Фаги бактерій роду Bacillus, ізольованих з водного середовища

Біоінформатичний аналіз геному phiAGATE виявив наявність довгих кінцевих повторів та сегмент довжиною 2669 п.н., який, ймовірно, відповідає довгим кінцевим повторам, що перекриваються. Більш того, ця ділянка фланкована двома тандемними повторами із 7 і 8 нуклеотидів, які можуть бути пов'язані з утворенням фізичних кінців молекули ДНК [7]. Повний геном фагу phiAGATE має довжину 148844 п.н. Його унікальна послідовність складається з 147175 п.н. і має вміст G - C 41,0%, аналогічний тому, який спостерігається в геномах бактерій B. pumilus (41,3-41,7%) [43]. Детальний аналіз виявив 204 різних кодувальні послідовності (32 на прямому ланцюгу і 172 на зворотному ланцюгу), трьох генів тРНК і послідовність, яка дослідниками ідентифікована як псевдоген Glu. Найбільш часто впізнаваним стартовим кодоном є ATG (80,9%), в той час як TTG і GTG становлять 9,8% і 9,3%, відповідно, а стоп-кодонами є TAA (63,7%), TAG - 20,1%, TGA - 16,2%. Виявлені 108 з 204 кодувальних послідовностей аналогічні відомим послідовностям в базах даних, але їх функції були визначені лише для 53 з них [7].

Геном бактеріофагу phiAGATE має модульну структуру. Дві групи генів, пов'язаних з реплікацією і рекомбінацією ДНК, разом з кластером генів, що кодують послідовності, пов'язані з біосинтезом нуклеотидів, утворюють модуль реплікації. Гени структурних білків складають модуль морфогенезу, який надалі може бути розділений на частини, які кодують білки голови та білки хвостового відростка. Останні включають, серед іншого, три кодувальні послідовності, які нагадують відомі гени ферментів, що беруть участь у деградації компонентів клітинної стінки: хвостовий лізин 1 (що містить домен пептидази), хвостовий лізин 2 (аналогічний відомим ендо-бета-И-ацетилглюкозамінідазам) і білок, що містить домен, який, ймовірно, є іншою пептидазою.

Кодувальна послідовність для ендолізину ^-ацетилмурамоїлі-аланінамідаза), була виявлена поряд з геном великої субодиниці термінази, а не поруч з геном, відповідальним за синтез холіну. Слід зазначити, що в геномі phiAGATE також кодуються два білки, що нагадують відомі полімерази, які розщіплюють екзополімери (полі-у-глутаматгідролаза і пектинліазоподібний білок) [23]. Розмір геному, діаметр головки та довжина хвостового відростка знаходяться в межах, встановлених для членів підродини Spounavirinae (127157 т.п.н., 75-100 нм і 140-220 нм, відповідно) [25].

Це дозволило авторам віднести бактеріофаг phiAGATE до виду-кандидата для підродини Spounavirinae, родини Herelleviridae. По базам даних бактеріофаг не змогли об'єднати ні з фагом SPO1, ні з Twort, які досліджені краще за інші. Тому його виділили в окремий кластер (названий «група Бастилія») або в філогенетичну гілку разом з бактеріофагами Bacillus B4, B5S, Bastille. Модульна організація геному phiAGATE схожа на типову для групи Bastille. Незважаючи на низьку схожість послідовностей, сінтенія в центральних районах аналізованих геномів очевидна [25].

Помірний бактеріофаг vB_BceS_KLEB30-3S (KLEB30-3S) виявлено у бактерій B. cereus, ізольованих з екосистеми гіпсового карстового озера в Литві. Геном KLEB30-3S являє собою лінійну, дволанцюгову ДНК, що складається з 37 134 п.н. Він має 38,3% G - C пар, що відповідає вмісту G - C у B. cereus. Геном KLEB30-3S щільно упакований із середнім розміром відкритої рамки зчитування (ORF) 592 п.н. У ньому 58 генів, що кодують білки, і немає генів тРНК. У той час як було виявлено, що більшість генів KLEB30-3S ініціюються з AUG (51 з 58 ORF), 4 ORF ініціюються за допомогою GUG, а 3 за допомогою UUG. Встановлено помітну асиметрію в розподілі генів на двох ланцюгах ДНК фагу. Передбачено, що переважна більшість (56 з 58) ORF для KLEB30-3S транскрибуються з одного і того ж ланцюга ДНК, тоді як тільки дві ORF були виявлені на протилежному ланцюгу.

Геном KLEB30-3S має модульну організацію з генами для упаковування ДНК (малі та великі субодиниці термінази), структура/морфогенез (білок морфогенезу головки, головний білок капсиду, білок хвостового відростка і білок хвостового волокна), лізис хазяїна (лізоцим і ендолізин), лізогенія (інтегрази та репресор) і реплікація/рекомбінація ДНК (реплікативна ДНК-геліказа і регулятори транскрипції) згруповані разом. Примітно, що в геномі KLEB30-3S не виявлено факторів вірулентності або детермінант стійкості до антибіотиків [48].

