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Nature Communications volume 14, numero articolo: 4052 (2023) Citare questo articolo

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E217 è un fago di Pseudomonas utilizzato in un cocktail sperimentale per sradicare lo Pseudomonas aeruginosa associato alla fibrosi cistica. Qui, descriviamo la struttura dell'intero virione E217 prima e dopo l'espulsione del DNA con una risoluzione di 3,1 Å e 4,5 Å, rispettivamente, determinata utilizzando la microscopia elettronica criogenica (crio-EM). Identifichiamo e costruiamo strutture de novo per 19 prodotti genetici unici E217, risolviamo la macchina di espulsione del genoma della coda sia negli stati estesi che contratti e decifriamo l'architettura completa della piastra base formata da 66 catene polipeptidiche. Determiniamo inoltre che E217 riconosce l'antigene O ospite come recettore e risolviamo la porzione N-terminale della fibra della coda che lega l'antigene O. Proponiamo che i principi di progettazione dell'E217 presentati in questo articolo siano conservati nei fagi Myoviridae simili a PB1 del genere Pbunavirus che codificano una piastra base di ~ 1,4 MDa, drammaticamente più piccola del colifago T4.

Il batteriofago E217 infetta Pseudomonas aeruginosa e fa parte di un cocktail fagico sperimentale sviluppato per sradicare le infezioni da P. aeruginosa nelle larve di Galleria mellonella (falena della cera) e nei modelli di vertebrati1,2,3. E217 è un Myoviridae PB1-like del genere Pbunavirus caratterizzato da un genoma di ~66,2 kbp1, significativamente più piccolo del classico enterobatteri fago T4 (~169 kbp)4. I fagi simili a PB1 sono onnipresenti sulla Terra5, si trovano nelle acque dolci degli Stati Uniti6 e in Brasile7, nonché nelle acque reflue e nelle acque reflue in Europa8. Questi fagi hanno genomi di ~ 65 kbs e complessi di piastre base significativamente più semplici rispetto al classico colifago T4. Un unico vertice quintuplo del capside E217 è occupato da un lungo apparato contrattile della coda che rompe la simmetria icosaedrica9. La coda si assembla su una proteina portale dodecamerica che sostituisce un pentone del capside nel vertice unico, fornendo un canale di entrata e di uscita affinché il virus possa impacchettare ed espellere il DNA10. Il genoma E217 è confezionato in un capside precursore immaturo (o procapside) utilizzando due subunità terminasi, TerL e TerS che abbiamo recentemente caratterizzato11. Contemporaneamente, la piastra base assembla e recluta il tubo della coda, le proteine ​​della guaina e le fibre che si attaccano al vertice del portale attraverso un collo formato da fattori aggiuntivi.

La maggior parte delle conoscenze attuali sull'assemblaggio dei Myoviridae è estrapolata dal sistema modello T4, che è stato ampiamente studiato per oltre un secolo12,13,14. Nei Myoviridae, la piastra base è un complesso multisubunità che ospita diverse attività, tra cui l'attaccamento alla superficie dell'ospite, la penetrazione della membrana interna dell'ospite e l'espulsione del genoma accoppiato alla contrazione. L'architettura della piastra base T4 isolata è stata chiarita negli stati pre e post-contrazione, sfruttando un mutante (T4-18:00-23:00) che assembla l'intero complesso piastra base-tubo di coda ma non riesce a incorporarlo in un virione15, 16. La piastra base T4 è una macchina da ~6 MDa costruita da 15 diverse catene polipeptidiche ripetute in più copie per generare un complesso molecolare di ~145 proteine. La piastra base T4 ha un diametro di circa 490 Å, il doppio di quello del ribosoma batterico, e contiene fibre sia a coda corta che a coda lunga responsabili dell'attaccamento dei fagi alla parete cellulare batterica17,18. Hu et al. analizzato T4 in vari stadi dell'infezione utilizzando la tomografia crioelettronica (cryo-ET)19. È interessante notare che la maggior parte delle fibre a coda lunga vengono ripiegate contro il virione prima dell'infezione e non interagiscono direttamente con la superficie dell'ospite. Il primo evento di contrazione della coda è il legame irreversibile delle corte fibre della coda che sporgono dal fondo della piastra di base alla membrana esterna dell'ospite, che innesca la contrazione della guaina. Questo evento spinge il tubo della coda nel periplasma con successiva espulsione del genoma. La perforazione della membrana ospite non richiede la forza motrice del protone, che diventa necessaria solo per la traslocazione del genoma.