The Discovery of Bacteriophage
~1896-1920
The bacteriocidal action of the waters of the Jumna
and the Ganges on Vibrio Cholera.
Ernest Hanbury Hankin, 1896.
Water Source
Jumna river, near Agra
[bacteria]
105/ml
Jumna, 5 km downstream
From Agra
<102/ml
"L'action bactericide des eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera”
Annales de l'Institut Pasteur 10: 511-523 (1896)
The bacteriocidal action of the waters of the Jumna
and the Ganges on Vibrio Cholera.
Ernest Hanbury Hankin, 1896.
Experiment: Mix filtered river water with cultures of Vibrio
cholerae and count bacteria
Water
0
# Vibrio Cholerae (1000s) after time:
1hr
2hr
3hr
4hr
25hr 49hr
Filtered
2.5
1.5
1
0.5
0
0
0
Filt.+boiled
5
4
6
10
6
10
36
"L'action bactericide des eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera”
Annales de l'Institut Pasteur 10: 511-523 (1896)
An Investigation into the Nature of the Ultramicroscopic
Viruses. Lancet, ii, 1241 (1915)
Observed glassy, clear areas in
colonies of Stapphylococcus
•Could not be cultured
independently
•Could be serially transferred
and propagated on new
bacterial colonies, but not on
dead bacteria
Frederick Twort
1877-1950
•Passed through a porcelin
filter
•Destroyed by heat
The Bacteriophage: It Role in Immunity (1921)
•Bacterial growth media innoculated with stool
from patient with dysentery
•Culture became cloudy overnignt, indicating
growth of bacteria
•Culture was filtered and filtrate added to
pure cultures of Shiga bacteria (the causative
agent of the dysentery)
Félix d'Herelle
1873-1949
•One day, the Shiga culture showed no growth.
At the same time, the patient had shown
marked improvement.
•Sterile filtrate of cleared culture could kill
other cultures of Shiga
The Bacteriophage: It Role in Immunity (1921)
•Observed plaques on solid media, developed
plaque assay, concept of titering
•Deduced that active agent was a virus!
•Showed that bacteriophage could be used to
treat infections
Félix d'Herelle
1873-1949
The plaque assay
Bacteria + top agar
phage
•Serial dilutions of phage gave rise to decreased numbers of plaques
•a discrete entity (i.e. the virus) is responsible for the plaques
•inferred that 1 plaque arose from a single virus. Thus, plaque
forming units=viruses
•1 plaque is composed of many pfu
•the viruses can replicate!
•Final acceptance of the existence of bacteriophage came with electron
micrographs (Helmut Ruska, 1939)
A brief introduction to the phage world
• Bacteriophages are viruses of bacteria
Phage life cycle
temperate phage form lysogens
A brief introduction to the phage world
• Bacteriophages are viruses of bacteria
• Bacteriophages represent the majority of life forms:
Estimated number 1031
•The phage population is extremely dynamic: 1025
infections/sec
• Phages are specific to particular bacterial hosts
• Phages are genetically highly diverse, but relatively few
have been characterized
• Phages are the largest reservoir of unexplored genetic
information
Virion morphologies
Why mycobacteriophages?
• Mycobacteriophages are viruses that infect mycobacterial hosts
• Phages can facilitate understanding of host physiology
• Phages have therapeutic potential
• Some mycobacteria cause important human diseases
• M. tuberculosis kills more people than any other single infectious agent
• We study phages that infect M. smegmatis, a useful surrogate
bacterium that is not harmful to humans.
• ~10% of phage that infect M. smegmatis also infect M. tuberculosis
Mycobacteriophage Isolation
•M. smegmatis is a fast-growing (~3hr doubling time), non-pathogen
•
•
•
•
•
Phage solated as plaque formers on lawns of M. smegmatis mc2155
Isolated from environmental samples such as soil, compost etc.