Бактеріофаги Mgbhl і Shbhl, знайдені у бактерій B. halodurans і B. pseudofirmus, які були ізольовані з лужного озера Шала, Ефіопія. Фаг Shbhl здатний інфікувати обидва види, в той час, як Mgbhl інфікує тільки B. halodurans. За морфологією Shbhl належить до родини Myoviridae, тоді як Mgbhl - до родини Siphoviridae. Фаг Shbhl має діаметр головки 92 нм та довжиною хвостового відростка 226 нм, а бактеріофаг Mgbhl має діаметр головки 49 нм, а довжина хвостового відростка - 200 нм [57].

Розмір геномів фагів Mgbhl і Shbhl варіює від 58,9 до l38,0 т.п.н. Фагові геноми демонструють модульну структуру, добре задокументовану в інших фагів з цих родин. Геноми мають лише l2% і l3% не кодувальних відтинка у Mgbhl і Shbhl, відповідно. Геном Shbhl має довгі кінцеві повтори, обсягом від 26700 п.н. до 30500 п.н. Вміст G - C для Shbhl трохи нижчий, ніж у геномі хазяїна B. halodurans (43,7%) або B. pseudofirmus (40,3%). Різниця вмісту G - C для ДНК фага Shbhl у порівнянні з бактеріальною ДНК B. halodurans більша, ніж між фагом Shbhl і бактерією B. pseudofirmus [42]. У разі Mgbhl вміст G - C дещо вищий, ніж у його хазяїна - B. halodurans. Це узгоджується з даними про те, що літичні фаги часто мають вищий, а лізогенні фаги нижчий вміст G - C порівняно з їх хазяїнами [42]. Вирівнювання нуклеотидної послідовності Shbhl з декількома його найближчими родичами показує деяку консервативність на рівні нуклеотидів. Однак є чотири відтинка, які демонструють слабку або відсутню гомологію зі структурними білками близькоспоріднених фагів: 75678-76596 п.н., 8286l-86954 п.н., 9l464-95056 п.н., 988l5--l02490 п.н. Перший з цих відтинків відображає відмінності у довжині хвостового відростка між Shbhl і його родичами. Останні три відтинка знаходяться в регіоні, що кодує білки хвостових волокон і два інших хвостових білки без певної функції [57].

Велика субодиниця термінази, ідентифікована в Mgbhl, демонструє найбільшу схожість з білками фагів Bacillus (phBC6A5l) і Paenibacillus (Tripp) згідно бази даних BLAST. За результатами пошуку в базі даних NCBI терміназа найтісніше пов'язана з багатьма послідовностями термінази, виявленими в геномах різних видів Bacillus. Це дає підстави вважати, що фаг Mgbhl близький до лізогенних, а не літичних фагів Bacillus, які інфікують цих господарів. Передбачувана велика субодиниця термінази у Shbh1 найближче споріднена з субодиницею бактеріофагів Grass, phiNIT1, vB_BceM-Bc43lv3 і кластерам фагів з групи B. cereus. Порівняльний аналіз з базою даних показав, що найближчим родичом бактеріофагу Shbh1 може бути бактеріофаг phiAGATE [57].

Для обох фагів ідентифіковані основні капсидні та хвостові білки, а з'єднувальні «голова до хвоста» білки - лише у фага Mgbhl. Аналіз послідовностей фагу Shbhl, показав, що вони кодують білки хвостових волокон, які містять повторювані послідовності білків, подібні до тих, що були ідентифіковані в білках довгих і коротких хвостових волокон (gp34 і gp12) фага Т4. Оскільки фаг Shbhl не надто відрізняється від фагів, що інфікують мезофільні бактерії роду Bacillus, його структурні білки можуть дати уявлення про адаптацію білків в цілому або, зокрема, структурних білків фага до високих pH і до сольових середовищ [57].

Бактеріофаги Mgbhl і Shbhl кодують тимідилатсинтази. Продемонстровано, що тимідилатсинтази TSl-типу унікальні для групи бактеріофагів Bastille, що інфікують бактерії Bacillus, можуть використовуватися як філогенетичний маркер [4]. Фаг Shbhl позбавлений гомолога дигідрофолатредуктази, який також був ідентифікований як ще один маркерний ген для цієї групи. Він також не кодує метал-залежний гомолог бета-лактамази, що було виявлено в інших членів цієї групи, але кодує два метал-залежних ферменти: металофосфоестеразу і металоендопептидазні мембранні білки. Гомолог фагу Shbhl SpoIIIE, ще одна відмінна риса цієї групи фагів, що також спостерігається в інших фагів Bastille [57].

Mgbhl і Shbhl кодують ДНК-полімерази, які мають 3'-5'-екзонуклеазну активність, однак ДНК-полімераза, ідентифікована у Shbhl, також містить N-кінцевий домен урацил-ДНК-глікозилази, аналогічний тому, що виявлений у ДНК-полімеразі фага SPOl бактерій роду Bacillus. Передбачається, що присутність цього домену у ДНК-полімерази сприяє процесивності полімерази [22]. Велика субодиниця термінази фагу Mgbhl найбільш схожа на послідовності, які походять від лізогенних фагів у послідовності геномів бактерій видів роду Bacillus. Разом зі спостереженням, що на середовищі утворюються прозорі бляшки, це може свідчити про те, що фаг є літичною версією фага, який найчастіше веде лізогений спосіб життя. Ідентифікована нуклеотидна послідовність на Mgbhl довжиною 65 п.н. має повну ідентичність з послідовністю сусідньою з 5S рДНК B. halodurans. Це може вказувати на те, що фаг вбудовується в це положення на хромосомі B. halodurans при лізогенізації бактерії-хазяїна [57].

