КАКЪВ Е ЛИЗОГЕННИЯТ ЦИКЪЛ? - БИОЛОГИЯ - 2025

В лизогенно цикъл, наричан още lysogeny, е етап от процеса на възпроизвеждане на някои вируси, най-вече тези, които заразяват бактерии. В този цикъл вирусът вкарва нуклеиновата си киселина в генома на бактерията гостоприемник.

Този цикъл образува заедно с литичния цикъл двата основни репликационни механизма на вирусите. Когато бактериофагът по време на лизогенния цикъл вмъкне своята ДНК в бактериалния геном, той се превръща в профаг.

Zlir'a. Испанска версия от Алехандро Порто, чрез Wikimedia Commons

Бактериите, заразени с този профаг, продължават да живеят и да се размножават. Когато настъпи бактериална репродукция, се получава и реплика на профага. Това води до това, че всяка бактериална клетка-дъщеря също се заразява от профага.

Възпроизвеждането на заразената бактерия, и следователно на нейния гостоприемник, може да продължи няколко поколения, без да се проявява вируса.

Понякога, спонтанно или в условия на стрес от околната среда, ДНК на вируса се отделя от бактериалния. Когато се случи отделянето на бактериалния геном, вирусът инициира литичния цикъл.

Този репродуктивен стадий на вируса ще предизвика разкъсване на бактериалната клетка (лизис), което ще позволи освобождаването на нови копия на вируса. Еукариотичните клетки също са податливи на атака от лизогенни вируси. Все още обаче не е известно как става вкарването на вирусна ДНК в генома на еукариотната клетка.

Бактериофагичният вирус инжектира генома си в бактерии. Взето и редактирано от: Thomas Splettstoesser. (Преведено на испански от Алехандро Порто), чрез Wikimedia Commons.

Бактериофагът

Вирусите, които заразяват само бактерии, се наричат ​​бактериофаги. Известни са също като фаги. Размерът на този тип вирус е доста променлив, с диапазон на размера, който може да бъде приблизително между 20 и 200 nm.

Бактериофагите са повсеместни и могат да растат практически във всяка среда, където се намират бактерии. Изчислено е например, че малко по-малко от три четвърти от бактериите, които живеят в морето, са заразени от фаги.

Цикъл на вирусна инфекция

Вирусната инфекция започва с фагова адсорбция. Фаговата адсорбция протича на два етапа. В първия, известен като обратим, взаимодействието между вируса и неговия потенциален гостоприемник е слабо.

Всяка промяна в условията на околната среда може да доведе до прекратяване на това взаимодействие. В необратимото взаимодействие, от друга страна, участват специфични рецептори, които предотвратяват прекъсването на взаимодействието.

ДНК на вируса може да навлезе във вътрешността на бактерията само когато настъпи необратимото взаимодействие. Впоследствие и в зависимост от вида на фага, те могат да извършват различни репродуктивни цикли.

В допълнение към вече описаните литични и лизогенни цикли, има още два репродуктивни цикъла, цикъл на непрекъснато развитие и псевдолизогенен цикъл.

Литичен цикъл

По време на този етап репликацията на вируса в бактерията става бързо. В крайна сметка бактериите ще претърпят лизис на нейната клетъчна стена и новите вируси ще бъдат пуснати в околната среда.

Всеки от тези новоотпуснати фаги може да атакува нова бактерия. Последователното повторение на този процес позволява инфекцията да расте експоненциално. Бактериофагите, които участват в литичния цикъл, се наричат ​​вирулентни фаги.

Лизогенен цикъл

В този цикъл лизис на клетката гостоприемник не се случва, както в литичния цикъл. След етапите на адсорбция и проникване етапът на интегриране на фаговата ДНК към този на бактериалната клетка продължава, за да се превърне в профаг.

Репликацията на фаги ще се случи едновременно с бактериалната репродукция. Интегрираният в бактериалния геном профаг ще се наследи от дъщерните бактерии. Вирусът може да продължи, без да се проявява в продължение на няколко бактериални поколения.

Този процес е често срещан, когато броят на бактериофагите е голям в сравнение с броя на бактериите. Вирусите, които извършват лизогенния цикъл, не са вирулентни и се наричат ​​умерени.

В крайна сметка профагите могат да бъдат отделени от бактериалния геном и трансформирани в литични фаги. Последните влизат в литогенен цикъл, което води до бактериален лизис и инфекция на нови бактерии.

Литичен и лизогенен цикъл. Взето и редактирано от: Suly12, от Wikimedia Commons

Непрекъснат цикъл на развитие

Някои бактериофаги извършват множество репликации вътре в бактериите. В този случай, противно на случващото се по време на лизогенния цикъл, той не причинява бактериален лизис.