M. smegmatis may not be ‘preferred’ host
All phages isolated are dsDNA tailed phages
Have complete sequences for ~250 genomes
Phage LRRHood
Kim Davis, in the redwood forest
where she isolated LRRHood
(Little Red Riding Hood)
Bio121L Course Overview:
1. Isolate your own phage(s)
2. Purify phage
3. Isolate phage DNA and characterize by restriction
enzyme digestions (and PCR if time permits)
4. Visualize phage by electron microscopy
5. Term paper, ~6 pages on a topic relevant to phage
biology
6. Special projects
Mycobacteriophage genomics
• First mycobacteriophage sequence published in 1993
• ~250 completely sequenced genomes
•Genomes range in size from 42-153kbp (kbp= 1000 basepairs)
• Average genome size: ~72kbp
• Average number of genes: 88/genome
• High genetic diversity
• High gene density
• Genomes are genetically mosaic
(meaning we can’t construct a
simple “tree of life” for these viruses)
• Most genes of unknown function
Complete bacteriophage genome sequence
AGTGAAATACCTCCCCTTTGTGGATTTGTCTGTTTGTCGACTTTTTGTGTTGGTGGTGAGTGTTGTGCAGCCTGAGCTTCCTGATAGTCGTGATTGGTGTGGGGAGACGCGTCGTTGGTGGAGTGTGTGGGGTGATGATAGCCGCGCGCAGTATGTGTCTGATGAGGAGTGGCTGTTTCTCATGGATGCTGC
GGTGATTCATGATTGTGTGTGGCGTGAGGGTCGCGCGGATTTGGTGGCTTCGCTTCGTGCTCATGTGAAGGCTTTTATGGGCATGTTGGATCGGTATTCGGTTGATGTGGCGTCTGGTGGCCGTGGTGGGGGTTCTGCGGTGGCGATGATTGACCGGTATAGGAAGCGTAGGGGGGCCTGATTAGGTGTCTG
GTGTTGTTGGGTCTCAGGTGCCTCGTCACCGTGTGGCTGCGGCGTATTCGGTGTCTGCTGGCGGTGATGCTGGGGAGTTGGGTCGTGCGTATGGGTTGACGCCTGATCCGTGGCAGCAGCAGGTGTTGGATGATTGGCTTGCTGTTGGTAGTAATGGCAGGCTTGCTTCGGGTGTGTGTGGGGTGTTTGTGC
CTCGCCAGAATGGCAAGAACGCGATCCTTGAGGTTGTGGAGTTGTTTAAGGCGACTATTCAGGGTCGCCGTATTTTGCATACGGCTCACGAGTTGAAGTCGGCTCGTAAGGCGTTTATGCGGTTGCGTTCGTTTTTTGAGAATGAGCGGCAGTTTCCTGACTTGTATCGTATGGTGAAGTCGATTCGTGCGA
CGAATGGTCAGGAGGCTATTGTGTTGCATCATCCGGATTGTGCCACGTTTGAGCGTAAGTGTGGTTGTCCGGGTTGGGGTTCGGTTGAGTTTGTGGCCCGTAGCCGGGGTTCGGCTCGCGGGTTTACGGTTGATGATTTGGTGTGTGATGAGGCTCAGGAGTTGTCGGATGAGCAGTTGGAGGCTTTGCTTC
CTACGGTGAGTGCTGCCCCGTCTGGTGATCCGCAGCAGATTTTCCTTGGCACGCCGCCTGGGCCGTTGGCGGATGGTTCTGTGGTGTTGCGTTTGCGTGGGCAGGCTTTGTCGGGTGGTAAAAGGTTTGCGTGGACGGAGTTTTCGATTCCTGACGAGTCTGATCCGGATGATGTGTCGCGGCAGTGGCGGA
AGTTGGCGGGGGATACGAATCCGGCGTTGGGTCGTCGTTTGAATTTTGGGACCGTGAGCGATGAGCATGAGTCGATGTCTGCTGCCGGGTTTGCTCGGGAGCGGCTTGGCTGGTGGGATCGTGGCCAGTCTGCTGCGTCGGTGATTCCTGCGGATAAGTGGGCTCAGTCTGCGGTGGATGAGGCGGCTCTGG
TTGGCTGGAAAGTGTTTGGTGTCTCGTTTTCTCGTTCTGGGGATCGGGTTGCTTTGGCGGGTGCTGGCCGGACTGATGCTGGGGTTCATGTTGAGGTTATTGATGGGCTGTCGGGAACGATTGTTGATGGTGTGGGCCGGTTGGCTGACTGGTTGGCGGTTCGTTGGGGTGATACTGACCGGATCATGGTTG
CCGGGTCTGGTGCGGTGTTGTTGCAGAAGGCGTTGACGGATCGTGGTATTCCGGGCCGTGGCGTGGTGGTTGCTGATACTGGTGTGTATGTGGAGGCTTGTCAGGCGTTTCTTGAGGGGGTTCGTTCGGGTGTTGTGTCTCATCCTCGTGCTGATTCTCGCCGTGACATGTTGGATATTGCTGTGAGGTCGG
