Профаги

T4 – один из самых изученных бактериофагов. Это вирулентный T-четный фаг, который является одним из крупнейших фагов, имеет сложную морфологию и поражает Escherichia coli. Имеет геномную ДНК порядка 169–170 тысяч пар нуклеотидов, упакованную в икосаэдрическую головку.

Фаг Т4 имеет сложную морфологию, вирион состоит из удлиненной икосаэдрической головки (капсида), размером111×78 нм и состоящей из 152 капсомеров, а также хвостового отростка (размер 113×16 нм). Отросток состоит из двух соосных трубок, соединенных с головкой короткой шейкой. В отростке сократительный чехол окружает центральный стержень, через который ДНК вводится в бактерию-хозяина. Отросток несет на конце базальную пластинку с шестью короткими зубцами, от которой отходит шесть длинных тонких нитей.

Фаг Т4 содержит по меньшей мере 46 различных белков (8 –155 кДа), включая 1600–2000 копий основного капсидного белка, молекулярной массой 43 кДа. Головка состоит из ряда различных типов белков, включая два вспомогательных белка, Hoc (высоко антигенный внешний капсидный белок) и Soc (небольшой внешний капсидный белок), а также белоки гена 23 и 24 (располагается на верхушках капсомеров). Липиды в структуру фага не обнаружены.

Генетический материал представлен двухцепочечной молекульй  ДНК и содержит примерно 165 генов. Геном Т4 был секвинирован и состоит из 168903 п.н. Молекула ДНК плотно упакована внутри икосаэдрической белковой оболочки. Мr ДНК составляет 120×10⁶ что составляет 46% от общего молекулярного веса вириона. Соотношение ГЦ пар равно 35%.

Для защиты от фермента дезоксирыбонуклеази, который разрушает ДНК клетки-хозяина в ДНК фага Т4 вместо цитозина находится гидроксиметилцитозин (ГМЦ). К тому же остатки ГМЦ в ДНК Т4 глюкозилированы. Эти производные цитозина включаются в ДНК бактериофага Т4 благодаря действию нескольких  фагоспепифических ферментов, синтезирующихся на ранней стадии заражения.

Один из них гидролизует dCTP с образованием dCMP, чтобы воспрепятствовать включению dCTP в ДНК фага Т4. Затем второй фермент вводит в dCMP гидроксиметильную группу, и образуется5-гидроксиметилцитидилат. Третий фермент превращает 5-гидроксиметилцитидилат в трифосфат, который служит субстратом для ДНК-полимераз. Наконец, четвертый фермент гликозилирует некоторые из содержащихся в ДНК остатки гидроксиметилцитозина.

Жизненный цикл фага Т4 стал классическим примером онтогенеза вирусов. Эксперимент, по изучению этого процесса, который впервые провели Эмори Эллис и Макс Дельбрюк, позволил установить общую последовательность событий. Эксперемент проходим следующим образом: растущие клетки Е. coli заражали фагом Т4 так, что в среднем на одну клетку приходилось по одной фаговой частице. В течение двух–трех минут инкубации большинство фагов адсорбировалось на клетках. Все не адсорбировавшиеся фаги затем инактивировали, добавляя антифаговую сыворотку. Через нескольок минут после этого культуру разбавляли в несколько сот раз питательной средой для того, чтобы понизить концентрацию антител и предупредить инактивацию фагового потомства. 

Через определенные промежутки времени в пробах инфицированной культуры определяли концентрацию инфицирующих единиц, высевая на чашки с индикаторными бактериями и подсчитывая число негативных колоний на газоне. В течении первых 24 мин после прикрепления фага к клетке число инфицирующих единиц в культуре оставалось постоянным. В этот период каждая негативная колония образовывалась отдельной инфицированной клеткой, из которой потомство фага выходило после того, как клетка оказывалась на поверхности агара.

По прошествии этих 24 мин число инфицирующих единиц в культуре начинает расти, поскольку некоторые лизируются и высвобождают содержащиеся в них фаги К 30-й минуте почти все клетки уже разрушены. Число инфецирующих единиц к концу эксперимента примерно в 100 раз превышает число инфицированных клеток. Таким образом, из каждой клетки выходит примерно 100 потомков фага. Таким образом, фаг Т4 развивается по литическому пути.

Адсорбция фаговой частицы на бактерии а, и именно взаимодействие белков адсорбционного аппарата бактериофага с рецепторными структурами поверхности бактериальной клетки необходимо для конформационного запуска фаговой инфекции.