા કરવામાં આવ્યા છે. ખાસ કરીને, દાયકાઓથી પી. ડી. બી. માં જમા થયેલ એફ. ડી. અને પી. એફ. 1 વિરિયન માળખાઓની શ્રેણી ફાઇબર વિવર્તન માહિતી સંગ્રહ અને કોમ્પ્યુટેશનલ વિશ્લેષણ માટેની પદ્ધતિઓમાં સુધારાઓને સમજાવે છે. પી3 કેપ્સિડ પ્રોટીન અને પી5 પ્રતિકૃતિ/એસેમ્બલી પ્રોટીનની રચનાઓ પણ એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફીમાંથી નક્કી કરવામાં આવી છે અને પી. ડી. બી. માં જમા કરવામાં આવી છે. આનુવંશિકતા એફ. ડી. જિનોમના ડીએનએ ક્રમમાં 9 જનીનો ધરાવતા 6408 ન્યુક્લિયોટાઇડ હોય છે, પરંતુ જિનોમમાં 11 પ્રોટીન ઉત્પન્ન કરતી 11 ખુલ્લી વાંચન ફ્રેમ હોય છે, કારણ કે બે જનીનો, જનીન 2 અને જનીન 1, આંતરિક માળખામાં અનુવાદ શરૂ કરે છે, જે બે વધારાના પ્રોટીન, પી 10 અને પી 11 ઉત્પન્ન કરે છે. જિનોમમાં ટૂંકા બિન-કોડિંગ ઇન્ટરજેનિક ક્રમ પણ હોય છે. એમ13 અને એફ1 સિક્વન્સ એફ. ડી. થી થોડા અલગ છે. તેઓ બંનેમાં માત્ર 6407 ન્યુક્લિયોટાઇડ હોય છે; f1 એ 180 સ્થાનોમાં fd થી અલગ પડે છે (આમાંથી માત્ર 10 ફેરફારો જનીન ઉત્પાદનોમાં એમિનો-એસિડ ફેરફારોમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે) અને M13 એ f1 થી માત્ર 59 ન્યુક્લિયોટાઇડ તફાવતો ધરાવે છે. ઘણા હેતુઓ માટે એફ. એફ. જૂથમાં ફેજને વિનિમયક્ષમ ગણી શકાય. પાંચ જનીન ઉત્પાદનો વિરિયનનો ભાગ છેઃ મુખ્ય કોટ પ્રોટીન (પી8) અને બે છેડાઓને આવરી લેતા નાના પ્રોટીન, એક છેડે પી3 અને પી6 અને બીજા છેડે પી7 અને પી9. ત્રણ જનીન ઉત્પાદનો (પી2, પી5 અને પી10) ડીએનએ સંશ્લેષણ માટે જરૂરી કોષરસાત્મક પ્રોટીન છે અને બાકીના વાયરિયનની એસેમ્બલીમાં સામેલ પટલ પ્રોટીન છે. જનીન એન્કોડિંગ પી 1 નો ઉપયોગ માઇક્રોબાયલ જીનોમમાંથી 10000 થી વધુ ઇનોવાયરસ જેવા ક્રમને ઓળખવા માટે ઓટોમેટિક મશીન-લર્નિંગ અભિગમમાં ઇનોવાયરસ જીનોમ માટે વિશિષ્ટ ત્રણ અન્ય સુવિધાઓ સાથે સંરક્ષિત માર્કર જનીન તરીકે કરવામાં આવ્યો છે. જીવન ચક્ર ચેપ પી 3 પ્રોટીન પી 3 ના સી-ટર્મિનલ ડોમેન દ્વારા વિરિયનના એક છેડે લંગર કરવામાં આવે છે. યજમાન બેક્ટેરિયાના ચેપમાં યજમાન બેક્ટેરિયાના બે અલગ અલગ સ્થળો સાથે પી 3 ના બે અલગ અલગ એન-ટર્મિનલ પ્રદેશોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. પ્રથમ, પી 3 નું એન 2 ડોમેન એફ-પિલસની બાહ્ય ટોચ સાથે જોડાય છે, અને પિલસ કોષમાં પાછો ફરે છે. આ પીછેહઠમાં પાયલસની વૃદ્ધિ અને પોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયાને ઉલટાવીને પાયલસની તળેટીમાં કોષ પટલમાં પાયલસ સબ્યુનિટ એસેમ્બલીનું ડિપોલિમરાઇઝેશન સામેલ હોઈ શકે છે. જેમ જેમ પી 3 ધરાવતા પાયલસની ટોચ કોષની દિવાલની નજીક પહોંચે છે, તેમ પી 3 નું એન 1 ડોમેન ચેપને પૂર્ણ કરવા અને યજમાનના કોષરસમાં જીનોમને મુક્ત કરવા માટે બેક્ટેરિયલ ટોલક્યુઆરએ પ્રોટીન સાથે સંપર્ક કરે છે. પ્રતિકૃતિ સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ વાયરલ ડીએનએ કોષરસમાં પ્રવેશ્યા પછી, તે પૂરક ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડના સંશ્લેષણ માટે નમૂના તરીકે કામ કરે છે. આ સંશ્લેષણ યજમાન આર. એન. એ. પોલિમરેઝ દ્વારા ડી. એન. એ. ક્રમના આંતરજનિત પ્રદેશમાં શરૂ કરવામાં આવે છે, જે ચેપગ્રસ્ત ડી. એન. એ. પર નમૂના તરીકે ટૂંકા આર. એન. એ. પ્રાઇમરનું સંશ્લેષણ કરે છે. યજમાન ડીએનએ પોલિમરેઝ III પછી ડીએનએના સંપૂર્ણ પૂરક સ્ટ્રાન્ડનું સંશ્લેષણ કરવા માટે આ પ્રાઇમરનો ઉપયોગ કરે છે, જે ડબલ-સ્ટ્રેન્ડેડ વર્તુળ આપે છે, જેને કેટલીકવાર પ્રતિકૃતિ સ્વરૂપ (આરએફ) ડીએનએ કહેવામાં આવે છે. આરએફનો પૂરક ભાગ ફેજ કોડેડ પ્રોટીન માટે ટ્રાન્સક્રિપ્શન ટેમ્પલેટ છે, ખાસ કરીને પી 2 અને પી 10, જે વધુ ડીએનએ પ્રતિકૃતિ માટે જરૂરી છે. પી2 પ્રોટીન આરએફ ડીએનએના વાયરલ સ્ટ્રાન્ડને વિભાજિત કરે છે, અને યજમાન ડીએનએ પોલિમરેઝ III નવા વાયરલ સ્ટ્રાન્ડનું સંશ્લેષણ કરે છે. જૂના વાયરલ સ્ટ્રાન્ડને વિસ્થાપિત કરવામાં આવે છે કારણ કે નવા એક સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. જ્યારે વર્તુળ પૂર્ણ થાય છે, ત્યારે સહસંયોજક રીતે જોડાયેલ પી 2 જૂના અને નવા સંશ્લેષિત ડીએનએ વચ્ચેના જંક્શન પર વિસ્થાપિત વાયરલ સ્ટ્રાન્ડને કાપી નાખે છે અને બંને છેડાઓને ફરીથી લીગેટ કરે છે અને પી 2 ને મુક્ત કરે છે. આરએફની ડઝનેક નકલો પેદા કરવા માટે આરએફ આ રોલિંગ સર્કલ મિકેનિઝમ દ્વારા પ્રતિકૃતિ બનાવે છે. જ્યારે ફેજ પ્રોટીનની સાંદ્રતામાં વધારો થાય છે, ત્યારે નવા વાયરલ સ્ટ્રેન્ડ્સ પૂરક ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ્સને બદલે પ્રતિકૃતિ/એસેમ્બલી પ્રોટીન પી5 દ્વારા કોટેડ થાય છે. પી 5 પી 2 ના અનુવાદને પણ અટકાવે છે, જેથી સંતાન વાયરલ એસએસડીએનએ ઉત્પાદન અને પેકેજિંગ સુમેળમાં હોય. એસેમ્બલી અને એક્સ્ટ્રુઝન ચેપ યજમાન બેક્ટેરિયાને મારી નાંખતું નથી, જે ફેજના મોટાભાગના અન્ય પરિવારોથી વિપરીત છે. પ્રોગેની ફેજને એસેમ્બલ કરવામાં આવે છે કારણ કે તેઓ વધતા બેક્ટેરિયાના પટલમાંથી બહાર કાઢે છે, કદાચ આંતરિક અને બાહ્ય પટલમાં જોડાતા સંલગ્ન સ્થળો પર. પાંચ ફેજ પ્રોટીન કે જે પૂર્ણ ફેજના આવરણની રચના કરે છે તે આંતરિક પટલમાં પ્રવેશ કરે છે; પી8 અને પી3 માટે, એન-ટર્મિનલ લીડર સિક્વન્સ (પછીથી દૂર કરાયેલ) પ્રોટીનને બેક્ટેરિયલ પટલમાં પ્રવેશવામાં મદદ કરે છે, જેમાં તેમની એન-ટર્મિનલ કોષરસથી દૂર પેરિપ્લાઝમ તરફ જાય છે. અન્ય ત્રણ ફેજ પટલ પ્રોટીન કે જે ફેજમાં હાજર નથી, પી1, પી11 અને પી4 પણ એસેમ્બલીમાં સામેલ છે. આરએફ ડીએનએની પ્રતિકૃતિને પી5 સાથે ડીએનએના કોટિંગ દ્વારા ફેજ એસએસડીએનએના ઉત્પાદનમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે વિસ્તરેલ પી5/ડીએનએ પ્રતિકૃતિ/એસેમ્બલી સંકુલ બનાવે છે, જે પછી પટલ-બાઉન્ડ ફેજ પ્રોટીન સાથે સંપર્ક કરે છે. બહાર કાઢવાની પ્રક્રિયા પી7 અને પી9 પ્રોટીનને ઉપાડે છે જે સંતાન ફેજની બાહ્ય ટોચની રચના કરે છે. જેમ જેમ પી5ને ડીએનએમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, તેમ તેમ સંતાનના ડીએનએને પટલમાંથી બહાર કાઢવામાં આવે છે અને પી8ના હેલિકલ આવરણમાં લપેટી લેવામાં આવે છે, જેમાં પી3 અને પી6 એસેમ્બલીના અંતે ઉમેરવામાં આવે છે. પી4 પ્રોટીન બાહ્ય પટલમાં બાહ્ય છિદ્ર બનાવી શકે છે. યજમાન આંતરિક પટલ પર પી1-થિયોરેડોક્સિન સંકુલ સાથે ડબલ-સ્ટ્રેન્ડેડ પેકેજિંગ ડીએનએ સિગ્નલની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છિદ્રની રચનાને ટ્રિગર કરે છે. પી1 પ્રોટીનમાં વૉકર મોટિફ્સ હોય છે જે ફેજ એસેમ્બલી માટે જરૂરી છે, જે સૂચવે છે કે પી1 એ ફેજ એસેમ્બલીમાં સામેલ મોલેક્યુલર મોટર છે. પી1 પ્રોટીન કોષરસમાં એન-ટર્મિનલ ભાગ અને પેરિપ્લાઝમમાં સી-ટર્મિનલ ભાગ (પી8ની દિશાની વિરુદ્ધ) સાથે પટલમાં ફેલાયેલું હાઇડ્રોફોબિક ક્ષેત્ર ધરાવે છે. પટલ-ફેલાતા ક્ષેત્રની કોષરસની બાજુની બાજુમાં પી1નો 13 અવશેષોનો ક્રમ છે, જે પી8ના સી ટર્મિનસ નજીક મૂળભૂત અવશેષોની પેટર્ન સાથે નજીકથી મેળ ખાતી મૂળભૂત અવશેષોની પેટર્ન ધરાવે છે, પરંતુ તે ક્રમના સંદર્ભમાં ઊંધી છે. ફેજને ક્લોરોફોર્મ સાથે સારવાર કરીને પી8ની મધ્યવર્તી એસેમ્બલીઓ પેદા કરી શકાય છે. આ મધ્યવર્તી સ્વરૂપોમાં પી8ની હેલિકલ સામગ્રી ફેજ જેવી જ હોય છે, જે સૂચવે છે કે એસેમ્બલી દરમિયાન માળખાકીય પરિવર્તનમાં એસેમ્બલીમાં તેમના પડોશીઓના સંદર્ભમાં શિંગલ પી8 પેટા એકમોની માત્ર એક સ્લાઇડિંગ સામેલ હોઈ શકે છે. એપ્લિકેશન્સ જીવન વિજ્ઞાન અને દવા એફ. એફ. ફેજ જૈવિક અને તબીબી વિજ્ઞાનમાં ઉપયોગ માટે એન્જિનિયર્ડ કરવામાં આવ્યા છે. ઘણી એપ્લિકેશનો પ્રયોગો પર નિર્માણ કરે છે જે દર્શાવે છે કે એન્ટિબાયોટિક કેનામાઇસીન સામે પ્રતિકાર