JAKI JEST CYKL LIZOGENNY? - BIOLOGIA - 2026

Lizogenny obieg , nazywany również lysogeny jest etapem procesu reprodukcji niektórych wirusów, szczególnie tych, które infekują bakterie. W tym cyklu wirus wstawia swój kwas nukleinowy do genomu bakterii gospodarza.

Cykl ten, wraz z cyklem litycznym, tworzy dwa główne mechanizmy replikacji wirusów. Kiedy bakteriofag podczas cyklu lizogennego wstawia swoje DNA do genomu bakterii, staje się profagiem.

Zlir'a. Wersja hiszpańska autorstwa Alejandro Porto, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Bakterie zakażone tym profagiem nadal żyją i rozmnażają się. W przypadku rozmnażania się bakterii uzyskuje się również replikę profaga. Skutkuje to zakażeniem każdej potomnej komórki bakteryjnej przez proroka.

Rozmnażanie się zakażonej bakterii, a tym samym profaga jej gospodarza, może trwać przez kilka pokoleń bez żadnych przejawów wirusa.

Czasami, spontanicznie lub w warunkach stresu środowiskowego, DNA wirusa oddziela się od bakterii. Kiedy następuje oddzielenie genomu bakterii, wirus inicjuje cykl lityczny.

Ten etap reprodukcji wirusa spowoduje pęknięcie komórki bakteryjnej (lizę), umożliwiając uwolnienie nowych kopii wirusa. Komórki eukariotyczne są również podatne na atak wirusów lizogennych. Jednak nie wiadomo jeszcze, w jaki sposób następuje insercja wirusowego DNA do genomu komórki eukariotycznej.

Wirus bakteriofaga wstrzykuje swój genom bakteriom. Zaczerpnięte i zredagowane przez: Thomas Splettstoesser. (Przetłumaczone na język hiszpański przez Alejandro Porto), za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Bakteriofag

Wirusy infekujące tylko bakterie nazywane są bakteriofagami. Są również znane jako fagi. Rozmiar tego typu wirusa jest dość zmienny i może wynosić około 20–200 nm.

Bakteriofagi są wszechobecne i mogą rosnąć praktycznie w każdym środowisku, w którym występują bakterie. Oszacowano na przykład, że nieco mniej niż trzy czwarte bakterii żyjących w morzu jest zakażonych przez fagi.

Cykl infekcji wirusowej

Infekcja wirusowa zaczyna się od adsorpcji fagów. Adsorpcja fagów przebiega dwuetapowo. W pierwszym, znanym jako odwracalne, interakcja między wirusem a jego potencjalnym gospodarzem jest słaba.

Każda zmiana warunków środowiskowych może spowodować ustanie tej interakcji. Z drugiej strony w nieodwracalnej interakcji zaangażowane są specyficzne receptory, które zapobiegają przerwaniu interakcji.

DNA wirusa może dostać się do wnętrza bakterii tylko w przypadku nieodwracalnej interakcji. Następnie, w zależności od typu faga, mogą one przeprowadzać różne cykle reprodukcyjne.

Oprócz opisanych już cykli litycznego i lizogennego istnieją dwa inne cykle reprodukcyjne, cykl ciągłego rozwoju i cykl pseudolizy.

Cykl lityczny

Na tym etapie replikacja wirusa w bakteriach następuje szybko. W końcu bakterie ulegną lizie ściany komórkowej, a nowe wirusy zostaną uwolnione do środowiska.

Każdy z tych nowo uwolnionych fagów może zaatakować nową bakterię. Sukcesywne powtarzanie tego procesu umożliwia wykładniczy wzrost infekcji. Bakteriofagi biorące udział w cyklu litycznym nazywane są zjadliwymi fagami.

Cykl lizogenny

W tym cyklu liza komórki gospodarza nie zachodzi, jak to ma miejsce w cyklu litycznym. Po etapach adsorpcji i penetracji, etap integracji DNA faga z DNA komórki bakteryjnej trwa nadal, stając się profagiem.

Replikacja fagów zachodzi jednocześnie z rozmnażaniem bakterii. Profag zintegrowany z genomem bakterii zostanie odziedziczony przez bakterię potomną. Wirus może istnieć bez manifestacji przez kilka pokoleń bakterii.

Ten proces jest powszechny, gdy liczba bakteriofagów jest duża w porównaniu z liczbą bakterii. Wirusy, które wykonują cykl lizogenny, nie są zjadliwe i nazywane są umiarkowanymi.

Ostatecznie profagi można oddzielić od genomu bakterii i przekształcić w fagi lityczne. Te ostatnie wchodzą w cykl litogenny, który prowadzi do lizy bakteryjnej i zakażenia nowymi bakteriami.

Cykl lityczny i lizogenny. Zrobione i zredagowane z: Suly12, z Wikimedia Commons

Ciągły cykl rozwoju

Niektóre bakteriofagi dokonują licznych replikacji wewnątrz bakterii. W tym przypadku, w przeciwieństwie do tego, co zachodzi podczas cyklu lizogennego, nie powoduje lizy bakteryjnej.

