Bacteriophage P2
बैक्टीरियोफेज पी2, वैज्ञानिक नाम एस्चेरिचिया वायरस पी2, एक समशीतोष्ण फेज है जो ई. कोलाई को संक्रमित करता है। यह एक संकुचित आवरण के साथ एक पूंछ वाला वायरस है और इस प्रकार इसे जीनस पेडुओवायरस (पूर्व में पी2लाइकवायरस), उप-परिवार पेडुओविरिने, कैडोविरेल्स क्रम के भीतर परिवार मायोविरिडे में वर्गीकृत किया गया है। वायरस के इस वंश में कई पी2 जैसे फेज के साथ-साथ उपग्रह फेज पी4 भी शामिल हैं। डिस्कवरी बैक्टीरियोफेज पी2 को पहली बार जी. बर्टानी द्वारा 1951 में ई. कोलाई के लिस्बन और कैरेयर स्ट्रेन से अलग किया गया था। उस समय से, बड़ी संख्या में पी2 जैसे प्रोफ़ेज़ (जैसे। 186, एच. पी. 1, एच. के. 239, और डब्ल्यू. एफ. आई.) को अलग किया गया है कि साझा वर्ण जैसे मेजबान सीमा, सीरोलॉजिकल संबंध और फेज λ के साथ पुनः संयोजन करने में असमर्थता, और वे ई. कोलाई आबादी में काफी आम प्रतीत होते हैं क्योंकि ई. कोलाई संदर्भ संग्रह (एस. ए. बी. सी.) में लगभग 30 प्रतिशत उपभेदों में पी. 2 जैसे प्रोफ़ेज होते हैं। इनमें से पी2 जैसे प्रोफ़ेज़ पी2 की सबसे अच्छी विशेषता है। पी2 फेज ई. कोलाई के कई उपभेदों के साथ-साथ सेरेटिया, क्लेबसिएला निमोनिया और यर्सिनिया एसपी सहित कई अन्य प्रजातियों के उपभेदों में गुणा करने में सक्षम पाया गया, जिसने सुझाव दिया कि इसने जीवाणु विकास में क्षैतिज जीन हस्तांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। जीनोम और आकृति विज्ञान फेज पी2 में 60 नैनोमीटर के व्यास के साथ एक आइकोसाहेड्रल कैप्सिड में पैक किया गया एक डबल स्ट्रैंडेड डीएनए जीनोम होता है जो 135 नैनोमीटर लंबी पूंछ से जुड़ा होता है। फेज पी4 की उपस्थिति पी2 को छोटे कैप्सिड बनाने का कारण बन सकती है। पूंछ एक बेसप्लेट में समाप्त होती है जो फेज संक्रामकता के लिए नियंत्रण केंद्र है। बेसप्लेट में 6 टेल फाइबर शामिल होते हैं जो शुरू में बैक्टीरिया कोशिका भित्ति पर रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं और एक टेल स्पाइक प्रोटीन जो बाद में कोशिका भित्ति पर अन्य रिसेप्टर्स से अपरिवर्तनीय रूप से जुड़ जाता है। बैक्टीरियोफेज पी2 का जीनोम 33,592 बी. पी. का डबल-स्ट्रैंडेड, रैखिक डी. एन. ए. है जो सामंजस्यपूर्ण छोरों (परिग्रहण संख्या ए. एफ. 063097) के साथ है। जीनोम में 42 जीनों को तीन मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता हैः (i) लाइटिक विकास के लिए आवश्यक जीन, (ii) लाइसोजेनी की स्थापना और रखरखाव में शामिल जीन (जैसे इंट और सी), और (iii) गैर-आवश्यक जीन (पुराने, टिन और जेड/फन सहित)। इसके अलावा, पी2 जीनोम में कई ओपन रीडिंग फ्रेम (ओ. आर. एफ.) पाए जाते हैं, जो कार्यात्मक प्रोटीन को कूटबद्ध कर सकते हैं। जीवन चक्र बैक्टीरियोफेज पी2 एक समशीतोष्ण फेज है, जिसका अर्थ है कि यह लाइटिक रूप से फैल सकता है (अर्थात। मेज़बान कोशिका को फ़ेज़ संतानों का उत्पादन करने के लिए निर्देशित करना और अंत में फ़ेज़ संतानों के बाहर निकलने पर मेज़बान को लाइज़ करना), साथ ही साथ लाइसोजेनी (यानी। कोशिका को नष्ट किए बिना मेजबान के जीनोम में अपनी आनुवंशिक सामग्री को इंजेक्ट करना और फ्यूज करना) और मेजबान जीनोम में एक प्रोफ़ेज के रूप में बनाए रखना। मेजबान कोशिका में विरियन का संक्रमण अवशोषण फेज संक्रमण में महत्वपूर्ण कदम है, जो फेज डीएनए के निम्नलिखित फेज बाइंडिंग और इंजेक्शन के लिए आवश्यक है। अधिशोषण प्रक्रिया के दौरान, फेज पी2 का पूंछ फाइबर ई. कोलाई के लिपोपॉलीसेकेराइड के मूल क्षेत्र को पहचानता है और उससे जुड़ जाता है, और फिर फेज अपने डी. एन. ए. को कोशिका द्रव्य में डाल देता है। लाइटिक चक्र प्रारंभिक प्रतिलेखन पी2 की जीन अभिव्यक्ति लाइटिक चक्र के दौरान समय के साथ नियंत्रित होती है। प्रारंभिक प्रतिलेखन, जो निम्नलिखित डी. एन. ए. प्रतिकृति के लिए आवश्यक जीन की अभिव्यक्ति के लिए जिम्मेदार है, संक्रमण के तुरंत बाद शुरू किया जाता है। प्रारंभिक ऑपरॉन में 9 जीन होते हैं और लाइटिक प्रमोटर पी से प्रतिलेखित होते हैं। ऑपरॉन में पहला जीन, नामित कॉक्स, लाइसोजेनिक प्रमोटर पीसी के दमनक को कूटबद्ध करता है और लाइसोजेनी की स्थापना के लिए आवश्यक जीन की अभिव्यक्ति को रोकता है। फिर फेज लाइटिक जीवन चक्र में प्रवेश करता है और प्रारंभिक प्रतिलेखन शुरू होता है। प्रारंभिक प्रतिलेखन प्रक्रिया में केवल मेजबान σ70 आरएनए पोलीमरेज़ की आवश्यकता होती है। डी. एन. ए. प्रतिकृति कॉक्स के अलावा, प्रारंभिक ऑपरॉन में दो अन्य जीन होते हैं जो पी2 डी. एन. ए. प्रतिकृति के लिए आवश्यक हैं, जीन ए और बी. पी2 जीनोम की प्रतिकृति ए प्रोटीन द्वारा शुरू की जाती है और एक संशोधित रोलिंग-सर्कल तंत्र के माध्यम से एक निश्चित मूल (ओ. आर. आई.) से होती है जो दोहरे फंसे हुए मोनोमेरिक वृत्त उत्पन्न करती है। लैगिंग-स्ट्रैंड संश्लेषण के लिए बी प्रोटीन की आवश्यकता हो सकती है, क्योंकि यह ई. कोलाई डी. एन. ए. बी. के साथ अंतःक्रिया कर सकता है और एक हेलिकेस लोडर के रूप में कार्य कर सकता है। डी. एन. ए. प्रतिकृति शुरू होने और प्रतिलेखन सक्रियक ओ. जी. आर. को व्यक्त किए जाने के बाद देर से प्रतिलेखन देर से जीन प्रतिलेखन की सक्रियता चार देर से प्रवर्तकों से शुरू की जाती है। देर से प्रवर्तक, पी. पी., पी. ओ., पी. वी. और पी. एफ., ओ. जी. आर. द्वारा सक्रिय किए जाते हैं और लाइटिक कार्यों के लिए जिम्मेदार जीन के प्रतिलेखन के साथ-साथ फेज संतानों के लिए एन्कोडिंग निर्माण खंडों को निर्देशित करते हैं। सभी चार प्रवर्तकों के पास आंशिक डायड समरूपता के साथ एक क्षेत्र है जो प्रतिलेखन दीक्षा स्थल से लगभग 55 बी. पी. नीचे की ओर केंद्रित है। विलोपन विश्लेषण और आधार प्रतिस्थापन द्वारा प्रकट किया गया है कि इस डायड समरूपता को प्रवर्तक गतिविधि के लिए आवश्यक दिखाया गया है। इसके अलावा, पी2 के देर से जीन को उपग्रह फेज पी4 और पी. आर. 73 के δ प्रोटीन द्वारा भी सीधे सक्रिय किया जा सकता है। लाइसिस लाइटिक चक्र के दौरान, अन्य दोहरे फंसे हुए फेज के समान, बैक्टीरियोफेज पी2 मेजबान