CTGTGCAGAAGCGTAAGGGGTCTGCGTGGGGTTGGGGTTCCTCGTTTAAGGATGGTTCTGAGGTTCCTTTGGAGGCTGTGTCGTTGGCGTATCTTGGTGCGAAGATGGCGAAAGCGAAGCGGCGTGAACGGTCTGGTAGGAAGCGGGTGTCTGTGGTATGAACTCGGATGAGTTGGCTCTGATTGAGGGCAT
GTACGATCGTATTAAGAGGTTGTCTTCGTGGCATTGTCGCATTGAGGGCTACTATGAGGGCTCTAATCGGGTGCGTGATTTGGGGGTGGCTATTCCGCCGGAGTTGCAGCGTGTGCAAACGGTGGTGTCGTGGCCTGGTATAGCTGTGGATGCTTTGGAGGAGCGTCTGGATTGGCTGGGCTGGACTAATGG
TGACGGCTACGGTTTGGATGGTGTGTATGCTGCGAATCGGCTTGCTACGGCTTCGTGTGATGTGCATTTGGATGCACTAATTTTTGGGTTGTCGTTTGTGGCTGTTATCCCCCAGGGGGATGGGTCGGTGTTGGTTCGTCCGCAGTCACCAAAGAATTGTACTGGCCGGTTTTCGGCTGATGGGTCTCGTTT
GGATGCTGGCCTTGTGGTGCAGCAGACGTGTGATCCTGAGGTTGTTGAGGCGGAGTTGTTGCTGCCTGATGTGATTGTTCAGGTTGAGCGGCGTGGGTCTCGTGAGTGGGTTGAGACGGGCCGTATCGTGAATGTGTTGGGTGCGGTTCCGTTGGTGCCTATTGTGAATCGTCGCCGTACTTCTAGGATTGA
TGGCCGTTCGGAGATTACGAGGTCTATTAGGGCTTACACGGATGAGGCTGTGCGCACACTGTTGGGGCAGTCTGTGAATCGTGATTTTTATGCGTATCCTCAGCGTTGGGTGACTGGCGTGAGCGCGGATGAGTTTTCGCAGCCTGGCTGGGTCCTGTCGATGGCTTCTGTGTGGGCTGTGGATAAGGATGA
TGATGGTGACACTCCGAATGTGGGGTCGTTTCCTGTCAATTCGCCTACACCGTATTCGGATCAGATGAGACTGTTGGCGCAGTTGACTGCGGGTGAGGCGGCTGTTCCGGAACGCTATTTCGGGTTTATCACGTCTAACCCACCTAGTGGGGAGGCTTTGGCTGCCGAGGAATCTCGGCTTGTGAAGCGTGC
TGAGCGGCGTCAAACGTCGTTTGGTCAGGGCTGGCTGTCGGTTGGTTTCCTGGCTGCCAGGGCGCTTGATTCGAGTGTTGATGAGGCCGATTTTTTTGGTGATGTTGGTTTGCGTTGGCGTGATGCTTCGACGCCTACCCGGGCGGCTACGGCTGATGCTGTGACGAAGCTTGTTGGTGCCGGTATTTTGCC
TGCTGATTCTCGTACGGTGTTGGAGATGTTGGGGCTTGATGATGTGCAGGTTGAGGCTGTGATGCGTCATCGTGCTGAGTCGTCTGACCCGTTGGCGGCACTGGCTGGGGCTATATCGCGTCAAACTAACGAGGTTTGATAGGCGATGGCTTCGGGGGTTGAGGCGAGGCTTGCTGCGACTGAGTATCAGCG
TGAGGCGGTCAGGTTTGCTGGGAAGTATGCGGGCTATTATTCTGAGCTTGGTCGTTTGTGGCGTGCCGGCAGGATGAGTGACACGCAGTATGTGCGTTTGTGTGTGGAGTTGGAGCGTGCCGGCCATGATGGTTCGGCATCGTTGGCTGCCGGGTTTGTGTCGGATTTTCGCCGGTTGAATGGTGTGGATCC
TGGTTTGATTGTGTATGACGAGTTTGATGCTGCGGCGGCTTTGGCTAGGTCGTTTTCGACTATGAAGATTCTTGAGAGTGACCCGGATAGGGCGAATGACACGATTGATGCGATGGCGGCGGGTTTTGATCGGGCTGTCATGAATGCTGGCCGTGACACGGTTGAGTGGTCGGCGGGTGCGCAGGGTAGGTC
GTGGCGTCGGGTTACTGATGGTGATCCGTGTGCTTTTTGTGCCATGTTGGCTACGAGGTCGGATTATACGACTAAGGAACGGGCACTTACTACTGGTCATACTCGGCGTCATAAGCGTGGTGGTAAGCGTCCGTTTGGTTCGAAGTATCATGATCATTGTGGTTGTACGGTGGTTGAGGTTGTTGGCTCTTG
GGAACCAAATAGGGCTGATGCCGGGTATCAGAGGACGTATGAGAAGGCCCGTGAGTGGGTTGATGATCATGGGTTGCAGCAGTCGCCTAGCAATATTTTGAAGGCGATGCGTACTGTTGGCGGCATGAGATAATTTGATGTGGTTTCCGGTTGTGCGCCGCCGGTTATCGGTGCACAGGGTTGTCTCCCGCA
CGGGGGTCAACAATGTTGTGTTGTTTTCCGCAAGGAGTGTAGGGTTAGGCTATGGCCGATCAGAGTGTTGAGGAACAGAATGTTGACAATGATGTTGTGGAGTCCGGAAAGGATAACGGCATTGTTGATACAGTAAAAGACGATGGCGGGCAGGAGGTAGCCGACAATCAGTTGAAGAATGAAGGCGAGGGT
AAATCGCCGGGGACTGATTGGAAGGCGGAGGCCCGTAAGTGGGAGTCTCGTGCTAAAAGTAATTTCGCCGAGTTGGAGAAGCTTCGTACATCGAGTGACGATTCTGGATCTACTATTGATGAGCTTCGCCGCAAGAATGAGGAACTCGAAGACAGGATCAACGGGTTTGTTCTTGAGGGTGTGAAGCGCGAG