З води та мулу річки Гуанчжоу (Китай) виділено та очищено три бактеріофаги, які здатні до інфікування B. cereus [26]. Фаги отримали назву DKl, DK2, DK3. Морфологія їх подібна до бактеріофага vB_BthP-Goe4, який належить до родини Podoviridae [44]. Розміри геномів DKl, DK2 і DK3 складають 27 l80 п.н., 26 357 п.н. та 26 865 п.н., відповідно, з вмістом G - C 30,9%, 30,9% і 3l,l%. У геномі знайдено гени рРНК і тРНК. Ці фаги не несуть будьяких генів вірулентності або генів стійкості до антибіотиків. Кожен фаг мав передбачуваний ендолізин, який відіграє важливу роль у процесі зараження B. cereus [38].

Також повідомлено про послідовність геномів 10 бактеріофагів (Bubs, OmnioDeoPrimus, Phireball, ALPS, Zainny, PPIsBest, AaronPhadgers, KamFam, Beyonphe, YungSlug), що інфікують бактерії групи B. cereus, виділених з річки Джеймс (США) [27]. Всі ці фаги визначені як такі, що належать до родини Myoviridae за морфологією фагових часток або наявністю генів хвостового відростка. Їх геноми представлені дволанцюговою ДНК, довжиною від 150 033 до 163 540 п.н. з вмістом G - C близько 38%. Розмір кінцевих повторів коливається від 2154 до 2871 п.н. Геноми дев'яти фагів містять від 295 до 304 генів, що кодують білок, а двох фагів - гени тРНК. Функції визначено для 13-19% генів, і майже всі гени мають гомологи в GenBank. Навпаки, геном YungSlug на 10 000 п.н. коротший і містить 227 генів, що кодують білок, 101 з яких має відповідність з бактеріальними генами. Крім того, функція визначена для 36% його білків, а 43 білки мають гомологи в фагах SP-10 і SPO1, що походять від бактерії господаря B. subtilis [52].

В зразках стічних вод, зібраних в Гуанчжоу (Китай) було знайдено бактеріофаг vB_BceP-DLc1 (DLc1), який визначили як новий член ф29-подібних фагів, що інфікує бактерії B. cereus [30]. Бактеріофаг Bacillus ф29 і його родичі вважаються одними з найбільш важливих модельних організмів для реплікації ДНК, транскрипції, морфогенезу, досліджень упакування ДНК і застосування нанотехнологій [30]. Фаг DLc1 з унікальним вбудованим кластером генів має найбільший геном серед відомих бактеріофагів, подібних ф29.

Фаги ф29-подібної групи є літичними фагами та несуть невелику лінійну дволанцюгову ДНК з кодованим фагом кінцевим білком, ковалентно пов'язаним з кожним 5'-кінцем, який бере участь в реплікації ДНК, разом з високоточною ДНК-полімеразою [56]. Ділянка короткого інвертованого кінцевого повтору, консервативного на кінцях геному фагів, подібних ф29, з повторенням принаймні двох нуклеотидів на 3'-кінцях, що потрібно для більш точної роботи механізму ініціації реплікаціїі гарантує, що ініціація реплікації відбувається з високою точністю. Наступна унікальна особливість - це молекулярний мотор, який використовується ф29 подібними фагами, для упаковування ДНК в капсид [34]. DLc1 може використовувати поверхневі вуглеводні структури клітини-господаря як рецептор та інфікує тільки найбільш споріднені до B. cereus види, що вказує на високу специфічність по відношенню до клітин хазяїна [30].

Фаг DLc1 здатний утворювати прозорі бляшки діаметром приблизно 1 мм на чашках Петрі з двошаровим агаром після періоду інкубації від 4 до 12 годин при 37 °С [30]. Частка фага DLc1 має структуру голова-хвіст та містить подовжену головку (64,2±4,6 на 33,1±3,0 нм) і короткий неконтрактильний хвостовий відросток (37,6±3,5 нм на 3,8±0,9 нм). Морфологія DLc1 типова для порядку Caudovirales і родини Podoviridae, а розміри та структура хвостового відростка дозволяють віднести DLc1 до підродини Picovirinae [24].

Бактеріофаг DLc1 має лінійний геном, представлений дволанцюговою ДНК розміром 28 950 п.н. і з вмістом G - C 31,1%. Геном містить інвертовані кінцеві повтори по 5 нуклеотидів. Виявлено 50 ORF, передбачених для кодування білка, серед яких 18 ORF можна віднести до білків з потенційно відомою функцією [30]. ORF 40 і 41 відповідальні за кодування ДНК-транслокази та білка родини релаксації реплікації, відповідно, а продукт ORF 39 містить трансмембранні домени. Ця вставка трьох генів в DLc1 може походити від бактерії, що передбачає участь бактеріофагів в горизонтальному перенесенні генів [19]. За складом і розташуванням білків відзначено високий ступінь подібності з фагом ф29. Ідентичні патернам експресії типового фага ф29, ранні гени фага DLc1 розподілені в лівій і правій областях геному, а пізні гени вставлені всередину [19]. Високий ступінь подібності спостерігається також в ДНК-полімеразі та термінальному білку в лівій ранній ділянці, яка відповідають за реплікацію ДНК, а також в білках для морфогенезу та інкапсидизаціі ДНК, що знаходяться в пізній ділянці [30].

