Die Zugehörigkeit zu den Caudoviricetes und ihre halophilen Archaeenwirte klassifizieren die Vertoviridae nicht-taxonomisch einerseits als arTVs (archaeal tailed viruses), andererseits als Haloviren.
Die Virionen (Viruspartikel) der Vertoviridae haben den für die Klasse Caudoviricetes typischen Kopf-Schwanz-Aufbau; es gibt keine Virushülle. Der Kopf, ein ikosaedrisches Kapsid ist im Durchmesser etwa 64 nm groß. Der Schwanz ist kontraktil, er misst etwa 170 nm an Länge und 18 nm an Durchmesser, es gibt kurzen Schwanzfasern.[3][4]
Wirte
Die Wirte der Vertoviridae sind verschiedene Mitglieder der Euryarchaeota-Ordnung Halobacteriales (synonym: Natrialbales, Haloferacales),[5] insbesondere:
Drei Mitglieder der Familie wurden bis 2023 sequenziert:
phiCh1: Probe aus Österreich, 1996 entnommen, Veröffentlichung 1997 (Angela Witte et al.)[10][11]
phiH: Probe aus Deutschland, 1981 entnommen, Veröffentlichung 2018 (Mike Dyall-Smith et al.)[12][13]
ChaoS9: Probe aus Deutschland, 2007 entnommen, Veröffentlichung 2019 (Mike Dyall-Smith et al.)[6][7]
Das Genom der Vertoviridae ist unsegmentiert (monopartit), es ist im Allgemeinen ein lineares dsDNA-Molekül mit einer Größe von ca. 59 kbp (Kilobasenpaaren), es kodiert etwa 97 Proteine.
Das Genom ist endständig (terminal) redundant,[A. 1] zudem gibt es zirkuläre Permutationen[15] (circular permutations, vergleiche Madisaviridae, Saparoviridae und die Zobellviridae-Gattung Citrovirus).[3]
Das Genom von ChaoS9 hat einen G+C-Gehalt von 65,3 % und vorhergesagt 85 kodierende Sequenzen (coding regions, coding sequences, CDS)[A. 3]
es kodiert eine tRNA (für Arginin).[7]
Das Genom von phiH (Variante phiH1) hat einen G+C-Gehalt von (je nach Autor) 63.7–64,0 % und vorhergesagt 97 CDS.[11]
Der Name der Familie Vertoviridae leitet sich ab von lateinischverto‚ich wende‘ (von vertere‚wenden‘);[25] dies bezieht sich auf den für die Viren dieser Familie charakteristischen invertierbaren Schwanzfaserlocus, die Endung ‚-viridae‘ bezeichnet Virusfamilien.[1][4][2]
Der Gattungsname Chaovirus, eine Zusammenziehung (Kofferwort) von ChaoS9 virus, leitet sich ab vom Namen des ersten isolierten Virus dieser Gattung, ChaoS9.[4]
Das Art-EpithetonChaoS9 ist der Name des Referenzstammes, der seinerseits ein Kofferwort ist aus Caudovirus of haloarchaeal origin und dem Stamm S9 der von diesem Virus parasitierten Archaeenart Halobacterium salinarum ist.[4]
Der Gattungsname Myohalovirus leitet sich ab von einer Zusammenziehung der beiden nicht-taxonomischen Klassifizierungen dieser Gattung, den Myoviren (Morphotyp) und Haloviren (Habitat).[4][7]
Das Art-Epitheton phiCh1 verweist auf den Referenzstamm dieser Art, phi-Ch1.
Auch das Art-Epitheton phiH leitet sich ab vom Referenzstamm der Spezies, phi-H.
Hs1
Die erste Beschreibung eines Archaeenvirus erfolgte 1974 durch Terje Torsvik und Ian D. Dundas in einem Nature-Artikel mit dem Titel „Bacteriophage of Halobacterium salinarum“ („Bakteriophage von Halobacterium salinarum“)[26][27]
Dieses Virus mit dem Akronym Hs1[28][29][30] infiziert die Haloarchaeen-Spezies Halobacterium salinarum und hat signifikante Ähnlichkeit mit dem Halobacterium-Phagen phiH (ΦH) und ist vom Morphotyp der Myoviren, es muss daher derselben Virusspezies Myohalovirus phiH angehören.[28][12]
ChaoS9
ChaoS9 ist der Referenzstamm der Virenspezies Chaovirus ChaoS9.