GTGGCTTCAGAGTATGGTTTGTCCAGTGATGCGATCGCTTTCTTGTCGGGTGGCGATAAGGAGTCGCTTGCCGAGTCTGCGAAAGCTTTGAAGGGTTTGATCGACCATAGTAGTGGTGGCGCGGGTGTGCGCCGTCTTGCGGGGAGTGCCCCCGTTGATGATGTTAAACGACGTGAGGGTGTCGCGTTTGTG
GATGCTCTTGTCAATAATTCTAGGAGATGATTTGTGATGGCTGACGATTTTCTTTCTGCAGGGAAGCTTGAGCTTCCTGGTTCTATGATTGGTGCGGTTCGTGACCGTGCTATCGATTCTGGTGTTTTGGCGAAGCTTTCGCCGGAGCAGCCGACTATTTTCGGTCCTGTTAAGGGTGCCGTGTTTAGTGGT
GTTCCTCGCGCTAAGATTGTTGGTGAGGGCGAGGTTAAGCCTTCCGCGTCTGTTGATGTTTCGGCGTTTACTGCGCAGCCTATCAAGGTTGTGACTCAGCAGCGTGTCTCGGACGAGTTTATGTGGGCTGATGCTGATTACCGTCTGGGTGTTTTGCAGGATCTGATTTCGCCTGCTCTTGGTGCTTCGATT
GGTCGCGCTGTTGATCTGATTGCTTTCCACGGTATTGATCCGGCTACGGGTAAGCCTGCTGCGGCTGTGAAGACTTCGCTGGATAAGACGAAGCATATTGTTGATGCCACGGATTCTGCTACGACCGATCTGGTCAAGGCTGTCGGTCTTATCGCTGGTGCCGGTTTGCAGGTTCCTAACGGGGTTGCTTTG
GATCCCGCTTTCTCGTTTGCCCTGTCTACTGAGGTGTATCCGAAGGGGTCTCCGCTTGCCGGCCAGCCTATGTATCCTGCCGCCGGGTTTGCCGGTTTGGATAATTGGCGCGGCCTGAATGTTGGTGCTTCTTCGACTGTTTCTGGCGCCCCGGAGATGTCGCCTGCCTCTGGTGTTAAGGCTATTGTTGGC
GATTTCTCTCGTGTTCATTGGGGTTTCCAGCGTAACTTCCCGATCGAACTGATCGAGTATGGTGACCCGGATCAGACTGGGCGTGACCTGAAGGGCCATAATGAGGTTATGGTTCGTGCCGAGGCTGTGCTGTATGTGGCTATCGAGTCGCTTGATTCGTTTGCTGTTGTGAATGAGAAGGCTGCCCCGAAG
CCTAATCCGCCGGCCGAGAACTGATTTATTGTTGCGGTGATGTGTCAATGTGCAGGGGGTGGTGTTGATGGGTATCATTTTGAAGCCTGAGGATATTGAGCCTTTCGCCGATATTCCTAGAGAGAAGCTTGAGGCGATGATTGCCGATGTGGAGGCTGTGGCTATCAGTGTCGCCCCCTGTATCGCTAAACC
GGATTTCAAATACAAGGATGCCGCTAAGGCTATTCTGCGCAGGGCTTTGTTGCGCTGGAATGATACTGGCGTGTCGGGTCAGGTGCAGTATGAGTCTGCTGGTCCGTTCGCCCAGACTACACGGTCTAGTACTCCCACGAATTTGTTGTGGCCTTCTGAGATTGCCGCGTTGAAGAAGCTGTGTGAGGGTGA
TGGTGGGGCTGGTAAAGCGTTCACTATCACTCCCACTATTAATGGTCGATATGCACATTCTGAGGTGTGTTCCACGGTGTGGGGTGAGGGTTGCTCGTGCGGGTCGAATATTAACGGCTACGCTGGCCCTTTGTGGGAGATATGATATGACCAGTTTTCCTTATGGTGAAACGGTTGCGATGCTTCAACCGA
CTGTTCGTGTCGATGATCTTGGTGACAAGGTTGAGGATTGGTCTAAGCCTGTCGAGACTGTGTACCATAACGTGGCCATATATGCTTCCGTTTCGCAGGAGGATGAGGCGGCAGGCCGTGACTCTGACTATGAGCATTGGTCGATGCTTTTCAAGCAGCCTGTTGTGGGTGCCGGTTATCGTTGCCGGTGGC
GTATCCGGGGTGTTGTGTGGGAGGCTGACGGGTCTCCTATGGTGTGGCATCACCCCATGTCCGGTTGGGATGCCGGTACGCAGATCAATGTGAAGCGTAAGAAGGGCTGATGGGTAGTGGCTCAGGATGTGAATGTGAAGCTGAACTTGCCGGGTATTCGTGAGGTGTTGAAGTCTTCTGGGGTGCAGTCTA
TGTTGGCTGAGCGTGGCGAGCGTGTCAAGCGTGCGGCATCGGCGAATGTGGGCGGTAACGCTTTCGATAAGGCCCAATACCGTGCAGGGTTATCGTCGGAGGTGCAGGTTCACCGTGTTGAGGCTGTCGCTCGTATAGGCACCACATATAAGGGTGGGAAGCGTATTGAGGCGAAGCATGGCACGTTGGCTC
GTTCGATTGGGGCTGCGTCGTGATCGTCTACGATGACCCCAGGAAGTGGGCTAAACGCGTGCTCAAGGATGATGGCTGGCTGTCGGATATACCCTGTGTGGGGACGGTGCCCGATGATTTTACGGGTGACCTGATTTGGTTGGCGTTGGATGGTGGCCCGCAGTTGCATGTGCGTGAGCGAGTGTTTTTGCG
GGTGAACGTGTTTTCTGATATGCCTGATCGTGCTATGTCGCTAGCCAGGCGGGTGGAGGCTGTCCTGGCTGACGGGGTGGACGGTGACCCGGTGGTGTTTTGTAGGCGTTCTACGGGTCCTGATTTGCTGGTTGATGGTGCACGTTTTGATGTGTATTCGCTGTTCGAGCTGATATGCAGGCCTGTCGAATC