નક્કી કરતી ડીએનએ શ્રેણીને એફ. ડી. ફેજ ડીએનએના બિન-કોડિંગ ઇન્ટરજેનિક શ્રેણીમાં કાર્યાત્મક સ્વરૂપમાં દાખલ કરી શકાય છે. આવા સુધારેલા ફેજ જંગલી-પ્રકારનાં ફિલામેન્ટસ એફ. ડી. કરતા અનુરૂપ રીતે લાંબા હોય છે, કારણ કે લાંબા ડીએનએને અનુરૂપ વધુ જનીન 8 કોટ પ્રોટીન સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે, પરંતુ ફેજ જીવન-ચક્ર અન્યથા વિક્ષેપિત થતું નથી. બીજી બાજુ, પરંપરાગત "ટેડપોલ" અથવા આઇસોમેટ્રિક આકારના-તબક્કા, જે મર્યાદિત કદના કેપ્સિડ ધરાવે છે, તેનો ઉપયોગ મોટા ડીએનએ પરમાણુને સમાવવા માટે એટલી સરળતાથી કરી શકાતો નથી. સંશોધિત ફેજની પસંદગી કેનામાઇસિન સામે પ્રતિકાર દાખલ કરવા માટે સંશોધિત ફેજ સાથે કેનામાઇસિન-સંવેદનશીલ બેક્ટેરિયાને સંક્રમિત કરીને અને કેનામાઇસિનની અન્યથા ઘાતક સાંદ્રતા ધરાવતા માધ્યમોમાં ચેપગ્રસ્ત બેક્ટેરિયાને વધારીને કરી શકાય છે. આ પરિણામ ઇન્ટરજેનિક ક્રમને બદલે એફ. ડી. ફેજ જનીન 3 માં વિદેશી પેપ્ટાઇડ વ્યક્ત કરતા વિદેશી ડીએનએ દાખલ કરીને વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યું હતું, જેથી વિદેશી પેપ્ટાઇડ જનીન 3 શોષણ પ્રોટીનના ભાગ રૂપે ફેજની સપાટી પર દેખાય. પછી યોગ્ય એન્ટિબોડીઝનો ઉપયોગ કરીને વિદેશી પેપ્ટાઇડ વહન કરતા ફેજને શોધી શકાય છે. આ અભિગમની વિપરીતતા એ છે કે જનીન 3 માં એન્ટિબોડીઝ માટે ડીએનએ કોડિંગ દાખલ કરવું અને યોગ્ય એન્ટિજેન્સ દ્વારા તેમની હાજરી શોધવી. આ તકનીકો વર્ષોથી ઘણી રીતે વિસ્તૃત કરવામાં આવી છે, ઉદાહરણ તરીકે જનીન 3 સિવાયના ફેજ કોટ પ્રોટીન માટે જનીન કોડિંગમાં વિદેશી ડીએનએ દાખલ કરીને, અને/અથવા માત્ર કેટલાક અનુરૂપ જનીન ઉત્પાદનોમાં ફેરફાર કરવા માટે રસના જનીનની નકલ કરીને. ફેજ ડિસ્પ્લે ટેકનોલોજીનો ઘણા હેતુઓ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સામગ્રી વિજ્ઞાન અને નેનો ટેકનોલોજી એફ. એફ. ફેજીસને ઉપચાર, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ, ફોટોવોલ્ટેઇક, ઉત્પ્રેરક, સંવેદના અને ડિજિટલ મેમરી ઉપકરણો જેવી એપ્લિકેશનો માટે એન્જિનિયર્ડ કરવામાં આવ્યા છે, ખાસ કરીને એન્જેલા બેલ્ચર અને સહકર્મીઓ દ્વારા. ફિલામેન્ટસ બેક્ટેરિયોફેજ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ વાયરલઝોન એટીસીસી એફડી એટીસીસી એમ13 ઇનોવિરિડે બેક્ટેરિયોફેજ મોલેક્યુલર બાયોલોજી મોલેક્યુલર જિનેટિક્સ ફેજ પ્રોટીન મેમ્બ્રેન પ્રોટીન મેમ્બ્રેન બાયોલોજી સ્ટ્રક્ચરલ બાયોલોજી સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ડીએનએ વાયરસ