박테리오파지 λ

3. 생활사

람다 파지는 용균성 생활사와 용원성 생활사를 모두 가진다.^[36][37] 람다 파지의 생활사는 cI, Cro, cII, cIII 등 여러 단백질의 상호작용으로 조절된다. 초기 감염 시 cII 단백질의 안정성이 중요한 역할을 한다. cII가 안정되면 용원성 경로로, 분해되면 용균성 경로로 진행된다. 낮은 온도, 세포의 기아 상태, 높은 감염 다중도(MOI)는 cII를 안정화시켜 용원화를 촉진한다.^[13]

3. 1. 용균성 생활사

• -|]]|thumb|박테리오파지 람다가 ''E. coli'' 박테리아에 생성한 용균성 플라크]]

3. 2. 용원성 생활사

3. 2. 1. 프로파지 삽입

3. 2. 2. 용원성 유지

• cI 단백질은 ''P_L'' 및 ''P_R'' 오퍼레이터에 의해 조절된다. 두 오퍼레이터 모두 cI에 대한 세 개의 결합 부위, 즉 ''P_L''의 경우 ''OL1'', ''OL2'', ''OL3''와 ''P_R''의 경우 ''OR1'', ''OR2'' 및 ''OR3''를 갖는다.
• cI은 ''OR1''에 가장 잘 결합하며, 여기에 결합하면 ''P_R''으로부터의 전사가 억제된다. cI은 쉽게 이합체를 형성하므로, cI이 ''OR1''에 결합하면 cI이 ''OR2''에 결합하는 친화력이 크게 증가하며, 이는 ''OR1'' 결합 직후에 거의 즉시 일어난다. 이는 ''P_RM''으로부터 다른 방향으로 전사를 활성화시키는데, ''OR2''에 있는 cI의 N 말단 도메인이 RNA 중합효소의 ''P_RM''에 대한 결합을 강화하여 cI이 자체 전사를 자극하기 때문이다. cI이 훨씬 더 높은 농도로 존재할 때는 ''OR3''에도 결합하여 ''P_RM''으로부터의 전사를 억제하여 음성 피드백 루프에서 자신의 수준을 조절한다.
• cI이 ''P_L'' 오퍼레이터에 결합하는 것은 cI 전사에 직접적인 영향을 미치지 않는다는 점을 제외하면 매우 유사하다. 그러나 자체 발현의 추가적인 억제로서, ''OR3''와 ''OL3''에 결합된 cI 이량체는 그들 사이의 DNA를 구부려 사량체를 형성한다.
• cI의 존재는 다른 람다 파지에 의한 중복 감염에 대한 면역을 유발하는데, 이는 cI이 해당 파지의 ''P_L'' 및 ''P_R'' 프로모터를 억제하기 때문이다.^[37]

3. 2. 3. 유도

3. 3. 생활사 조절

• cI 단백질: 용원성 상태를 유지하는 핵심 억제 인자이다. P_L 및 P_R 프로모터에서의 전사를 억제하고, P_RM 프로모터에서 자신의 발현을 조절한다.
• Cro 단백질: 용균성 생활사를 촉진한다. P_RM 프로모터를 억제하여 cI 단백질의 발현을 막는다.
• N 단백질: 안티터미네이터로 작용하여 RNA 중합효소가 종결 서열을 지나쳐 전사하도록 돕는다. N 단백질은 ''Nut'' 부위에 결합하여 RNA 중합효소와 복합체를 형성하고, 이 복합체는 여러 숙주 Nus 단백질과 결합하여 안정화된다.

• Q 단백질: N 단백질과 유사하게 안티터미네이터 역할을 하지만, 작용 방식은 다르다. Q 단백질은 ''Qut'' 부위에 결합하여 RNA 중합효소를 변형시켜 종결 서열을 무시하고 후기 유전자(머리, 꼬리, 용균 유전자) 발현을 가능하게 한다.

람다 파지의 유전자 발현 조절 시스템은 두 유전자(cI와 Cro)가 상호 배타적으로 발현되는 '이진 스위치'를 형성하여, 매우 정교하게 생활사를 조절한다.^[24]

4. 유전학적 도구로서의 활용

람다 파지는 모델 생물로 널리 사용되었으며, 처음에는 미생물 유전학에서, 나중에는 분자 유전학에서 훌륭한 도구로 활용되었다.^[29] 람다 파지는 재조합 DNA 복제를 위한 벡터, 게이트웨이 기술을 이용한 클론된 DNA 셔플링을 위한 부위 특이적 재조합효소(int)로 사용된다.^[30] 또한 리콤비니어링이라는 DNA 엔지니어링 방법에서 Red 오페론 (Red alpha, 'exo'라고도 함), 베타, 감마 단백질을 적용한다. 람다 파지의 48 kb DNA 단편은 생산적인 감염에 필수적이지 않으며, 외래 DNA로 대체될 수 있다.^[31] 대체된 외래 DNA는 파지에 의해 복제될 수 있다. 람다 파지는 플라스미드보다 박테리아에 더 쉽게 침투하므로, 숙주의 DNA를 파괴하거나 숙주 DNA의 일부가 될 수 있는 유용한 벡터이다.^[32] 람다 파지는 인간 아스파르틸(아스파라기닐) β-수산화효소 (ASPH, HAAH)를 표적으로 하는 항암 백신으로 조작되어 사용될 수 있으며, 이는 쥐의 간세포 암종의 경우에 유익한 것으로 나타났다.^[33] 람다 파지는 특수 형질도입 연구에서도 중요한 역할을 했다.^[34]

참조

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_[34] 웹사이트 7.14E: Bacteriophage Lambda as a Cloning Vector https://bio.libretex[...] 2023-11-28
_[35] 간행물 "Bacteriophage Lambda and its Relatives" Nature Publishing Group 2002
_[36] 서적 Ibid., pp. 9~10.
_[37] 서적 Ibid., pp. 10~12.