कोशिका को नष्ट करने के लिए एक होलिन-एंडोलिसिन प्रणाली लागू करता है। पी2 में दो आवश्यक लिसिस जीन (जीन के और जीन वाई) और दो सहायक लिसिस जीन (एलवाईएसए और एलवाईएसबी) होते हैं। के जीन के उत्पाद में λ फेज में जीन आर के साथ व्यापक अमीनो एसिड अनुक्रम समानता है, जो एंडोलिसिन कार्य प्रदर्शित करता है और ग्लाइकोसिडिक बंधन पर हमला करता है। जीन वाई होलिन प्रोटीन परिवार के साथ उच्च समानता साझा करने वाले एक पॉलीपेप्टाइड को कूटबद्ध करता है, जो कोशिका झिल्ली में 'छेद' बनाता है और कोशिका भित्ति तक एंडोलिसिन पलायन के लिए एक मार्ग प्रदान करता है। गैर-आवश्यक जीन, एल. आई. एस. ए. और एल. आई. एस. बी., लाइसिस के सही समय को नियंत्रित करने में एक भूमिका निभाते हैं। लाइसोजेनिक चक्र प्रोफेज एकीकरण लाइसोजेनिक चक्र के दौरान, पी2 जीनोम को मेजबान गुणसूत्र में डाला जाता है और एक प्रोफेज के रूप में बनाए रखा जाता है। एकीकरण में एक बैक्टीरियल अटैचमेंट साइट (एटीबी) और एक फेज अटैचमेंट साइट (एटीपी) के बीच साइट-विशिष्ट पुनर्संयोजन शामिल है, जो होस्ट-फेज जंक्शन, एटीएल और एटीआर उत्पन्न करता है। यह प्रतिक्रिया एक फेज-एन्कोडेड समाकलन द्वारा नियंत्रित होती है, और इससे न्यूक्लियोटाइड्स का कोई लाभ या हानि नहीं होती है। एक अन्य एकीकरण मेजबान कारक, आई. एच. एफ., एकीकरण प्रक्रिया में भी आवश्यक है और एक वास्तुशिल्प प्रोटीन के रूप में कार्य करता है जो डी. एन. ए. को बांधता और मोड़ता है। इस प्रकार, फेज पी2 का एकीकरण तंत्र अच्छी तरह से अध्ययन की गई λ साइट-विशिष्ट पुनर्संयोजन प्रणाली के समान है, लेकिन फेज प्रोटीन और उनके डीएनए बाइंडिंग साइट अलग-अलग हैं। लाइसोजेनी का रखरखाव पी2 की लाइसोजेनिक स्थिति को सी रिप्रेसर द्वारा बढ़ावा दिया जाता है और बनाए रखा जाता है। यह एक 99-एमिनो एसिड पॉलीपेप्टाइड है और केवल एक प्रचालक क्षेत्र से जुड़ता है जो प्रारंभिक जीनः कॉक्स, बी और संभवतः ए की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है। शोध से पता चला है कि सी रिप्रेसर अपने स्वयं के पी. सी. प्रवर्तक को सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तरह से नियंत्रित कर सकता है क्योंकि पी. सी. को निम्न सी स्तर पर ऊपर और नीचे उच्च स्तर पर विनियमित किया जाता है। चूँकि सी रिप्रेसर ई. कोलाई के एस. ओ. एस./आर. सी. ए. प्रणाली द्वारा निष्क्रिय नहीं है, पी. 2 प्रोफ़ेज पराबैंगनी विकिरण द्वारा गैर-प्रेरक है। इसके अलावा, भले ही सी रिप्रेसर निष्क्रिय हो, पी2 प्रोफेज इंट एक्सप्रेशन की कमी के कारण एक्साइज करने में असमर्थ है। इसलिए, पी2 को समशीतोष्ण फेज के गैर-प्रेरक वर्ग के लिए प्रोटोटाइप माना गया है। पी2 इंडक्शन-एक्ससिशन विरोधाभास को कैसे हल करता है, इसके बारे में तंत्र अभी भी अज्ञात है। लाइटिक बनाम लाइसोजेनिक विकास का नियंत्रण जैसा कि पहले कहा गया है, संक्रमण पर, फेज पी2 लाइटिक या लाइसोजेनिक चक्र में प्रवेश कर सकता है। संक्रमण पर लाइटिक/लाइसोजेनिक निर्णय इस बात पर निर्भर करता है कि