mini|250px|links|Struktur des Kapsids von ΦX174 mini|links|hochkant=1.15|Schemazeichnung eines Virusteilchens von Sinsheimervirus Der Enterobakteriophage PhiX174 ( , deutsch auch Bakterio­phage Phi X 174 oder Coliphage φX174, kurz ΦX174; Spezies Sinsheimervirus phiX174, früher Escherichia virus phiX174) ist ein einzelsträngiges DNA-Virus (ssDNA) positiver Polarität, das Bakterien der Art Escherichia coli infiziert. Es ist (mit Stand 7. Mai 2024) die einzige vom International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) offiziell anerkannte Spezies in der Virus­gattung Sinsheimervirus (veraltet Phix174­microvirus oder „ΦX174-Gruppe“);ICTV: Taxonomy Browser.ICTV: Virus Metadata Resource (VMR). es gibt jedoch möglicherweise weitere (Phage MED1).Simon J. Labrie, Marie-Ève Dupuis, Denise M. Tremblay, Pier-Luc Plante, Jacques Corbeil, Sylvain Moineau: A New Microviridae Phage Isolated from a Failed Biotechnological Process Driven by Escherichia coli (PDF) in: Journals ASM: Applied and Environmental Microbiology (AEM) Band 80 Nr. 22, November 2014, S. 6992–7000

Forschungsgeschichte Das Genom von ΦX174 ist das erste DNA-basierte Genom, das vollständig sequenziert wurde, diese Arbeit wurde von Fred Sanger und seinem Team im Jahr 1977 abgeschlossen. Walter Fiers und Robert Sinsheimer hatten bereits 1962 nachgewiesen, dass die ΦX174-DNA ringförmig geschlossen ist. Nobelpreisträger Arthur Kornberg hatte 1967 am ΦX174 als Modell erstmals bewiesen, dass in einem Reagenzglas durch gereinigte Enzyme synthetisierte DNA alle Merkmale eines natürlichen Virus erzeugen kann, wodurch das Zeitalter der synthetischen Biologie eingeleitet wurde.The Arthur Kornberg Papers. "Creating Life in the Test Tube", in: National Library of Medicine Profiles in Science, In den Jahren 1972–1974 identifizierten Jerard Hurwitz, Sue Wickner und Reed Wickner zusammen mit Mitarbeitern die Gene, die zur Herstellung der Enzyme erforderlich sind, die eine Umwandlung der einzelsträngigen Form des Virus in die doppelsträngige, replikative Form katalysieren.Sue Wickner, Jerard Hurwitz: Conversion of X174 Viral DNA to Double-Stranded Form by Purified Escherichia coli Proteins, in: Proc Natl Acad Sci USA 71(10), S. 4122–4124, November 1974, doi:10.1073/pnas.71.10.4120, PMID 4610569,

Im Jahr 2003 berichtete die Gruppe von Craig Venter, dass sie als erstes ein Virusgenom – das von ΦX174 – vollständig in vitro aus synthetisierten Oligonukleotiden zusammengesetzt hatten. Das Viruspartikel (Virion) von ΦX174 wurde ebenfalls in vitro erfolgreich zusammengesetzt. Kürzlich wurde gezeigt, wie das stark überlappende Genom ( ; OLG) vollständig dekomprimiert werden kann und trotzdem funktionsfähig bleibt.

Genom mini|250px|Genom des Bakteriophagen ΦX174 mit seinen 11 GenenColiphage phi-X174, complete genomeNCBI Reference Sequence: NC_001422.1, NCBI ΦX174 hat eine zirkuläre einzelsträngige DNA (ssDNA) positiver Polarität. Das Genom besteht aus 5386 Nukleotiden, die 11 Proteine kodieren. Von diesen elf Genen sind nur acht für die virale Morphogenese essentiell. Der GC-Gehalt beträgt 44 % und 95 % der Nukleotide gehören zu kodierenden Genen.

Wirkungsweise Die Infektion beginnt, wenn das G-Protein an Lipopolysaccharide auf der Oberfläche der bakteriellen Wirtszelle bindet. Das H-Protein steuert als DNA-Pilotprotein das virale Genom durch die Bakterienmembran der Colibakterien (Jazwinski et al. 1975) sehr wahrscheinlich über eine vermutete ‚N-terminale Transmembran-Helix‘ (Tusnády, Simon 2001).G.E. Tusnády, I. Simon: The HMMTOP transmembrane topology prediction server. In: Bioinformatics, 17(9), September 2001, S. 849–850, PMID 11590105 Es hat sich jedoch gezeigt, dass H-Protein ein multifunktionelles Protein ist (Cherwa, Young, Fane 2011).J. E. Cherwa Jr, L. N. Young, B. A. Fane: Uncoupling the functions of a multifunctional protein: the isolation of a DNA pilot protein mutant that affects particle morphogenesis. In: Virology, 411(1), 1. März 2011 (online 11. Januar 2011), S. 9–14, doi:10.1016/j.virol.2010.12.026, PMID 21227478 Es ist das einzige Kapsidprotein von ΦX174, das nicht in Kristallstruktur vorliegt. Es hat einen niedrigen Gehalt an aromatischen Aminosäuren und einen hohen Glycingehalt, wodurch die Proteinstruktur sehr flexibel wird. Zusätzlich induziert das H-Protein bei hohen Konzentrationen (also am Ende der Vermehrungsphase des Virus) die Lyse (Zerstörung) des bakteriellen Wirts, vermutlich indem die angenommene N-terminale Transmembranhelix Löcher durch die Bakterienwand bohrt. Zusätzlich wurde von Ruboyianes et al. 2009 festgestellt, dass das H-Protein für die optimale Synthese anderer viraler Proteine   erforderlich ist. Die Virusinkoporation verhindernde Mutationen im H-Protein können überwunden werden, wenn Protein B (das interne Gerüstprotein) im Überschuss zugeführt werden.Mark V. Ruboyianes, Min Chen, Mathew S. Dubrava, James E. Cherwa Jr., Bentley A. Fane: The Expression of N-Terminal Deletion DNA Pilot Proteins Inhibits the Early Stages of φX174 Replication. In: J Virol., 83(19), Oktober 2009, S. 9952–9956, doi:10.1128/JVI.01077-09, , PMID 19640994