TGAGTAAACGTATTTGTTTTTGTTTTAATGTAATTGTTTGATATTTAATGGGGGTTGTGATGGCTGCAACACGTAAAGCGTCTAATGTTCGCTCTGCTGTTACGGGTGACGTCTATATTGGTAAAGCTCATGCCGGTGACACTATTGATGGTGTGAAGACGGTTCCTGATGGGCTTACCGCTTTAGGGTACC
TGTCTGATGACGGGTTTAAGATTAAGCCTGAGCGTAAAACGGATGATTTGAAGGCTTGGCAGAATGCGGATGTTGTTCGCACTGTGGCCACGGAGTCGTCTATCGAGATTTCTTTCCAGCTGATCGAATCCAAGAAAGAGGTTATCGAACTGTTTTGGCAGTCGAAGGTTACTGCCGGAGCCGATTCGGGTT
CGTTCGATATTTCTCCTGGTGCCACAACAGGTGTTCACGCCTTGTTGATGGATATTGTTGATGGTGATCAGGTTATTCGCTACTATTTCCCTGAGGTTGAGTTGATTGATCGTGACGAGATTAAGGGTAAGAATGGCGAAGTGTACGGGTATGGTGTGACGTTGAAGGCGTATCCTGCCCAGATTAATAAGG
AGGGTGATGCGGTGTCTGGTCGGGGGTGGATGACGGCTTTAAAAGCTGATACTCCTCCGGTTCCGCCTTCTCCGAAGCCTCAGCCGGATCCGAATCCGCCGTCTAATAACTGATACACATAGTTTGAGGGATTGTTGATAGATGAGTGACACAGGTTACACGTTGAAGATTGGTGACCGTAGCTGGGTGTTG
GCGGATGCGGAGGAGACGGCTCAGGCTGTTCCTGCCCGCGTTTTCCGTCGTGCAGCTAAGATTGCCCAGTCGGGGGAGTCTGCGGATTTCGCCCAGGTTGAGGTGATGTTTTCTATGTTGGAGGCTGCCGCCCCGGCTGACGCGGTGGAGGCCCTGGAGGGGCTTCCTATGGTTCGTGTGGCCGAGATTTTC
CGCCAGTGGATGGAATACAAGCCTGACGGTAAGGGTGCCTCGCTGGGGGAATAGTTTGGCTCCACGGCCTGATTGATGATTATCGTGGGGCCATCGAATACGATTTCCGCACCAAGTTTGGTGTTTCTGTTTATAGTGTTGGTGGCCCGCAGATGTGTTGGGGTGAGGCTGTCCGGCTGGCTGGCGTGTTGT
GTACTGACACGTCTAGCCAGTTGGCGGCCCACCTTAATGGTTGGCAGCGCCCGTTTGAGTGGTGCGAGTGGGCTGTGTTGGACATGCTGGATCATTACAGGTCTGCTAATAGTGAGGGGCAGCCGGAGCCTGTGGCGAGGCCTACGGATGAGCGTAGGGCCCGGTTTACGTCTGGGCAGGTGGACGATATTT
TGGCGCGTGTTCGTGCCGGTGGCGGGGTGTCTCGCGAGATTAATATTATGGGGTGAATAGTGTATGTCTGGTGAGATTGCTTCCGCATATGTGTCGTTGTATACGAAGATGCCGGGTTTGAAGGCGGATGTTGGTAAACAGCTTTCTGGGGTGATGCCTGCTGAGGGTCAGCGTTCGGGTAGTCTTTTTGCT
AAGGGCATGAAGTTGGCGCTTGGTGGTGCCGCAATGGTGGGCGCTATCAATGTTGCTAAGAAGGGCCTCAAGTCTATCTATGATGTGACTATTGGTGGCGGTATTGCTCGCGCTATGGCTATTGATGAGGCTCAGGCTAAACTTACTGGTTTGGGTCATACGTCTTCTGACACGTCTTCGATTATGAATTCG
GCTATTGAGGCTGTGACTGGTACGTCGTATGCGTTGGGTGATGCGGCTTCTACTGCGGCGGCGTTGTCTGCTTCGGGTGTGAAGTCTGGCGGGCAGATGACGGATGTGTTGAAGACTGTCGCCGATGTGTCTTATATTTCGGGTAAGTCGTTTCAGGATACGGGCGCTATTTTTACGTCTGTGATGGCCCGC
GGTAAGTTGCAGGGCGATGACATGTTGCAGCTTACGATGGCGGGTGTTCCTGTACTGTCTTTGCTTGCCAGGCAGACTGGTAAAACCTCGGCTGAGGTGTCGCAGATGGTGTCGAAGGGGCAGATTGATTTTGCCACGTTTGCGGCTGCGATGAAGCTTGGCATGGGTGGTGCTGCGCAGGCGTCTGGTAAG
ACGTTTGAGGGCGCTATGAAGAATGTTAAGGGCGCCCTGGGTTATCTTGGTGCCACGGCTATGGCGCCGTTTCTTAACGGCCTGCGGCAGATTTTTGTTGCGTTGAATCCGGTTATCAAATCTATCACGGATTCTGTGAAGCCGATGTTTGCTGCCGTCGATGCTGGTATTCAGCGTATGATGCCGTCTATT
TTGGCGTGGATTAACCGTATGCCGGCTATGATCACTCGAATGAATGCACAGATGCGCGCCAAGGTGGAGCAGTTGAAGAGCATTTTTGCGAGAATGCATTTACCTGTCCCTAAAGTGAATTTGGGTGCCATGTTTGCTGGCGGCACCGCAGTGTTTGGTATTGTTGCTGCGGGTGTGGGGAAGCTTGTCGCG
GGGTTTGCCCCGTTGGCGGTGTCGGTGAAGAATCTGTTGCCGTCGTTTGGTGCTTTAAAGGGTGCCGCTGGCGGGCTTGGCGGCGTGTTTCGCGCCCTGGGTGGCCCTGTCGGGATTGTGATCGGCTTGTTTGCTGCCATGTTTGCCACTAACGCCCAGTTCCGTGCCGCGGTGATGCAGCTTGTCGGGGTT
