XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Бактериофаг MS2 - РНК-вирус с положительно заряженной цепью, относящийся к семейству Fiersviridae. Имеет икосаэдрическую форму, для прикрепления к клетке и заражения необходимы пили. Является строгим внутриклеточным паразитом. Геном линейный, несегментированный размером 4 килобазы. Один из самых маленьких известных геномов, состоящий из 3569 нуклеотидов [1]. Он кодирует 4 белка: белок оболочки, белок созревания, лизин и репликазу. Бактериофаг MS2 является одним из первых известных организмом с перекрывающимися генами. Ген, кодирующий лизин перекрывает одновременно 3’- конец гена, кодирующего белок оболочки и 5’- конец гена, кодирующего репликазу. Одноцепочечная положительно заряженная РНК выступает в качестве матричной РНК. При попадание вирусной РНК в заражаемую клетку начинается производство белков бактериофага. В первую очередь синтезируются белки оболочки. Гены репликазы начинают транслироваться во время синтеза белков оболочки, т.к. скрыты во вторичной структуре РНК и доступны для трансляции только в это время. Когда большая часть белков оболочки образована, они стабилизируют шпильку на операторе РНК и блокируют трансляцию репликазы. Затем синтезируются несколько копий белка созревания, т.к. часть гена, кодирующего его, скрыта во вторичной структуре РНК. Ген лизоцима может быть инициирован только теми рибосомами, которые завершили трансляцию гена белка оболочки и вернулись к началу гена, кодирующего лизоцим [2].

Впервые бактериофаг MS2 был выделен Элвином Джоном Кларком в 1961 году. Он же определил бактериофаг MS2 как РНК-содержащий фаг и его схожесть с бактериофагом f2 [3]. В 1972 году Уолтер Файерс и команда секвенировали первый ген, кодирующий белок оболочки [4]. На основе этого, в 1976 году они полностью секвенировали геном бактериофага MS2. В 1998 году шпильку оператора и белок оболочки стали применять для обнаружения РНК в живых клетках. Позже, бактериофаг MS2 начали изучать в качестве агентов для доставки лекарственных средств и визуализации опухолей [5].

В настоящее время продолжают изучать области применения бактериофага MS2 в качестве модельного объекта. Так, отмечено использование вирусоподобных частиц бактериофага MS2 для упаковки и доставки РНК, ДНК и лекарственных средств, т.к. частицы могут самоорганизовываться из белка оболочки в икосаэдрический капсид. Были разработаны бронированные РНК – рекомбинантные вирусоподобные частицы MS2, с упакованной РНК, используемые для обнаружения различных вирусов. Такие РНК становятся устойчивыми к РНКазе и не являются патогенными, т.к. вирусоподобные частицы не могут реплицироваться сами по себе [6]. Также создали бронированный вирус гепатита В и ДНК вируса папилломы человека для использования в анализах нуклеиновых кислот, в качестве «контроля» в клинических лабораторных тестах и диагностике [7]. Изучены 2 способа упаковки РНК в вирусоподобные частицы бактериофага MS2: « in vitro » - сформированные вирусоподобные частицы MS2 разбираются и собираются заново в присутствии используемой РНК; « in vivo » - сборка вирусоподобных частиц и упаковка РНК происходит одновременно в бактериальной или дрожжевой клетке [8].

Бактериофаг MS2 использовали для таргетной доставки индуктора апоптоза – ионов таллия в сосудистую сеть опухоли. Доставка осуществлялась с помощью пептида iRGB. Соединение пептида с модифицированным препаратом MS2, включающий ионы таллия, вызывало гибель клеток рака молочной железы человека, не проявляя острой токчиности в терапевтической дозе [9].

Области применения бактериофага MS2 продолжают изучаться, а уже известные – расширяться. Основное направление сейчас – таргетная доставка упакованных в вирусоподобные частицы MS2 РНК, ДНК, лекарственных средств, различных ионов. Такие модифицированные MS2 используют для обнаружения различных вирусов, в клинических лабораторных тестах и диагностике. Разрабатывают технологии, позволяющих помещать в вирусоподобные частицы MS2 РНК и ДНК больших размеров. В будущем рассматривается возможность использовать бактериофаг MS2 в разработке вакцин.

Список литературы:

1. Fiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, Min Jou W, Molemans F, Raeymaekers A, Van den Berghe A, Volckaert G, Ysebaert M (April 1976). "Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene". Nature. 260 (5551): 500–7. Bibcode:1976Natur.260..500F.

2. van Duin J, Tsareva N (2006). "Single-stranded RNA phages. Chapter 15". In Calendar RL (ed.). The Bacteriophages (Second ed.). Oxford University Press. pp. 175–196. ISBN 978-0195148503.

3. "National Academy of Sciences: Abstracts of Papers Presented at the Autumn Meeting, 29 October, La Jolla, California, 30 October-1 November 1961, Los Angeles". Science. 134 (3488): 1425–37. November 1961. Bibcode:1961Sci...134.1425.. doi:10.1126/science.134.3488.1425. PMID 17795773.

4. Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (May 1972). "Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein". Nature. 237 (5350): 82–8. Bibcode:1972Natur.237...82J. doi:10.1038/237082a0. PMID 4555447. S2CID 4153893.

5. Glasgow J, Tullman-Ercek D (July 2014). "Production and applications of engineered viral capsids". Applied Microbiology and Biotechnology. 98 (13): 5847–58. doi:10.1007/s00253-014-5787-3. PMID 24816622. S2CID 6212583.

6. Fu Y, Li J. A novel delivery platform based on Bacteriophage MS2 virus-like particles. Virus Res. 2016 Jan 4;211:9-16. doi: 10.1016/j.virusres.2015.08.022. Epub 2015 Sep 28. PMID: 26415756; PMCID: PMC7114531.

7. Zhang L, Sun Y, Chang L, Jia T, Wang G, Zhang R, Zhang K, Li J. A novel method to produce armored double-stranded DNA by encapsulation of MS2 viral capsids. Appl Microbiol Biotechnol. 2015 Sep;99(17):7047-57. doi: 10.1007/s00253-015-6664-4. Epub 2015 May 19. PMID: 25981999; PMCID: PMC7079959.

8. Naskalska A, Heddle JG. Virus-like particles derived from bacteriophage MS2 as antigen scaffolds and RNA protective shells. Nanomedicine (Lond). 2024;19(12):1103-1115. doi: 10.2217/nnm-2023-0362. Epub 2024 Apr 17. PMID: 38629576; PMCID: PMC11225317.

9. Kolesanova EF, Melnikova MV, Bolshakova TN, Rybalkina EY, Sivov IG. Bacteriophage MS2 As a Tool for Targeted Delivery in Solid Tumor Chemotherapy. Acta Naturae. 2019 Apr-Jun;11(2):98-101. doi: 10.32607/20758251-2019-11-2-98-101. PMID: 31413886; PMCID: PMC6643345.