Bakteriophage Lambda

Der Lambda-Phage (Phage λ) ist ein Virus aus der Ordnung Caudovirales, der das Bakterium Escherichia coli zum Wirt hat; er gehört damit zu den Bakteriophagen. Er hat in der Geschichte der Virusforschung und molekularen Genetik wie auch bei gentechnologischen Verfahren eine große Bedeutung.

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Morphologie

  Das Virion des Lambda-Phagen ist wie bei allen Siphoviridae aus einem Kapsid mit der enthaltenden dsDNA und einem nicht-kontraktilen Schwanzteil aufgebaut. Das Kapsid hat eine isometrische, ikosaedrische Symmetrie und ist etwa 60 nm im Durchmesser groß; es besteht aus 72 Kapsomeren (60 Hexamere, 12 Pentamere, T=7). Aufgrund der Lücke für den Ansatz des Schwanzteils besteht das Kapsid jedoch nicht aus je 420 (= 60×6 + 12×5) Molekülen der beiden Haupt-Kapsidproteine E und D, sondern nur aus 415.

Der Schwanzteil ist flexibel, aber nicht-kontraktil und 8x150 nm groß. An dessen Ende befinden sich vier lange Fibern, die jedoch in in vitro gezüchteten Stämmen verschwinden.

Das lineare, doppelsträngige DNA-Genom des Lambda-Phagen ist 48.502 bp groß, kodiert für etwa 70 Proteine und besitzt an beiden Enden kurze einzelsträngige Abschnitte. Diese sind komplementär und dienen der Integration des Phagen-Genoms in das Genom des Wirtsbakteriums. Diese Enden werden auch als kohäsive Enden, homologe Bindeenden oder klebrige Enden (engl. sticky ends) bezeichnet.

Integration

  Der Phage λ ist ein temperenter Bakteriophage. Seine lineare Phagen-DNA wird nach der Infektion der Wirtszelle von der DNA-Ligase des Bakteriums zu einer zirkulären DNA geschlossen. Die zirkuläre DNA kann in das Bakterienchromosom integrieren. Die Integration der Phagen-DNA in das Wirtsgenom ist eine ortspezifische Rekombination und kann zu spezialisierter Transduktion führen. In diesem Zustand ist der Lambda-Phage ein Prophage und bleibt in das Wirtsgenom integriert ohne seine Gene zu exprimieren.

Expression

Die Expression der Prophagen-Gene werden von einem Repressor-Protein unterdrückt. Das einzige Gen, das nicht unterdrückt wird, ist natürlich dasjenige Gen, das für die Produktion des Repressorproteins zuständig ist, das cI Gen. Das heißt, dass die Prophage-DNA mit jeder Teilung der Wirtszelle auch dupliziert wird, aber seine Gene werden nicht transkribiert. Dieser Prozess ist auch als lysogener Zyklus bekannt. Die Termination der Lysogenie wird durch Stressfaktoren für das Bakterium, wie z.B. Antibiotika, UV-Strahlung, Nährstoffmangel und insbesondere DNA-Schädigung induziert. Im letztgenannten Falle führt eine Schädigung der Erbinformation zur Aktivierung von RecA, einem Induktor von DNA - Reparaturprozessen, der SOS-Antwort. Jedoch spaltet RecA nach Aktivierung nicht nur 'sein' Substrat, sondern auch den Lambda-Repressor. Dies führt zur Expression des Phagengenoms. Jetzt kann der Lambda-Phage in den lytischen Zyklus eintreten, wo auch die eigentliche Vermehrung des Phagen stattfindet. Zunächst werden die Phagen-Bestandteile produziert und der Lambda-Phage lysiert die Wirtszelle und sucht nach der nächsten Wirtszelle, die er infizieren kann.

Literatur

• Court, D.L. et al. (2007): A new look at bacteriophage lambda genetic networks. In: J. Bacteriol. Bd. 189, 298-304. PMID 17085553 doi:10.1128/JB.01215-06 PDF
• Gottesman, M.E. & Weisberg, R.A. (2004): Little lambda, who made thee? In: Microbiol. Mol. Biol. Rev. Bd. 68, S. 796-813. PMID 15590784 doi:10.1128/MMBR.68.4.796-813.2004 PDF
• Coleclough, C. & Erlitz, F.L. (1985): Use of primer-restriction-end adapters in a novel cDNA cloning strategy. In: Gene. Bd. 34, S. 305-314. PMID 2408965
• Hohn, B. (1983): DNA sequences necessary for packaging of bacteriophage lambda DNA. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Bd. 80, S. 7456-7460. PMID 6324174 PDF