ChaoS9-Genom
Auf das ChaoS9 stieß man, nachdem eine große Kultur von Archaeen des Stamms Halobacterium salinarum S9 spontan zusammengebrochen war. Wie sich herausstellte, war sie von dem Virus infiziert und lysiert worden.[6][7]
Die Isolation des ChaoS9 genannten Virus aus dem Kulturlysat ergab eine homogene Population von Partikeln mit der Kopf-Schwanz-Morphologie der Caudoviricetes. Das Virus-Genom erwies sich als eine lineare, teilweise redundante und zirkulär permutierte dsDNA (Doppelstrang-DNA) mit einer Länge von 55.145 bp und einem G+C-Anteil von 65,3 %, nach Vorhersage 85 kodierendenSequenzen (CDS) sowie einem tRNA-Gen für die AminosäureArginin (wie oben beschrieben).[7]
Der linke Arm des Virus-Genoms (Position 0–28 kbp) kodiert für Proteine, die in ihrer Sequenz denen damals bereits bekannten und (teil-)sequenzierten Caudoviricetes-Mitgliedern ähnlich waren; am ähnlichsten waren die Myohaloviren phiH1 (Wirt: ebenfalls Halobacterium salinarum) und phiCh1 (Wirt: die verwandte Spezies Natrialba magadii). Die ChaoS9-Gene für den Schwanz der Viruspartikel ähneln denen von phiH1 und phiCh1, insbesondere trägt ChaoS9 auch ein Schwanzfaser-Genmodul, das den invertierbaren Modulen dieser beiden Viren ähnelt. Alle drei Viren werden daher vom Morphotyp des Schwanzes her als Myoviren klassifiziert. Interessanterweise ist jedoch das Hauptkapsidprotein Mcp von ChaoS9 dem von Haloarcula hispanica tailed virus 1 (HHTV-1, aus der Caudoviricetes-Familie Madisaviridae, Morphotyp: Siphoviren) am ähnlichsten. Mit ChaoS9 verwandte Provirus-Elemente zeigten ähnlich die größte Übereinstimmung Proteinen für den Zusammenbau des Virus-Schwanzes, wichen aber im Vergleich der Proteine für die Kopf-Assembly ab.[7]
Der rechte Arm (Position 29–55 kbp) von ChaoS9 kodiert für Proteine, die an der DNA-Replikation beteiligt sind; die anderen Proteine weisen wenig Ähnlichkeit mit denen von phiH1, phiCh1 oder Provirus-Elementen auf – die meisten von ihnen konnten 2019 keiner bekannten Funktion zugeordnet werden.[7] Während die Schwanzgenregion von ChaoS9 den beiden anderen Viren ähnlich ist, gilt das weder für die Gene zum Zusammenbau des Kopfes auf dem linken Genomarms noch für den größten Teil des rechten Arms (mit Replikations- und Lyse-Genen).
Insbesondere sind das Hauptkapsidprotein, die große Untereinheit der Terminase und die Portalproteine von ChaoS9 alle nicht mit denen von phiH1 und phiCh1 verwandt.[7]
Evolutionärer Ursprung von ChaoS9
Dieses ausgeprägte Muster von Ähnlichkeiten bzw. Unterschieden des ChaoS9-Genoms mit den Genomen von phiH1 und phiCh1 deutet auf eine Evolutionsgeschichte mit (mindestens einem) großen Rekombinationsereignis als plausibelste Erklärung hin:
Danach hat ein Rekombinationsereignis das Morphogenesemodul für den ersetzt hat, während das für den Schwanz unverändert blieb.
Durch diese Rekombination ist ChaoS9 als ein chimäres Virus entstanden, wobei die Grenze zwischen den mutmaßlichen Genen für den Kopfverschluss (head closure, hco) und das Halsprotein (neck protein, nep) liegt: Der (maßgebliche) Schwanz ist zwar vom Morphotyp der Podoviren, aber der Kopf ist vom Morphotyp der Siphoviren.
In der Literatur zu den Caudoviricetes sind Beispiele keine Seltenheit, bei denen die Module für die Zusammensetzung von Kopf und Schwanz von verschiedenen Virustypen abzustammen scheinen; wie etwa:[7]
Durch den Umstand, dass bei den Caudoviricetes zunächst Kopf und Schwanz als separate Strukturen gebildet und anschließend zusammengefügt werden, ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass solche Rekombinationsereignisse lebensfähige Nachkommen hervorbringen, erhöht.[7]
ΦCh1
ΦCh1 (auch phiCh1 geschrieben) ist der Referenzstamm der Virenspezies Myohalovirus phiCh1.