Новоразпространените вируси се освобождават от бактериите от специфични места на клетъчната мембрана, без да причиняват тяхното разрушаване. Този цикъл се нарича непрекъснато развитие.

Псевдолизогенен цикъл

Понякога наличието на хранителни вещества в средата е лошо за бактериите да растат и да се размножават нормално. В тези случаи се смята, че наличната клетъчна енергия не е достатъчна за фаговете да произвеждат лизогенеза или лизис.

Поради това вирусите след това влизат в псевдолизогенен цикъл. Този цикъл обаче все още е малко известен.

Лизогенна конверсия

В крайна сметка като продукт на взаимодействието между профага и бактерията, първият може да предизвика появата на промени във фенотипа на бактерията.

Това се случва главно, когато гостоприемните бактерии не са част от нормалния цикъл на вируса. Това явление се нарича лизогенна конверсия.

Промените, индуцирани в бактерията от ДНК на профага, увеличават биологичния успех на гостоприемника. С увеличаването на биологичния капацитет и успеха на оцеляването на бактериите вирусът също има полза.

Този вид благоприятна връзка и за двамата участници би могъл да бъде класифициран като вид симбиоза. Трябва обаче да се помни, че вирусите не се считат за живи същества.

Основната полза, получена от лизогенно трансформираните бактерии, е нейната защита срещу атака от други бактериофаги. Лизогенната конверсия също може да увеличи патогенността на бактериите в техните домакини.

Дори непатогенната бактерия може да стане патогенна чрез лизогенна конверсия. Тази промяна в генома е постоянна и наследствена.

Phagotherapy

Фаготерапията е терапия, която се състои в прилагането на фаги като контролен механизъм за предотвратяване на разпространението на патогенни бактерии. Тази методология за контрол на бактериите е използвана за първи път през 1919г.

По този повод той се използва за лечение на пациент, страдащ от дизентерия, получавайки напълно благоприятен резултат. Фаготерапията се използва успешно през началото на миналия век.

С откриването на пеницилин, както и на други антибиотични вещества, фаговата терапия на практика е изоставена в Западна Европа и на американския континент.

Безразборната употреба на антибиотици, позволи появата на бактериални щамове, много устойчиви на антибиотици. Тези бактерии стават все по-чести и по-устойчиви.

Поради това в западния свят има нов интерес към развитието на фагова терапия за контрол на замърсяването и бактериалните инфекции.

Предимства на фаговата терапия

1) Растежът на фагите се проявява експоненциално, увеличавайки действието им във времето, антибиотиците, напротив, губят ефекта си с течение на времето поради метаболитното разрушаване на молекулата.

2) Фагите имат способността да претърпят мутации, това им позволява да се борят с устойчивостта, която бактериите биха могли да развият при атаката си. От друга страна, антибиотиците винаги имат същия активен принцип, така че когато бактериите развиват резистентност към такива активни принципи, антибиотиците са безполезни

3) Фаготерапията няма странични ефекти, които могат да бъдат вредни за пациентите.

4) Разработването на нов щам на фаги е много по-бърза и по-евтина процедура от откриването и разработването на нов антибиотик.

5) Антибиотиците засягат не само патогенните бактерии, но и други потенциално полезни. Фагите, от друга страна, могат да бъдат специфични за видовете, така че лечението срещу бактериите, отговорни за инфекцията, може да бъде ограничено, без да се засягат други микроорганизми.

6) Антибиотиците не убиват всички бактерии, следователно оцелелите бактерии могат да предават генетичната информация, която придава резистентност на антибиотика на тяхното потомство, като по този начин създава резистентни щамове. Лизогенетичните бактериофаги убиват бактериите, които заразяват, намалявайки възможността за развитие на резистентни бактериални щамове.

Препратки

1. L.-C. Фортие, О. Секулович (2013). Значение на профагите за еволюцията и вирулентността на бактериалните патогени. Вирулентност.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Фаготерапия в клиничната практика: Лечение на човешки инфекции. Текуща фармацевтична биотехнология.
3. Лизогенен цикъл. В Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.
4. Р. Милър, М. Ден (2008). Принос на лизогенията, псевдолизогенията и гладуването към фаговата екология. В: Stephen T Abedon (eds) Бактериофаговата екология: растеж на популацията, еволюция и въздействие на бактериални вируси. University Press, Кеймбридж.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Фаготерапия, алтернатива за борба с бактериалните инфекции. Перспективи в Колумбия. Universitas Scientiarum.
6. М. Скурник, Е. Страуч (2006). Фаготерапия: факти и измислици. Международен журнал по медицинска микробиология.