कौन सा प्रवर्तक कमान संभालता है, लाइसोजेनिक प्रवर्तक पी. सी. या प्रवर्तक पी. ई. जो लाइटिक चक्र के लिए जिम्मेदार जीन को नियंत्रित करता है। पी. सी. और पी. ई. आमने-सामने स्थित हैं, और वे परस्पर अनन्य हैं। पी. ई. प्रवर्तक कॉक्स प्रोटीन के प्रतिलेखन का निर्देशन करता है जो पी. सी. प्रवर्तक को दबाता है और इस तरह लाइसोजेनाइजेशन को रोकता है, और पी. सी. प्रवर्तक सी. दमनक प्रतिलेखन का निर्देशन करता है जो पी. ई. को नियंत्रित करता है। इस प्रकार, कौन सा प्रवर्तक कमान संभालता है, यह कॉक्स प्रोटीन और सी रिप्रेसर की सापेक्ष सांद्रता का परिणाम माना जाता है। यदि सी रिप्रेसर और कॉक्स प्रोटीन के बीच संतुलन को संक्रमण के बाद सी रिप्रेसर की ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, तो फेज लाइसोजेनिक जीवन चक्र में प्रवेश करेगा क्योंकि पी. ई. प्रवर्तक को बंद कर दिया जाएगा और इसके विपरीत। बैक्टीरियोफेज पी2 और अन्य पी2 जैसे फेज का विकास बहुत सारे शोधों से पता चला है कि फेज जीनोम मेजबान जीन या अन्य फेज जीन के समान दोनों जीन से बने होते हैं, और नए जीन जो किसी भी ज्ञात जीन के साथ बहुत कम समानता दिखाते हैं। पी2 जैसे फेज परिवार कोई अपवाद नहीं हैं। उनके जीनोम में बहुत समानता है लेकिन उनमें से प्रत्येक में अद्वितीय जीन होते हैं, जिनमें कुछ ऐसे भी होते हैं जिनके कार्य अज्ञात रहते हैं। एकरमैन द्वारा सुझाए गए मानदंड के आधार पर, कई फेज को वर्गीकरण की दृष्टि से पी2 के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है क्योंकि वे फेज पी2 के साथ कुछ वर्ण साझा करते हैं, लेकिन अब तक, केवल 6 पूर्ण जीनोम उपलब्ध हैं (पी2,186, φECTX, एचपी1, एचपी2 और के139)। 6 अनुक्रमित पी2 जैसे फेज का जातिजनित संबंध पूरे जीनोम की तुलना से पता चलता है कि केवल नौ देर से जीन (फेज पी2 में जीन एच, एल, एम, एन, ओ, पी, क्यू, एस, टी के अनुरूप) और एक एकीकृत जीन दोनों आनुवंशिक रूप से समान पाए गए और सभी 6 पूर्ण अनुक्रमित जीनोम में मौजूद थे। 9 देर से जीन उत्पादों के अमीनो एसिड अनुक्रमों पर आधारित जातिजनित पेड़ों का अलग से निर्माण किया जाता है, और वे सभी समान टोपोलॉजी दिखाते हैं, जिससे पता चलता है कि उनका समान विकासवादी इतिहास हो सकता है। इसके अलावा, इन 9 देर से जीन को क्लोनल रूप से विरासत में मिलने की संभावना है क्योंकि फेज की किसी भी जोड़ी के लिए उनके बीच प्रमुख पुनर्संयोजन घटनाओं का कोई संकेत नहीं है। हालाँकि, इन नौ के अलावा शेष जीनों के लिए, उनका जातिजनित संबंध अक्सर अस्पष्ट होता है और उनके विकासवादी इतिहास को हल करना कठिन होता है। होमोलॉगस और गैर-होमोलॉगस पुनर्संयोजन होमोलॉगस पुनर्संयोजन उत्परिवर्तन की तुलना में फेज पी2 के न्यूक्लियोटाइड परिवर्तनों में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो आश्चर्य की बात नहीं है क्योंकि ई. कोलाई आबादी में पी2 जैसे प्रोफ़ेज प्रचलित हैं और मेजबान जीनोम के बीच आनुवंशिक आदान-प्रदान पाया जाता है। पी2 जैसे फेज के 18 पृथक से पांच देर से जीन के अनुक्रम ने प्रदर्शित किया कि समरूप पुनर्संयोजन व्यापक है और कई ब्रेकप्वाइंट पर यादृच्छिक रूप से होता है। 