Латентний період бактеріофагу DLc1 становить 31 хвилину. Середній вихід віріонів складає 20 фагових частинок на інфіковану клітину. При інкубації при різних температурах протягом години фаг DLc1 проявляє високий ступінь стабільності в діапазоні температур від 4 до 55 °С, а активність різко знижується з 65 °С і повністю зникає при 75 °С. Фаг демонструє постійну активність у діапазоні значень pH від 5,0 до 11,0 і в присутності NaCl в концентрації до 500 мМ [21]. Крім того, DLc1 може протистояти обробці етанолом в концентраціях до 75%, який часто використовується для дезінфекції.

Відкрито два нових віруси, vB_BsuM-Goe2 (Goe2) та vB_BsuM-Goe3 (Goe3), виділені з неочищених стічних вод муніципальної станції очищення стічних вод в Геттінгені (Німеччина), що інфікують бактерії видів Bacillus [50]. Обидва бактеріофаги були морфологічно класифіковані як представники підродини Spounavirinae, що належать до родини Herelleviridae. Геномне секвенування та аналіз дозволили віднести фаг vB_BsuM-Goe2 до групи вірусів, подібних SPO1, а фаг vB_BsuM-Goe3 - до групи вірусів, подібних Bastille. Константа адсорбції, латентний період і діапазон хазяїв для обох вірусів виявили різні стратегії виживання. Бактеріофаг vB_BsuM-Goe2 покладається на меншу кількість видів хазяїв в порівнянні з бактеріофагом vB_BsuM-Goe3, але ефективно їх інфікує. Обидва віруси найкраще зберігаються в LB-середовищі або TMK-буфері при 4 °С, тоді як кріоконсервація сильно знижує їх життєздатність [50].

Для фага Goe2 характерні ширші бляшки (~ 1,1 мм) ніж для фага Goe3 (~ 0,6 мм). Крім збільшеного розміру бляшки Goe2 часто мають ореол на своїй периферії. Помітні бляшки можна спостерігати тільки на штамах B. amyloliquefaciens, де обидва віруси демонструють розмір і морфологію бляшок, аналогічні бляшкам на культурі B. subtilis [50]. Обидві вірусні частки мають морфологію голови та хвоста, типову для представників порядку Caudovirales. Крім того, виявлений довгий скоротливий хвостовий відросток, характерний для родини Herelleviridae. Додатковими морфологічними особливостями, притаманними обом вірусам, є ізометричний капсид і хвостові волокна, прикріплені під базальною пластинкою на кінці хвостового білка. Всі морфологічні властивості підтверджують віднесення бактеріофагів Goe2 і Goe3 до підродини Spounavirinae [25]. Голова інтактного віріона Goe2 становить близько 95 нм в ширину та 103 нм у висоту, а хвостовий відросток - 163 нм в довжину і 18 нм в ширину. Голова інтактного віріона Goe3 становить близько 96 нм в ширину і 98 нм у висоту, а хвіст - 163 нм в довжину і 18 нм в ширину. Волокна хвостового відростка у фагу Goe3 значно довші, ніж у Goe2 [50].

Геноми бактеріофагів Goe2 і Goe3 лінійні та мають довгі кінцеві повтори, які фланкують геном, що підтверджує їх відношення до підродини Spounavirinae [25]. Геном фагу Goe2 складається з 146,11 т.п.н., включаючи довгі кінцеві повтори розміром 13,85 т.п.н. на обох кінцях і вмістом G - C 40,26%. Аналіз геному показує наявність 4 тРНК і 226 генів, що кодують білок, з яких 165 кодують гіпотетичні білки, 4 - пов'язані з виходом із клітини, 31 - з транскрипцією і реплікацією, а 17 - білки морфогенезу [50].

Геном фагу Goe3 складається з 156,43 т.п.н. з довгими кінцевими повторами 4,95 т.п.н. на обох кінцях геному і вмістом G - C 41,93%. Він містить 5 тРНК і 246 генів, з яких 186 кодують білки, 2 - пов'язані з виходом із клітини, 25 - білки транскрипції і реплікації, а 15 - пов'язані з морфогенезом. Один ген кодує фермент полі-гамма-глутаматгідролазу [50], який не пов'язаний безпосередньо з реплікацією вірусу, але корисний для подальшої інфекції хазяїна, оскільки він руйнує матрицю біоплівки, отже, забезпечує кращий доступ до відповідного хазяїна [50].

Пошуки подібності фагу Goe2 на рівні нуклеотидів виявили 96% ідентичність послідовностей з вірусами бактерій групи Bacillus CampHawk [41] і SPO1 [49], а геном фагу Goe3 - з вірусами Grass і phiNIT1, які належать до групи вірусів, подібних SPO1, тоді як phiNIT1 належить до групи вірусів, подібних Bastille. Це також підтверджується загальною геномною схожістю фагів Goe2 і Goe3 з їхніми найближчими родинними вірусами. Комплементарні регіони фагів Goe2, CampHawk і SPO1 знаходяться в аналогічних положеннях і виявляють подібне розташування генів і орієнтацію. На відміну від фага Goe2, геном бактеріофагу Goe3 має менші області з високою схожістю зі своїми найближчими родичами і менш схожий на Grass і phiNIT1 [50].