GTTGGCCAGGCTTTGGGGCAGATCATGGCAGCTATTCAGCCGCTGTTTGGTTTGGTTGCCGGGCTGGCGGCACAGTTGGCGCCAGTGTTCGGCCAGATTATCGGTATGGTTGCCGGTTTGGCTGCCCAGCTTATGCCTGTGATTAGTATGCTTGTCGCCCGGCTGGTTCCTGTTATCACCCAGATTATTGGT
GCGGTGACACAGGTGGCGGCCATGTTGTTGCCTGCGCTTATGCCGGTGCTTCAGGCTGTTGTGGCTGTGATACGGCAGGTTGTTGGCGTGATCATGCAGTTGGTGCCTGTTTTGATGCCTGTGATTCAACAGATTTTGGGTGCGGTCATGTCTGTGCTGCCACCTATCATCGGCCTGATCCGGTCGTTGATA
CCAGTCATCATATCGATTATGCGTGTGGTGATGCAGGTTGTTGGTGCCGTGCTACAGGTGGTGGCCCGCATTATTCCGGTTGTGATGCCGATTGTGACAGCTGTGATCGGGTTTGTTGCACGTATTCTTGGCGCTATTGTGTCTGCTGCAGCCCGCATTATTGGGACTGTCACCCGTGTCATCTCATGGGTT
GTGAATCATTTAGTGTCTGGCGTGAGGTCTATGGGCACGGCCATCTTGAATGGCTGGAATCATATTAGAGCGTTTACGTCTGCGTTTATTAACGGTTTCAAGTCGGTGATTTCTGGCGGCGTGAACGCTGTTGTGGGGTTTTTTGCCCGGCTGGGTTCTTCGGTTGCCTCCCATGTGAGGTCTGGTTTTAAC
GCGGCCCGTGGCGCTGTTTCTTCTGCGATGAATGCTATCCGGAGTGTTGTGTCTTCGGTGGCGTCTGCTGTTGGCGGGTTTTTCAGTTCGATGGCGTCTAGGGTTCGTAGTGGTGCTGTGCGCGGGTTTAATGGTGCCCGGAGTGCGGCTTCTTCTGCTATGCATGCTATGGGGTCCGCTGTATCTAGCGGC
GTGCATGGTGTGCTAGGGTTTTTCCGGAATTTGCCTGGCAATATTCGGCGTGCGCTTGGTAATATGGGGTCCTTGTTGGTGTCTGCCGGCCGTGATGTGGTGTCTGGTTTGGGTAATGGTATCCGGAATGCTATGAGTGGCCTGTTGGATACGGTGCGTAATATGGGTTCTCAGGTTGCTAATGCGGCGAAG
TCGGTGTTGGGTATTCATTCCCCGTCTCGGGTGTTTCGTGACCAGGTTGGCCGGCAGGTTGTTGCCGGTTTGGCTGAGGGGATCACCGGGAATGCGGGTTTGGCGTTGGATGCGATGTCGGGTGTGGCTGGCCGGCTGCCTGATGCGGTTGATGCCCGGTTTGGTGTGCGATCGTCTGTGGGCTCGTTTACC
CCGTATGGCAGGTATCAGCGTATGAATGATAAGAGTGTTGTGGTGAATGTTAACGGACCCACGTATGGTGATCCTAACGAGTTTGCGAAGCGGATTGAGCGGCAGCAGCGTGACGCTTTGAATGCGTTGGCTTACGTGTGATTGGGGGTGTTGTGCATGTTTATTCCTGACTCGTCGGATCGTTCTGGTTTG
ACTGTGACCTGGTTTATGGATCCGCTGTTTGGCGACGAGCGTGTGCTTCATTTGACGGATTATACGGGTGCGTCTCCTGTCATGTTGTTGAATGATTCGTTGCGCGGTTTGGGTGTTCCCGAGGTTGAGCATTTTTCTCAAACTCATGTTGGGGTGCACGGCTCGGAGTGGCGCGGGTTTAATGTGAAGCCT
CGCGAGGTGACGCTGCCGGTGTTGGTGTCGGGTGTTGACCCGGATCCGGTGGGCGGGTTTCGTGACGGTTTTTTGAAAGCCTATGACGCGTTGTGGTCTGCTTTTCCTCCCGGGGAGGAGGGGGAGTTGTCTGTGAAGACTCCTGCCGGTGTTGAGCGTGTGTTGAAGTGTCGGTTTGATTCGGCTGATGAC
ACGTTTACGGTGGATCCGGTGAATCGTGGCTATGCGCGCTATCTGTTGCATTTGACAGCTTATGACCCGTTTTGGTATGGGGATGAGCAGAAGTTTCGTTTTAGTAATGCGAAGTTGCAGGATTGGTTGGGTGGCGGCCCTGTCGGCAAGGATGGCACGGCGTTTCCTGTGGTGTTGACGCCTGGTGTTGGT
TCGGGTTGGGATAATCTGTCTAATAAGGGTGATGTGCCTGCGTGGCCTGTGATTCGTGTTGAGGGGCCTTTGGAGTCGTGGTCTGTGCAGATTGATGGTTTGCGTGTGTCTTCGGATTATCCTGTCGAGGAGTATGATTGGATCACTATTGATACGGATCCTCGTAAACAGTCTGCGTTGTTGAATGGGTTT
GAGGATGTGATGGATCGTTTGACAGAGTGGGAGTTTGCGCCTATCCCGCCTGGCGGTTCGAAGAGTGTGAATATTGAGATGGTTGGTTTGGGTGCCATTGTTGTGTCGGTGCAGTACAGGTTTTTGAGGGCTTGGTGAATAGTTGATGGCTGGTCTTGTTCCGCATGTAACGTTGTTTACGCCGGATTATCG
TCGTGTGGCGCCTATCAATTTTTTTGAGTCGTTGAAGTTGTCGTTGAAGTGGAATGGTTTGTCGACGCTGGAGTTGGTGGTGTCGGGTGATCATTCTAGGCTTGACGGGTTGACTAAGCCGGGTGCACGGCTGGTTGTTGATTATGGTGGTGGCCAGATTTTTTCTGGGCCTGTGCGTCGGGTTCATGGTGT
