[생물 임용 노트]박테리오 파지 - 2) 특수한 박테리오 파지

T₄ - "DNA 대사"

• 타이민이 없는 배지에서 복제가 가능하다. 여러 핵산 대사 효소를 갖고 있다.
• G와 염기쌍을 형성하는 C 대신 HMC(5-hydroxymethyl cytosine)을 갖는다.
  • T₄는 DNA 상 C를 인식하고 공격하는 nucelease를 갖고 있어, HMC는 이런 효소로부터 자신의 DNA를 보호한다.
  • 대장균은 HMC를 인식하여 분해하는 endonuclease를 갖고 있다.
• DNA 포장 시 잘리는 위치는 특정 서열이 아닌 포장된 크기에 따라 달라진다. 이를 headful mechanism이라고 한다.
• 포장되는 DNA는 하나의 파지에서 양 말단의 서열이 동일하다. - 말단부 중복
• 하지만 각 파지에서 이러한 말단부 서열은 다르다. - 순환적 치환

 

T₇ - "전사 단계 조절"

DNA 구조

T7 파지의 DNA 구조

** 숫자는 전사에 걸리는 시간을 의미

전사 단계

• classⅠ : P_I(프로모터)에서 대장균 RNA pol을 이용하여 종결자(T_E)에서 전사를 끝낸다.
  • P_I는 대장균의 프로모터와 유사하다.
  • classⅡ, Ⅲ 유전자 전사에 필수적인 단백질을 암호화하고 있다.
  • 대장균 RNA pol 억제 kinase를 암호화하고 있다. 하지만 완전히 억제하지는 않는다.
  • T₇ RNA polymerase를 암호화하고 있다. 이는 P_Ⅱ, P_Ⅲ를 인식할 수 있다.
• classⅡ : T₇ pol에 의해 T_E를 지나 T_Φ에서 종결된다. 다만 90%만 T_Φ에서 종결되며, 나머지 10% 정도는 끝까지 전사가 일어난다.
  • T_E ~ T_Φ : 복제 필요 단백질, 파지 머리 단백질, 대장균 RNA pol 억제 단백질(완전 억제 단백질)을 암호화
  • T_Φ 이후 : 꼬리 형성, 파지 성숙, 용해 단백질을 암호화
• classⅢ : 감염 후기에 필요한 단백질을 암호화한다. DNA 주입 시간이 10분이 넘어서 classⅢ는 한참 뒤에 합성된다.

 

λ 파지 - "용균주기와 용원주기 조절"

구조

선형 이중나선 DNA이며 5'-end에 12nt의 단일 가닥 DNA(점착말단(sticky end)의 형태)를 갖고 있음. 대장균 내에 주입시 두 말단이 연결되어 원형 DNA가 된다.

전사 단계

• 극초기 mRNA : 조절 단백질
• 초기 mRNA : DNA 복제 및 재조합 단백질
• 말기 mRNA : 파지 입자 구성 구조 단백질, 용해 단백질

유전자

λ 파지의 유전자

 

N,Q - 항종결 단백질 / C_Ⅱ - P_RE 전사 촉진 / C_Ⅰ - 용원성 촉진 단백질
P_RE, P_RM - C_Ⅰ 단백질 프로모터(억제 인자 생성) / cro - 용균성 촉진 단백질 / P_R - cro 단백질 프로모터

용균성, 용원성의 조절

용원성 경로 진행(cro와 N 억제)

• P_RM에 의한 C_Ⅰ 단백질(λ 억제인자) 합성은 P_R을 억제하여 cro 단백질 합성을 억제한다.
• 하지만 이것으로는 충분히 억제가 힘들고 보다 강력한 프로모터인 P_RE를 이용한다. P_RE를 이용하려면 C_Ⅱ 단백질이 필요하며, C_Ⅱ 단백질은 매우 불안정하여 C_Ⅲ 단백질에 의한 안정화가 필요하다.

용균성 경로 진행(cro와 N 촉진)

P_R에 의한 cro 단백질 합성은 P_RM을 억제하고, 이에 따라 C_Ⅰ이 억제되어 cro 단백질의 합성이 촉진된다.

 

용균성과 용원성의 선택(cro와 N 촉진)

• 세포의 대사가 활발한 경우 : protease 증가 - C_Ⅱ 감소 - C_Ⅰ 감소 - cro 단백질 증가 - 용균성 경로 진행
• 열악한 조건 : protease 감소 - C_Ⅱ 증가 - C_Ⅰ 증가 - cro 단백질 감소 - 용원성 경로 진행

용원성 주기(lysogenic cycle)

DNA 분자가 세균으로 주입 → 용균 주기 억제와 삽입 효소 생산을 위해 짧은 기간 전사 후 중지 → 파지 DNA가 세균의 DNA로 삽입되어 prophage 형성 → 세균이 계속 자라고 분열하여 세균 염색체의 일부로 복제

 

sp01 파지 - "RNA pol 조절"

• 초기 : 숙주의 RNA pol을 이용하여 σ²⁸ 포함 초기 단백질 합성
• 중기 : 숙주의 RNA pol에 σ²⁸이 붙어 중기 유전자 전사 → σ³³, σ³⁴ 합성
• 후기 : σ³³, σ³⁴가 σ²⁸을 대체하고 후기 유전자 전사