Бактеріофаг vB_BthP-Goe4 (Goe4) виділений з неочищених стічних вод з використанням B. thuringienis як бактерії-хазяїна [44]. Бактеріофаг має структуру голова-хвіст, характерну для представників порядку Caudovirales. Подовжена головка (висота 70,7±1,9 нм і ширина 50,4±1,5 нм) і короткий неконтрактильний хвостовий відросток (довжина 45,4±2,8 нм і ширина 6,6±0,4 нм) дозволили віднести його до родини вірусів Podoviridae, тоді як його розміри та відростки вказують на асоціацію з підродиною Picovirinae [44].

Секвенування та анотація геному виявляють лінійну вірусну хромосому розміром 25 722 п.н. з вмістом G - C 30,43%. Геном кодує одну пакувальну РНК і 43 білки, з яких 16 можна віднести до білків з потенційною функцією. Анотовані гени демонструють схожість з генами фагу ф29, що інфікують B. subtilis. Пряме порівняння геномів фагів Goe4 і ф29 виявило високий ступінь подібності щодо організації геному і вмісту генів. Приблизно 80% компонентів геному фагу ф29 мають подібність з відповідними компонентами в геномі бактеріофагу Goe4. Найвищі ідентичності зареєстровані для генів, що беруть участь в морфогенезі, і генів, що кодують ДНК-полімеразу та кінцевий білок, розташовані в ранній області на лівій ділянці геному. Ці гомології дозволяють віднести фаг Goe4 до групи ф29-подібних вірусів [34].

У 1963 році Донг з співавторами виділили фаг, що інфікує B. anthracis з неочищених стічних вод і позначили його AP631. Це був перший фаг B. anthracis, виділений в Китаї [32]. Оскільки бактеріофаг AP631 може специфічно інфікувати не інкапсульовані бактерії B. anthracis і утворювати прозорі бляшки, нині він широко використовується в Китаї для ідентифікації бактерій сибірки. Під електронним мікроскопом AP631 має шестикутну головку діаметром близько 50 нм і довгий нескоротливий хвостовий відросток довжиною близько 180 нм. Таким чином, AP631 можна таксономічно віднести до родини Siphoviridae порядку Caudovirales. У 2016 році Zhang з колегами виявили, що AP631 може неспецифічно лізувати вісім ізолятів B. cereus, що зберігаються в їх лабораторії, з утворенням каламутних бляшок [54].

Геном фагу AP631 має довжину 39 549 п.н. з вмістом G - C 35,01%, як і у його хазяїна B. anthracis. Всього 56 ORF ідентифіковані як ймовірні гени, що кодують білок. Як і більшість фагових геномів, геном AP631 щільно упакований: приблизно 89% геномної послідовності кодує генні продукти. З 56 ORF 51 (91%) має високий ступінь подібності послідовностей з передбаченими ORF фагів групи B. cereus, таких як фаги B. anthracis Wbeta, Gamma і Fah. ORF44 - ORF46 показує подібність послідовностей з генами трьох видів B. cytotoxicus, B. cereus і B. anthracis, відповідно, що, ймовірно, вказує на еволюційну історію колишніх хазяїв фагу AP631 [32].

Геном AP631 колінеарний і демонструє аналогічну касетну організацію як і в інших фагів цього виду. Лівий кінець геному містить гени, пов'язані з упакуванням ДНК, білком фагової голови, білком голова-хвіст і хвостовими білками, а центральна область геному містить гени, пов'язані з лізисом клітини-господаря, контролем лізогенії, реплікації ДНК і генною регуляцією. Встановлено, що ці області майже ідентичні ділянкам геному фагу Fah і демонструють високий ступінь подібності з геномами фагів Gamma і Wbeta. Навпаки, правий кінець геному AP631 сильно відрізняється порівняно з іншими фаговими геномами B. anthracis[32].

Новий бактеріофаг BVE2, що заражає бактерії групи B. cereus, був виділений з глибоководних відкладень в південно-західній частині Індійського океану [12]. Фаг BVE2 викликає лізис клітини хазяїна протягом 1,5 год після зараження. Однак наявність двох генів, що кодують інтегрази, в геномі BVE2 дає підстави передбачити, що BVE2 також може дотримуватися помірної стратегії. Геномний і філогенетичний аналіз показав, що BVE2 - мозаїчний фаг, який успадкував генетичні особливості від Wbeta-подібних вірусів, профагів B. cereus і їх хазяїна. Це дозволяє припустити часті горизонтальні перенесення генів, які відбувалися під час його еволюції [12].

Wbetavirus - це вірусний рід родини Siphoviridae, порядок Caudovirales, який включає бактеріофаги, гомологічні профагу B. cereus Wbeta. Wbeta-подібні віруси мають високий рівень подібності послідовностей і загальний порядок генів з профагами, які часто виявляються у представників групи B. cereus, але походження Wbeta-подібних вірусів залишається не з'ясованим [2].