GGGTCCGTGGCGTTCTTCGCGGGTGACTATCACGTGTGAGGATGATATCCGCCTGTTGTGGCGTATGCTGATGTGGCCTGTGAATTATCGTCCTGGTATGGTTGGTATGGAGTGGCGTGCCGACAGGGATTATGCCCACTATTCGGGTGCGGCTGAGTCGGTGGCTAAGCAGGTGTTGGGGGATAATGCTTG
GCGTTTTCCGCCTGGTTTGTTTATGACCGATGATGAGCGTCGTGGACGCTATATTAAGGATTTTCAGGTGCGGTTCCACTTGTTTGCAGACAAGTTGTTGCCGGTGTTGTCGTGGGCTCGGATGACTGTCACGGTGAACCAGTTTGAGGATGCGAAGTTTGATCAGCGTGGTTTGGTGTTTGATTGTGTGCC
GGCTGTGACGCGTAAGCATGTGTTGACTGCCGAGTCTGGTTCGATTGTGTCGTGGGAGTATGTGAGGGATGCCCCTAAGGCGACATCTGTGGTGGTTGGTGGCCGCGGCGAGGGTAAGGATCGGCTGTTTTGTGAGGATGTTGATTCGATGGCCGAGGGGGACTGGTTTGATCGTGTCGAGGTGTTTAAGGA
TGCCCGTAACACGGATTCTGAGCGCGTGTCTCTTGTTGAGGAGGCTGAGCAGGTGTTGTCAGAGTCGGGGGCCACGTCGGGGTTTAAGATTGAGTTGGCTGAGTCGGATGTGTTGCGGTTTGGGCCGGGCAATCTGATGCCGGGTGATCTTATCTATGTGGATGTGGGTTCTGGCCCTATTGCGGAGATTGT
TCGGCAGATTGATGTGGAGTGTGATTCGCCTGGTGATGGTTGGACGAAGGTGACACCGGTTGCTGGGGATTATGAGGATAATCCGTCGGCCCTGTTGGCTCGCCGTGTGGCTGGTTTGGCTGCGGGTGTTCGGGATTTGCAAAAGTTTTAGTAAGTGATTGGGGTTTGTTGTGGGTATTGTGTGTAAAGGGT
TTGATGGTGTGTTGACCGAGTATGATTGGGCTCAAATGTCTGGTCTGATGGGTAATATGCCGTCTGTGAAGGGCCCGGACGATTTTCGTGTGGGCACTACGGTTCAGGGTGCCACAGTGTTGTGTGAGGTTTTGCCGGGGCAGGCTTGGGCTCACGGGGTGATGTGCACGTCGAATAGTGTTGAGACGGTAA
CGGGCCAGCTTCCGGGCCCTGGTGAGACCCGATACGACTATGTGGTGTTGTCTCGGGATTGGGAGCAGAACACAGCCAAGTTGGAGATTGTTCCTGGGGGGCGTGCGGAGCGTGCCTGTGACGTGTTGCGTGCCGAGCCTGGCGTGTACCATCAGCAGCTGTTGGCTACTTTGGTGGTGTCGTCTAACGGGT
TGCAGCAGCAGCTGGATAGGCGTGCTATAGCGGCCAGGGTGGCGTTTGGCGAGTCTGCGGCTTGTGATCCTACCCCTGTGGAGGGTGACCGCGTGATGGTTCCTTCGGGGGCTGTGTGGGCTAATCATGCTAACGAGTGGATGTTGTTGTCTCCGCGGATCGAGACGGGTTCGAAGTCGATCATGTTTGGCG
GGTCTGCTGTGTATGCTTACACGATCCCGTTTGAGCGGCCGTTTGGTAGTGCGCCTGTTGTGGTGGCGTCTATGGCTACGGCGGCTGGGGGCACGCAGCAGATTGATGTGAAAGCCTACAATGTGACTGCCAAGGATTTTGGTTTGGCGTTTATCACGAATGACGGGTCTAAACCGAATGGTGTGCCTGCGG
TGGCTGATTGGATTGCTGTCGGCGTGTAATGCGCGGCTTGTGTATATGTGACGTGTTGTGGTGGTTGTAGTGGTAGGGGGCTGTAGTGTCATGGCTTACACCTACACTCGTGGCCTCTCTTTGTACCGCTATCGCTACTGTTCTTGGTTCGATTCAGGCGGTTACGTACAGGTCGAAGAAGAGGCTTAGGCA
GTTGTCTGCGCAGGTTGATGCGATGGAAGAATACACATGGAATATTCGCCATATTGTTCATCGCTATAACGCGAATTTGCCTGAGAATGTTGAGCCGGTGAAGATGCCTGATTTGCCTGAGTTTTTGAAGGATACTGTTGATGGTGGTGGGGGGTGAATTGTGAGGGAGTTGGAGGAAGAGAAGCGGCAGCG
CCGCTCGTTTGAGAAGGCTTCCCTGATATTGTTGTTCCTGTCGCTTGTGCTGTTGGTGGCGATGGCTGGGGGTGCTTTGCGGTATGGTTCTGTGGCTTCGCAAAGGGATTCGGAGCAGGCTAAAGCCCAGTCGAATGGTACAGCCGCTAAAGGGTTGGCTGCCCGTGTGCGGCAGGCGTGCGCTTCGGGTGG
GCAGGAGTCGGTGCGTCTTCACCGGTCTGGCTTGTGTGTGGATGCTCAGCGTGTTGAGCTTAGCGTGCAGGGTGTGCCGGGTCCTGCCGGTGTGCGTGGCCCGCAAGGGCCGCAGGGCCCGGCTGGTGTTGATGGTTCGTCGGGTGTTGTGGGGCCTGTTGGTCCTCAGGGTTCCCCGGGTTTGAATGGTGT
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What do we want to
know about this
sequence?
