今天介绍的病毒是大肠杆菌P1噬菌体(Bacteriophage P1，P1 Virus)。这种温和噬菌体可是Cre-LoxP的拥有者，而Cre-LoxP正是基因工程的重要工具。

简介

       大肠杆菌P1噬菌体是一种温和的噬菌体，可以感染大肠杆菌和其他一些细菌。当进行溶原性循环时，噬菌体基因组不像其他温和噬菌体(如λ噬菌体)那样整合到宿主DNA中，以质粒的形式存在于细菌中。大肠杆菌P1噬菌体引起了人们的研究兴趣，因为它可以被用来将DNA从一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞，这个过程被称为转导。当它在裂解周期中复制时，它捕获宿主染色体的片段。如果产生的病毒颗粒被用来感染另一个宿主，捕获的DNA片段就可以整合到新宿主的基因组中。这种体内基因工程的方法被广泛使用了多年，直到今天仍然在使用，虽然程度较低。大肠杆菌P1噬菌体也可以用来制作噬菌体人工染色体(Phage Artificial Chromosome)克隆载体，该载体可以携带相对较大的DNA片段。大肠杆菌P1噬菌体编码一种位点特异性重组酶Cre，该酶被广泛用于在LoxP位点的靶DNA侧翼进行细胞特异性或时间特异性的DNA重组。

病毒学特征

       大肠杆菌P1噬菌体有一个二十面体的头部，其中的DNA附着在有六根尾纤维的可收缩尾巴上。尾巴有一个被收缩鞘包围的管状结构。它的末端是一个带有六根尾部纤维的底板。尾纤维参与附着在宿主上并提供特异性。

病毒基因组

       大肠杆菌P1噬菌体的基因组比较大，长度约为93Kbp。在病毒粒子中，它以线性双链DNA分子的形式存在。一旦插入宿主体内，它就会以质粒的形式循环和复制。

       在病毒粒子中，DNA分子比基因组的实际长度长(110Kbp)。它是通过从具有多个基因组拷贝的串联DNA链中切割一个适当大小的片段来创建的(参见下面关于裂解的部分，了解这是如何制造的)。因此，DNA分子的两端是相同的。这就是所谓的终端冗余。这对于DNA在宿主体内的环状化很重要。DNA从串联体中切割出来的另一个后果是，一个给定的线性分子可以从环状基因组的任何位置开始。这叫做循环排列。

       该基因组尤其富含细菌重组酶RecBCD识别的Chi序列。基因组包含两个复制起点：OriR在溶原周期中复制，OriL在裂解阶段复制。P1基因组编码三个在裂解阶段表达的tRNA。

       P1的基因组编码112个蛋白质和5个未翻译的基因，开放阅读框(ORF)数目大约是噬菌体λ的两倍。

溶源性感染

       温和噬菌体都可以造成溶源性感染。对于大肠杆菌P1噬菌体来说，其基因组在细菌中是一个低拷贝数的质粒。质粒相对较大的尺寸要求它保持较低的拷贝数，以免作为溶菌原时成为太大的代谢负担。由于每个细菌基因组通常只有一个质粒副本，质粒很有可能不会同时传递给两个子细胞。P1质粒通过几种方法对抗这种情况：

        质粒的复制受到RepA蛋白依赖机制的严格调控。这与其他几种质粒使用的机制类似。它确保质粒与宿主基因组同步分裂。

       互锁质粒可通过Cre-LoxP重组快速解连

       P1质粒编码一套系统，可以杀死失去质粒的子细胞。它由一种稳定的蛋白质毒素和一种抗毒素组成，这种抗毒素可以可逆地结合并中和它。失去质粒的细胞会被杀死，因为抗毒素比毒素降解得更快。

Cre-LoxP系统

       Cre-LoxP重组是一种位点特异性重组酶技术，用于对细胞DNA的特定位点进行缺失、插入、易位和倒置。它允许DNA修饰针对特定的细胞类型或由特定的外部刺激触发。它是实现在真核和原核系统。Cre-LoxP重组系统在帮助神经科学家研究大脑中复杂的细胞类型和神经回路一起产生认知和行为方面特别有用。NIH神经科学研究蓝图已经创建了数百个Cre驱动小鼠系，目前被世界范围内的神经科学社区使用。

       该系统由一个单一的酶：Cre重组酶与重组一对短的目标序列称为LoxP序列。该系统无需插入任何额外的支持蛋白或序列即可实现。Cre酶和LoxP序列来自大肠杆菌噬菌体P1。

       适当放置LoxP序列可以使基因被激活、抑制或交换其他基因。在DNA水平上可以进行多种操作。Cre酶的活性可以被控制，因此它可以在特定的细胞类型中表达，或者由化学信号或热休克等外部刺激触发。这些靶向的DNA变化在细胞谱系追踪中是有用的，当突变体在全球表达时是致命的。