Фаг BVE2 має ікосаедричну головку (діаметр 69,3±3,1 нм) і довгий, гнучкий і нескоротливий хвостовий відросток (довжина 186,6±3,3 нм). На підставі його морфології BVE2 віднесено до родини Siphoviridae із порядку Caudovirales. Латентний період фагу BVE2 складає приблизно 1,0--1,5 год, досягаючи плато росту приблизно за 4 години. BVE2 демонструє відносно невеликий вихід віріонів, приблизно 120 частинок. Геном представлений лінійною дволанцюговою ДНК розміром 20 021 п.н. Бактеріофаг BVE2 має вміст G - C 33,8%, що можна порівняти з вмістом Wbeta-подібних вірусів [45]. В геномі BVE2 виявлено 28 генів, що кодують білки довжиною понад 50 амінокислот. З них 27 мають впізнавані гомологи в базі даних, 14 з яких можна присвоїти передбачувану функцію, що відображає той факт, що білки, які кодуються морськими сіфовірусами, все ще недостатньо досліджені. Більшість генів BVE2 (85,7%) транскрибуються в одному напрямку. Подібно до більшості фагових геномів кодувальні відтинки в геномі BVE2 щільно упаковані, приблизно 86,6% геному складається з кодувальних відтинків. У геномах дволанцюгових ДНК бактеріофагів функціонально споріднені гени мають тенденцію до кластеризації, утворюючи модулі, які можуть спільно регулюватися і спільно успадковуватися [29].

Для BVE2 ідентифіковано кластер генів в лівому плечі геному, функції якого пов'язані з метаболізмом ДНК, реплікацією ДНК і регуляцією транскрипції для більшості генів в цьому кластері. Навпаки, порядок генів BVE2 в правому плечі є більш випадковим. За винятком кластерного модуля, що відповідає за лізис хазяїна (холін та ендолізин), інші функціонально пов'язані гени в правому плечі розсереджені та включають гени, які, як передбачається, беруть участь в контролі лізогенії, збірці віріонів, регуляції транскрипції, реплікації та допоміжних клітинних процесах. Принаймні три гени кодують регулятори транскрипції, наприклад, мотив спіраль-поворот-спіраль у білків, що дозволяє їм зв'язувати ДНК та регулювати рівень її експерсії. Крім того, в геномі BVE2 ідентифіковані гени, що кодують дві інтегрази - XerC і XerD, що дозволяє припустити, що він також може бути лізогенним [12].

При дослідженні західної та східної частини Тихого океану виділено штам, який був ідентифікований як Bacillus sp. w13 - аеробна паличкоподібна і спороутворювальна термофільна бактерія, яка може рости в діапазоні температур 45-85 °С з оптимумом 65-70 °С [31]. Подальше вивчення привело до виявлення літичного бактеріофага W1 (BVW1), здатного інфікувати штам Bacillus sp. w13. BVW1 має довгий хвостовий відросток (300 нм довжиною і шириною 15 нм) і шестикутну головку (70 нм в діаметрі). Бактеріофаг здатний інфікувати тільки бактерії штаму Bacillus sp. w13. Аналізи термостабільності показують, що фаг BVW1 найбільш стабільний при 60 °С, однак, виживання фага різко знижується з підвищенням температури. Геном фагу BVW1 представлений дволанцюговою ДНК розміром в 18 т.п.н. [31].

Бактеріофаг vB_BceM_Bc431v3 (Bc431v3), виділений зі зразків води з водоочисної станції у Канаді, продукує невеликі (1,8 мм) прозорі бляшки з мутними краями на культурі бактерій B. cereus. Цей фаг має ікосаедричну головку діаметром 85,4±3 нм з видимими окремими капсомерами. Вірус має довгий скорочувальний хвостовий відросток довжиною 180±3 нм і шириною 12±4 нм. Базова пластина має групу виступів і щось на зразок центрального волокна хвостового відростка. У сукупності ці ознаки вказують на те, що цей вірус належить до родини Myoviridae. Діапазон кола хазяїв фагу Bc431v3 включає штами B. cereus, B. anthracis, B. licheniformis і B. weihenstephanensis з різним ступенем лізису. Фаг Bc431v3 також інфікував B. thuringiensis, B. psychrosaccharolyticus і B. megaterium, але не зміг лізувати штам B. Subtilis [3].

Геном фагу Bc431v3 має розмір 158 618 п.н. і містить 39% G - C. В кодуванні білків беруть участь 90,7% геному. Всього в геномі ідентифіковано 239 передбачуваних ORF. З них 38 ORF мають ідентифіковані функції, в той час як 76 ORF мають гомологію з білками в базі даних NCBI, але їх функції невідомі. Велика частка ORF належать до білків, унікальних для цього фага. У геномі використовуються три різних стартових кодони - ATG, GTG і TTG та ідентифіковано дві C-5-цитозин-специфічні ДНК-метилтрансферази.

Прогнози на основі послідовностей визначають, що багато генів беруть участь у метаболізмі нуклеотидів і синтезі ДНК. Перші включають тимідилатсинтазу, рибонуклеотидредуктазу, дигідрофолатредуктазу, гомолог екзонуклеаз I та II та білки, які беруть участь в реплікації ДНК, включаючи ДНК-полімерази, ДНК-праймази та дві ДНК-гелікази [3].

У геномі бактеріофагу Bc431v3 ідентифіковано кілька генів, що кодують білки, які беруть безпосередню участь в упакуванні та морфогенезі ДНК. Вкрай незвичним є те, що гени термінази відділяються від генного комплексу капсид-хвіст. Геном Bc431v3 містить 20 генів тРНК для 17 амінокислот. Одна з унікальних особливостей цього вірусу - наявність декількох рідкісних або унікальних генів. Ген 174 прогнозовано кодує ДНК-зв'язувальний білок, пов'язаний з чинником інтеграції бактерій-хазяїв і бере участь у низці хромосомних функцій, включаючи укладання ДНК. Бактеріофаг Bc431v3 також несе кілька генів, безпосередньо пов'язаних з регуляторами споруляції хазяїна [3].