-where are the genes?
- what do they do?
- how is this virus
related to other viruses?
How do we study DNA
sequences?
-Bioinformaticscomputational tools for
analysis of biological
sequence information
(DNA/RNA/Protein)
Cluster A genome organizations
Lysis
Packaging
Head
Tail
Replication
Integration
Repressor
LRRHood Genome Sequence
• Double stranded circular genome of 154,349 bp.
• Member of group C1, highly similar to Cali.
• Identified 221 potential protein coding genes
• Encodes a transcription repressor protein that is
not found in any other group C phage
Kim Davis, in the redwood forest
where she isolated LRRHood
(Little Red Riding Hood)
• Also found:
• 32 tRNA genes
• 1 tmRNA
•1 tRNA
temperate phage form lysogens
Formation of stable lysogens depends on transcriptional
repressor proteins that bind to and turn off
transcription of almost all of the phage genes
temperate phage form lysogens
Formation of stable lysogens depends on transcriptional
repressor proteins that bind to and turn off
transcription of almost all of the phage genes
LRRHood does not form lysogens
The LRRHood genome does not have DNA binding sites
for the repressor
Why does LRRHood have a repressor?
The UCSC Genome Browser
genes
conservation
homology
with group C1
phages
John Paul Donohue
The UCSC Genome Browser
genes
conservation
homology
with group C1
phages
insertions
John Paul Donohue
LRRHood has acquired a transcriptional
repressor via a novel sequence insertion
LRRHood has acquired a transcriptional
repressor via a novel sequence insertion
= 29 bp sequence flanking insertion in
LRRHood and found at apparent insertion
site in group C1 phages (not to scale).
Does this repeat explain the
mechanism of the insertion?
LRRHood has acquired a transcriptional
repressor via a novel sequence insertion
LRRHood gp44:
• similar to transcriptional repressor protein found in grp A1, A2
phages and the group F1 phage fruitloop
• 169/170 amino acids are identical to Bxb1 gp69
• gp69 DNA binding site is not present in LRRHood genome
• does repressor provide a growth advantage to LRRHood in a
mixed infection?
Supressor tRNA?
• One tRNA with a CUA anticodon
• Thus, it appears to recognize
UAG stop codons
• Homology to other bacterial
tRNAs suggest it may charged
with tryptophan
• 36 LRRHood genes end in UAG,
and in several cases, readthrough
of a UAG stop codon would join
two annotated ORFs
Integration of phage Ogopogo in M. smeg. Disrupts tRNALys
Integration of phage Ogopogo in M. smeg. Disrupts tRNALys
• Do the insertions of Trouble or Ogopogo in
lysogens preserve the function of groEL and
tRNALys? If they do, do the altered genes
have exactly the same function or altered
functions?