Estructura de fibras de bacteriófagos

Abstract

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 25-10-2013Los bacteriófagos son virus que infectan bacterias. Para ello, después de reconocer a la célula hospedadora y transferir el material genético a su interior y redirigen toda la maquinaria celular para producir más partículas virales. El primer paso fundamental para que este proceso se pueda llevar a cabo es la correcta interacción entre el fago y la membrana de la célula, por lo que los virus han desarrollado mecanismos para realizar eficientemente este proceso. La mayor parte de los bacteriófagos descritos pertenecen al orden Caudovirales, que se caracterizan por tener una cápside icosaédrica o prolada y una cola. En muchos casos, en la base de la cola hay fibras o espinas, que actúan como receptores de la célula hospedadora. Las fibras son proteínas triméricas que en su extremo distal presentan el dominio de unión al hospedador. Son proteínas muy estables, pero su forma de L también les confiere también cierta flexibilidad, necesaria para su unión al receptor, generalmente reversible. Los Caudovirales agrupan tres familias diferenciadas en función de la morfología de su cola: Myoviridae, Podoviridae y Siphoviridae. La familia Myoviridae incluye fagos con una cola larga y contráctil; siendo T4 el myovirus mejor estudiado, que tiene seis fibras largas y seis fibras cortas. La familia Podoviridae abarca los fagos con una cola corta y no contráctil. A esta familia pertenece el fago T7, que tiene seis fibras formadas por trímeros de la proteína gp17. Estas fibras han sido caracterizadas únicamente por microscopía electrónica y análisis bioquímicos. La familia Siphoviridae, está formada por fagos con una cola larga y flexible. El siphovirus T5 tiene tres fibras largas con forma de L formadas por trímeros de la proteína pb1, que han sido poco estudiadas hasta el momento. En esta tesis doctoral se planteó el estudio de la estructura del extremo carboxilo terminal de las fibras de los fagos T7 y T5, formadas por las proteínas gp17 y pb1 respectivamente. La determinación de la estructura atómica de los extremos de las fibras de los fagos abre nuevas posibilidades para el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas, como la modificación de los aminoácidos que interaccionan con el receptor y, por lo tanto, redireccionando los fagos hacia otras bacterias de interés. Debido a la aparición, cada vez más frecuente, de bacterias con resistencia a múltiples antibióticos, los fagos se presentan como una posible alternativa contra cepas bacterianas que causan patologías importantes en humanos.Bacteriophages are viruses that infect bacteria. For this infection they recognise the host cell, transfer the genetic material inside the cell and redirect the cell machinery in order to produce many viral particles. The first step for a successful infection is the correct interaction between the phage and the cell membrane. For this reason, viruses have developed mechanisms to bind efficiently to a specific receptor. Most bacteriophages belong to the order Caudovirales. These phages have icosahedral or prolate capsids with a tail. In most cases, fibres or spikes are attached to the base of the tail, and function as receptors for the host cell. Fibres are trimeric proteins with a carboxy-terminal host-binding domain. Because of their folding, they are very stable proteins, resistant to denaturing agents and high temperature, but their L shape confers them flexibility, facilitating receptor binding. This receptor binding is generally reversible and is followed by the irreversible interaction with a secondary receptor. After the receptor binding, the tail penetrates through the cell membrane and the phage DNA is ejected into the cell cytoplasm. The Caudovirales are divided into three families according to their tail morphology. The Myoviridae family consists of phages with a long contractile tail. T4, perhaps the best-known member of the Myoviridae family, has six long tail fibres and six short tail fibres. The Podoviridae family consists of phages with a short non-contractile tail. Bacteriophage T7, which has six fibres made by gp17 trimers, belongs to this family. These fibres have been previously analysed by electron microscopy and biochemical studies, but the atomic structure was still unknown. The last family, the Siphoviridae family, consists of phages with a long flexible tail. The siphovirus T5 has three L-shaped long fibres made by trimers of protein pb1 and they have been poorly studied. In this PhD thesis, a study of the carboxy-terminal parts of T7 and T5 fibres, made by the proteins gp17 and pb1 respectively, has been done. The knowledge of the atomic structure of the distal part of the fibres opens new approaches to future biotechnological applications: amino acids interacting with the receptor can be modified to redirect the phage to other bacteria of interest. At a time when the antibiotics are losing their effectiveness to resistant bacteria, phages represent a possible alternative