Докладний аналіз показав, що фаг Bc431v3 має майже 36,4% гомології послідовності з фагом Listeria A511 та фагом Enterococcus 0EF24C, тоді як з фагом SPO1 Bacillus він має тільки 24,3% гомології послідовності [3]. У цього вірусу відсутні детермінанти репресора, сайт-специфічної інтегрази, вірулентності та стійкості до антибіотиків, що збільшує його потенційне застосування для біоконтролю членів групи B. cereus.

Активний при низьких температурах літичний бактеріофаг, позначений VMY22, що інфікує бактерії B. cereus, виділено з льодовика Мінгйон в Китаї [20]. Холодоактивні бактеріофаги здатні інфікувати та розмножуватися при температурах < 4 °С [40]. Фаг VMY22 має ікосаедричну головку (59,2 нм в довжину, 31,9 нм в ширину) і хвостовий відросток (43,2 нм в довжину). Бактеріофаг VMY22 був класифікований як член родини Podoviridae. Крива росту показує, що латентний період становить 70 хвилин, із середньою кількістю виходу віріонів в 78 часток фагу на інфіковану клітину.

Бактерії штамів B. cereus утворюють прозорі бляшки після інфікування VMY22 при 4-37 °С і демонструють максимальну продукцію фагу при 15-20 °С. Термолабільність найбільш помітна фізична характеристика холодо-активного фага VMY22, який може витримувати понад 60 хв при 20 °C з мінімальними втратами та його активність швидко знижується, коли температура перевищує 60 °C. Максимальна стабільність бактеріофагу VMY22 спостерігається при pH 8,0 і залишається стабільною при pH 5,0-9,0 [20].

Бактеріофаг VMY22 нечутливий до хлороформу - він зберігає понад 80% інфекційної активності після впливу 15% хлороформу, але інфекційність VMY22 повністю втрачається за обробки протеазою K або інкубацією з SDS або TritonX-100. Нечутливість до хлороформу передбачає, що капсид VMY22 не містить ліпідів. Бактеріофаг VMY22 має дволанцюгову ДНК [20].

Аналіз послідовності показує, що геном має 18 609 п.н. із загальним вмістом G - C 36,4% і 25 ORF. Послідовність містить 46 потенційних промоторів, 6 термінаторів транскрипції та не містить тРНК. Зроблено висновок, що, по-перше, один з прогнозованих білків, ORF 19, демонструє високу схожість послідовності з білком біосинтезу бактеріоцину з B. cereus. Виходячи з цієї інформації, можна припустити, що фаг VMY22 знаходиться на проміжній фазі спільної еволюції з бактеріальним хазяїном [53], а по-друге, сім з гіпотетичних білків, є унікальними для холодонечутливого фага B. cereus [20].

З 25 виявлених ORF 10 були ідентифіковані як такі, що кодують білки. Решта ORF розділені на п'ять функціональних груп: структурні білки (білок хвостового відростка фага, білок капсиду фага) ферменти та білки реплікації і транскрипції ДНК (ДНК-полімераза, реплікаційний білок, одноланцюгові ДНК-зв'язувальні білки і регулятори транскрипції), ДНК-пакувальні білки (білки морфогенезу і фагові ДНК-пакувальні АТФази), фермент лізису хазяїна (ендолізин) і потенційні білки біосинтезу бактеріоцинів. Також визначено сім нових прогнозованих білків, які не можуть бути зіставлені з будь-якими іншими фагами в базах даних [53].

Дослідження одинадцяти ізолятів Bacillus, виділених з поверхневих і підземних вод Мексиканської затоки, засвідчує наявність фагів у бактерій, ідентифікованих як B. fusiformis [35].

Бактеріофаг фВ05-1 має одноланцюговий геном довжиною 18 118 п.н. з вмістом G - C 33%. Його геном містить чотири прогнозованих регулятори транскрипції. Шістнадцять ORF (61%) мають високий ступінь схожості з відомими послідовностями [47]. Дванадцять ORF схожі з послідовностями інших бактеріофагів роду Bacillus [35]. ORF 1 подібна до інтегрази, а ORF 6 подібна білку реплікації фагу BC6A52 B. cereus. ORF 2 подібна ДНК-зв'язувальному домену регуляторів транскрипції у B. halodurans C-125. ORF 17 відповідає регулятору транскрипції MerR-типу [9]. Регулятори транскрипції цієї родини були виявлені у бактерій і фагів і відповідальні за реагування на різні стресові стимули, включаючи присутність металів і антибіотиків [47].

ORF 17 відповідальний за синтез холоілгліцингідролази та аналогічний гену, виявленому в геномі B. cereus [17]. Холоілгліцингідролази - це бактеріальні білки, які розкладають солі жовчних кислот в кишківнику ссавців [8]. Оскільки B. cereus є умовно-патогенним мікроорганізмом, ці гени можуть служити механізмом виживання бактерії, а присутність їх у профагу морських Bacillus може вказувати на горизонтальне перенесення генів, опосередковане трансдукцією. Цікавою особливістю геному фагу фВ05-1 є наявність чотирьох регуляторів транскрипції. Ці регулятори транскрипції, які включають AbrB і SinR, перенаправляють метаболічну активність клітини на використання доступного джерела живлення, і регулюють експресію генів споруляції на початку стаціонарної фази [46].