Etymologie φX174 war im Labor von Félix d’Hérelle das 174. Virus der zehnten (römische Ziffer X) Serie von Phagen (griechischer Buchstabe φ ‚phi‘), die gegen mehrere Bakterien gerichtet sind.

Anmerkungen ΦX174 wird regelmäßig als positive Kontrolle bei der DNA-Sequenzierung verwendet, und zwar aufgrund seiner relativ geringen Genomgröße im Vergleich zu anderen Organismen, seinem relativ ausgeglichenen Nukleotidgehalt – etwa 23 % Guanin, 22 % Cytosin, 24 % Adenin und 31 % Thymin, d. h. 45 % und 55 % .

Aufgrund seiner lytischen Fähigkeiten ist φX174 ein guter Kandidat für Phagentherapie.

Siehe auch

Künstliche Gensynthese

Literatur P. D. Baas, G. Paul van Heusden, Johan M. Vereijken, Peter J. Weisbeek, H. S. Jansz: Cleavage map of bacteriophage phiX174 RF DNA by restriction enzymes. In: Nucleic Acids Research, Band 3, Nr. 8, August 1976, S. 1947–1960; , , PMID 1085927 (). Samuel H. King, Claudia L. Driscoll, David B. Li, Daniel Guo, Aditi T. Merchant, Garyk Brixi, Max E. Wilkinson, Brian L. Hie: Generative design of bacteriophages with genome language models. In: Science, Band 393, Nr. 6811, 6. August 2026; doi:10.1126/science.aec2657 (). Dazu: Illustration im strukturierten Abstract der Studie: links korrekte Morphologie; die Symbolbilder rechts zeigen jedoch ebenfalls Myoviren.

|   || Anm.: Der in der Studie erwähnte Realm Monodnaviria (Monodnaviren) wurde inzwischen wegen Polyphylie aufgeteilt, in Fig. 1B werden die neuen Realms Volvereviria (isometrisch), Efunaviria (helikal) dargestellt, neben den Duplodnaviria (Caudoviricetes: Kopf-Schwanz-Aufbau). Die Familie Microviridae wurde inzwischen zur Klasse Microviricetes hochgestuft. |} Thomas V. Inglesby, Moritz S. Hanke: AI-designed viral genomes. In: Science, Band 393, Nr. 6811, 6. August 2026, S. 563-564; (). Mitch Leslie : Meet Evo, the DNA-trained AI that creates genomes from scratch. ChatGPT-like model learns on its own to devise new proteins and genetic sequences. In: Science. 14. November 2024; (). Elena Bernard: Bakteriophagen: KI erstellt funktionsfähige Viren. Auf: wissenschaft.de vom 7. August 2026. Romana Beer: Bakteriophagen: KI entwirft funktionsfähige Viren. Auf: orf.at vom 7. August 2026.

|   || Anm.: Die Illustrationen der beiden deutschen Artikel zeigen Myoviren (Klasse Caudoviricetes), als Vorlage für die KI diente in der Studie aber der kleinere Phage φX174 (Klasse Microviricetes). Phagen der Klasse Caudoviricetes waren nur in einem Ausblick Gegenstand der Forschung.

Weblinks

Master Species List 2018a v1 (ICTV) Phix174microvirus, auf ViralZone Coliphage phi-X174, complete genome, auf: Database: RefSeq, Entry: NC_001422, LinkDB: NC_001422 ICTV Taxonomy, International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV)

Einzelnachweise Anna K. Orta, Nadia Riera, Yancheng E. Li, Shiho Tanaka, Hyun Gi Yun, Lada Klaic, William M. Clemons Jr.: The mechanism of the phage-encoded protein antibiotic from ΦX174. In: Science, Band 381, Nr. 6654, 14. Juli 2023; doi:10.1126/science.adg9091 (). Dazu: Unpacking φX174: A Game-Changer in Antibiotic Resistance Research. Auf: SciTechDaily vom 5. Januar 2024. Quelle: California Institute of Technology (Caltech). Anmerkung: Die erste Abbildung des Artikels zeigt einen Phagen vom Morphotyp ähnlich den Myoviren der Klasse Caudoviricetes („Kopf-Schwanz-Aufbau“) – nicht φX174.

Kategorie:Bakteriophage Kategorie:Virusspezies