18 करीबी रिश्तेदारों के देर से जीन में आनुवंशिक भिन्नताएं छोटी हैं, क्योंकि किसी भी जीन में सबसे बड़ा अंतर केवल 3.7% था। क्योंकि गैर-समानार्थी तृतीय-कोडोन स्थितियों के बजाय पर्यायवाची में बहुत अधिक भिन्नता थी, इन देर से जीन के बजाय मजबूत स्थिरीकरण चयन के अधीन होने की संभावना है। संबंधित फेजों के बीच समरूप पुनर्संयोजन के अलावा, गैर-समरूप पुनर्संयोजन भी फेज विकास के लिए एक प्रमुख तंत्र है। फेज पी2, पी1, म्यू, λ, के3 और टी2 के पूंछ फाइबर जीन में उच्च स्तर की समानताएं, जो विभिन्न परिवारों से संबंधित हैं, असंबंधित फेजों के बीच गैर-समरूप पुनर्संयोजन के पहले के अनुचित स्तर को इंगित करती हैं। चूंकि फेज की मेजबान सीमा काफी हद तक पूंछ फाइबर द्वारा निर्धारित की जाती है, इस खोज से पता चलता है कि चुनिंदा दबावों के तहत, फेज उनके लिए उपलब्ध जीन पूल का उपयोग करके अपनी मेजबान सीमा को बदलने की संभावना रखते हैं। लाइटिक और लाइसोजेनिक जीवन चक्र के बीच बदलने में सक्षम इसके मेजबान के विकास में योगदान फेज के अस्तित्व के लिए बहुत फायदेमंद है। आइसोजेनिक मेजबानों की एक बड़ी घनी आबादी में, लाइटिक रणनीति को प्राथमिकता दी जाती है, और फेज विषाक्तता के साथ-साथ मेजबान रक्षा तंत्र हथियारों की दौड़ के तरीके से विकसित होंगे। इसके विपरीत, लाइसोजेनी का पक्ष तब लिया जाता है जब मेजबान कोशिका घनत्व लाइटिक संक्रमणों के बार-बार चक्रों द्वारा फेज घनत्व के रखरखाव के लिए पर्याप्त नहीं होता है। यह सर्वविदित है कि फेज पी2 में विभिन्न बैक्टीरिया के संक्रमण पर क्षैतिज जीन हस्तांतरण में मध्यस्थता करने की क्षमता है। इस प्रक्रिया के दौरान, फेज पी2 मेजबानों के लिए नए जीन के स्रोत के रूप में काम कर सकता है, जो विकास और चयन के लिए सामग्री प्रदान करता है। उत्परिवर्तन और चयन के माध्यम से विकास की तुलना में, फेज-मध्यस्थ आनुवंशिक परिवर्तन थोड़े समय के भीतर जीवाणु चयापचय और शरीर विज्ञान में भारी परिवर्तन को प्रभावित कर सकते हैं, और वे अपने मेजबानों को योग्यता प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एडलिन और अन्य। यह पाया गया कि लाइसोजेनिक ई. कोलाई जिसमें λ, P1, P2, या म्यू प्रोफ़ेज होता है, पोषक-सीमित स्थिति में गैर-लाइसोजेनिक समकक्ष की तुलना में अधिक तेजी से बढ़ सकता है। इसके अलावा, यह दिखाया गया कि पी2 प्रोफ़ेज ई. कोलाई ओ157 उपभेदों के बीच साइटलेथल फैलाने वाले विषाक्त पदार्थों के प्रसार में योगदान कर सकता है और विभिन्न पशु मेजबानों के बीच उनके आला विस्तार की सुविधा प्रदान कर सकता है, जो ई. कोलाई ओ157 के रोगजनन में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। संदर्भ 2. बर्टानी, जी., स्टडीज ऑन लाइसोजेनेसिस I.: द मोड ऑफ फेज लिबरेशन बाय लाइसोजेनिक एस्चेरिचिया कोलाई1। जर्नल ऑफ बैक्टीरियोलॉजी, 1951। 62 (3): पृ. 293। मायोविरिडे