Isolierung und Virus-Wirt-Beziehung von ΦCh1
ΦCh1 infiziert bestimmte Stämme der haloalkalophilen (Salz und hohe pH-Werte liebenden) Archaeenart Natrialba magadii (veraltet: Natronobacterium magadii)[8][9] aus der Ordnung Halobacteriales (synonym: Natrialbales).[5] und ist ein (im Allgemeinen) temperentes Virus und kommt als Provirus (Prophage) im Genom seines Wirts integriert vor.[11]
Die Beobachtung, dass Batch-Kulturen von N. magadii (Referenzstamm DSM:3394 alias MS3[8][9]) spontan lysiert wurden, führte zur erstmaligen Isolierung des Virus ΦCh1, für das dies Archaeenart als Wirt spezifisch ist.
Zum Nachweis der Infektiosität von ΦCh1 durch Witte et al. (1997) wurde der von Viren (inklusive Proviren) befreite Stamm N. magadii L13 verwendet.
ΦCh1 ist das erste Virus, das für die Gattung Natrialba (bzw. Natronobacterium, wie ursprünglich bezeichnet) beschrieben wurde.[11]
Eine erneute Infektion des Stammes N. magadii [DSM:3394] mit dem isolierten Virus ΦCh1 war nicht möglich, was auf ein Art „Immunsystem“ schließen lässt, wie es beispielsweise auch für die lysogenen Stämme R1–3 und R1–24 von Halobacterium salinarum beschrieben wurde (Stolt und Zillig, 1992). N. magadii wurde durch wiederholtes Subkultivieren und Testen einzelner Kolonien durch Infektion mit dem ΦCh1 von lysogenen Viren „geheilt“ (d. h. es wurde eine Linie erzeugt, die frei von diesen Viren und Proviren ist). Auf diese Weise wurde ein nicht lysogener Stamm von N. magadii isoliert, der als L13 bezeichnet wird. (Witte et al., 1997). Als Ergebnis kann der Stamm L13 kann mit ΦCh1 infiziert werden, was sowohl zur Lyse der infizierten Zellen als auch zur Lysogenisierung (Einlagerung ins Genom als Provirus) führt.[11]
Das Virus bildet trübe Plaques auf dem Zellrasen auf Agarplatten („Petrischalen“). Aus einer einzelnen Plaque wurde eine virenproduzierende Kolonie isoliert, die den Namen L11 erhielt und in der Studie von Witte et al. (1997) verwendet wurde. Da die Zelllyse nur in stationären Kulturen beobachtet wurde, scheint sie wachstumsphasenabhängig zu sein.[11]
Genom und Wirts-RNA von ΦCh1
Die Morphologie seiner Virionen (Viruspartikel) ist ähnlich wie bei anderen die Archaeenart Halobacterium infizierendem Caudoviricetes-Mitgliedern vom Morphotyp der Myoviren.
In Natriumchlorid-Lösungen unter 2 ᴍ (mol/ℓ) verliert das Virus seine morphologische Stabilität und Infektiosität.[11]
Die Virionen von ΦCh1 enthalten sowohl doppelsträngige, lineare DNA mit einer Länge von ca. 55 kbp (Kilobasenpaaren) als auch mehrere RNA-Typen mit etwa 80 bis 700 Nukleotiden Länge. Hybridisierungsversuche von markierten Fragmenten dieser virion-assoziierten RNA mit der DNA des Genoms von N. magadii und von ΦCh1 selbst zeigten, dass diese RNA wirtskodiert ist.
ΦCh1 war zum Zeitpunkt der Erstbeschreibung 1997 das einzige unter den bekannten Archaeenviren, dessen reife Partikel sowohl (eigene) DNA als auch (Wirts-)RNA enthalten.[11][A. 4]
Im Gegensatz zur DNA von N. magadii ist die DNA von ΦCh1 zumindest teilweise methyliert. Offenbar kodiert ΦCh1 entweder seine eigene Methylase oder es aktiviert eine stille (unter normalen Umständen nicht exprimierte) Methylase seines Wirts.[11]
Anmerkungen
↑Endständig redundante DNA ist DNA, die an jedem Ende wiederholte Sequenzen, so genannte terminale Repeats, enthält. Wie z. B. bei Escherichia-Virus T4 werden mit diesen Sequenzen die Enden der linearen DNA verbunden um für die Replikation vorübergehend eine zyklische DNA zu bilden. Der Begriff wurde erstmals 1964 von Michael London geprägt.[14]
↑Die Partikel der Arenaviridae enthalten Ribosomen ihres Wirts und damit ebenfalls (ribosomale) Wirts-RNA, sie haben als RNA-Viren aber selbst ein RNA-Genom.
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