SinR специфічно пригнічує транскрипцію генів споруляції. Наявність у профагів регуляторів перехідного стану може забезпечити додатковий рівень контролю споруляції у морських представників Bacillus [35]. Різноманітність регуляторів транскрипції в фВ05-1 може вказувати на роль цих білків в регуляції функцій хазяїна і фагу. Пригнічення метаболічно дорогих або марнотратних шляхів може дати лізогенії перевагу під час виживання при голодуванні [47].

У геномі B. fusiformis знайдено бактеріофаг фВ05-2 у стані профагу. Він має довжину 17 159 п.н. з вмістом G - C 35,5%. Ця область складається з 24 ORF, 18 з яких мають значну схожість на рівні білка з відомими послідовностями в базах даних [47]. У геномі виявлено два білки, пов'язаних з реплікацією фага - ORF 5 подібний білку реплікації, виявленому у літичного фага Bacillus Fah, і ORF 7 подібний білку, що зв'язує одноланцюгову ДНК профагу Staphylococcus aureus PVL. Фаг фВ05-2 не індукується мітоміцином С [35].

Ідентифікований бактеріофаг фВ05-3 має довжину 25 898 п.н. Сегмент складається з 43 ORF, 27 (62%) з яких мають схожість з іншими відомими білками [47]. Геном фВ05-3 містить гени, пов'язані з лізогенією і реплікацією фагу, які аналогічні генам інших помірних фагів. ORF 3 кодує репресор, який має схожість з фагами Geobacillus і B. cereus. ORF 7 подібна до фагових антирепресорних білків з профагу S. aureus фPV83 і помірного коліфагу P1 [35]. З правого боку геному фВ05-3 знаходяться гени, що експресуються останніми та беруть участь у пакуванні та лізисі. ORF 36 кодує велику субодиницю термінази, яка має схожість з генами фагів Bacillus і Staphylococcus. ORF 41 і 42 подібні до холіну і лізину. На підставі пошуку схожості з відомими білковими послідовностями не виявлено ні капсидних, ні хвостових генів [35].

Профагоподобна ділянка ДНК фВ05-4 має довжину 17 991 п.н.. Геном містить 24 ORF, 22 з яких мають схожість з іншими білками [47]. Десять ORF для фВ05-4 схожі з генами дефектного фага Bacillus PBSX, відомого своїм упаковуванням випадкових ділянок ДНК хазяїна [18]. У фВ05-4 не було виявлено ніяких ідентифікованих генів реплікації, капсиду або упакування ДНК [35]. фВ05-4 є ймовірним профагом, який містить кілька ідентифікованих структурних генів [35].

Відсутність будь-яких реплікативних або пакувальних генів у фВ05-4 може означати, що цей сегмент може кодувати дефектний фаг Дефектні фаги здатні утворювати фагові частки, які мають бактерицидну активність, але не є інфекційними [18]. У разі PBSX випадкові ділянки хромосомного геному господаря розміром 13 т.п.н. упаковуються, але не інфікують інші клітини. Помітною відмінністю між двома фагами є відсутність ідентифікованих терміназних, капсидних і пакувальних білків в фВ05-4 [35].

У PBSX ця група генів, довжина якої становить близько 6000 п.н., розташована між репресором і геном, що відповідає за синтез хвостового відростка [28], але ця ділянка не ідентифікована в фВ05-4. З огляду на відсутність капсидних білків, фВ05-4 може бути хвостоподібним бактеріоцином. Бактеріоцини зазвичай являють собою білкові частинки, що мають бактерицидну активність проти близькоспоріднених штамів. Деякі високомолекулярні бактеріоцини нагадують хвостові відростки фагів.

Електронні мікрофотографії зазначених вище фагових лізатів показують дві різні морфології фагових часток. Спостерігаються міовірусоподібні частки з діаметром капсиду 138 нм, довжиною хвостового відростка 307 нм і шириною 23 нм, а також виявлені більш дрібні частинки з ікосаедричними капсидами (діаметр 103 нм) та товстими хвостовими відростками (довжина 210 нм і ширина 35 нм). Розміри геномів цих чотирьох профагів варіюють від 17 991 до 25 898 п.н., що набагато менше розмірів типових хвостових фагів [37].

Менші розміри геному фагу зазвичай спостерігаються у літичних фагів, дефектних фагів або залишків фагів [33]. Однак дослідження геномів 113 морських бактеріальних ізолятів показало, що більшість профагових відтинків мають розмір менше 30 т.п.н. [37]. Вміст генів, хоча він може бути пов'язаний з розміром, є більш важливим чинником. Геноми фВ05-1, фВ05-3 і фВ05-4 містять інтегрази та білки-репресори, тоді як геном фВ05-2 містить тільки гени реплікації фага, термінази та транспозази. Оскільки фВ05-2 не індукується мітоміцином С, автори зробили припущення про те, що ця область є залишком профагу. Залишки профагів, які можуть містити функціональні гени, часто зустрічаються в бактеріальних геномах і вважаються результатом процесів поступової деградації бактеріофагів [11].