Nowo replikowane wirusy są uwalniane z bakterii w określonych miejscach na błonie komórkowej, nie powodując ich pękania. Ten cykl nazywa się ciągłym rozwojem.

Cykl pseudolizogenny

Czasami dostępność składników odżywczych w pożywce jest słaba, aby bakterie mogły normalnie rosnąć i rozmnażać się. W takich przypadkach uważa się, że dostępna energia komórkowa nie jest wystarczająca dla fagów do wytwarzania lizogenezy lub lizy.

Z tego powodu wirusy wchodzą następnie w cykl pseudolizogeniczny. Jednak ten cykl jest nadal mało znany.

Konwersja lizogeniczna

Ostatecznie, jako produkt interakcji między profagiem a bakterią, ta pierwsza może wywołać pojawienie się zmian w fenotypie bakterii.

Dzieje się tak głównie wtedy, gdy bakterie gospodarza nie biorą udziału w normalnym cyklu wirusa. Zjawisko to nazywa się konwersją lizogenną.

Zmiany indukowane w bakterii przez DNA profaga zwiększają biologiczny sukces gospodarza. Zwiększając biologiczną zdolność i szanse przetrwania bakterii, wirus również odnosi korzyści.

Ten typ korzystnych relacji dla obu uczestników można by zakwalifikować jako rodzaj symbiozy. Należy jednak pamiętać, że wirusy nie są uważane za żywe istoty.

Główną korzyścią uzyskaną przez bakterie transformowane lizogennie jest ich ochrona przed atakiem innych bakteriofagów. Konwersja lizogeniczna może również zwiększyć chorobotwórczość bakterii u ich żywicieli.

Nawet niepatogenna bakteria może stać się patogenna w wyniku konwersji lizogennej. Ta zmiana w genomie jest trwała i dziedziczna.

Fagoterapia

Terapia fagowa to terapia polegająca na zastosowaniu fagów jako mechanizmu kontrolnego zapobiegającego rozprzestrzenianiu się bakterii chorobotwórczych. Tę metodologię zwalczania bakterii zastosowano po raz pierwszy w 1919 roku.

Użyto go wtedy w leczeniu chorego na czerwonkę, uzyskując całkowicie korzystny efekt. Terapia fagowa była z powodzeniem stosowana na początku ubiegłego wieku.

Wraz z odkryciem penicyliny, a także innych antybiotyków, terapia fagowa została praktycznie porzucona w Europie Zachodniej i na kontynencie amerykańskim.

Masowe stosowanie antybiotyków pozwoliło na pojawienie się szczepów bakterii wieloopornych na antybiotyki. Bakterie te stają się coraz częstsze i bardziej odporne.

Z tego powodu w świecie zachodnim pojawiło się nowe zainteresowanie rozwojem terapii fagowej do zwalczania kontaminacji i infekcji bakteryjnych.

Zalety terapii fagowej

1) Wzrost fagów następuje wykładniczo, zwiększając ich działanie w czasie, przeciwnie, antybiotyki tracą swoje działanie w czasie z powodu metabolicznego zniszczenia cząsteczki.

2) Fagi mają zdolność ulegania mutacjom, co pozwala im zwalczać oporność, jaką bakterie mogą rozwinąć na ich atak. Z drugiej strony antybiotyki mają zawsze tę samą substancję czynną, więc gdy bakterie uodpornią się na takie substancje czynne, antybiotyki są bezużyteczne

3) Terapia fagowa nie ma skutków ubocznych, które mogą być szkodliwe dla pacjentów.

4) Opracowanie nowego szczepu faga jest procedurą znacznie szybszą i tańszą niż odkrycie i opracowanie nowego antybiotyku.

5) Antybiotyki oddziałują nie tylko na bakterie chorobotwórcze, ale także inne potencjalnie korzystne. Z drugiej strony, fagi mogą być specyficzne dla gatunku, więc leczenie przeciwko bakteriom odpowiedzialnym za infekcję można ograniczyć, bez wpływu na inne mikroorganizmy.

6) Antybiotyki nie zabijają wszystkich bakterii, dlatego bakterie, które przeżyły, mogą przekazywać informację genetyczną, która nadaje potomstwu oporność na antybiotyk, tworząc w ten sposób szczepy odporne. Bakteriofagi lizogenetyczne zabijają zakażone przez siebie bakterie, zmniejszając możliwość rozwoju opornych szczepów bakteryjnych.

Bibliografia

1. L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Znaczenie profagów dla ewolucji i zjadliwości patogenów bakteryjnych. Zjadliwość.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Terapia fagowa w praktyce klinicznej: Leczenie infekcji u ludzi. Aktualna biotechnologia farmaceutyczna.
3. Cykl lizogenny. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Wkład lizogenezy, pseudolizogenezy i głodu w ekologii fagów. W: Stephen T Abedon (red.) Bacteriophage ecology: wzrost populacji, ewolucja i wpływ wirusów bakteryjnych. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Terapia fagowa, alternatywa dla zwalczania infekcji bakteryjnych. Perspektywy w Kolumbii. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Terapia fagowa: fakty i fikcja. International Journal of Medical Microbiology.