VAD ÄR DEN LYSOGENA CYKELN? - BIOLOGI - 2025

Den lysogena cykeln , även kallad lysogeni, är ett steg i reproduktionsprocessen för vissa virus, främst de som infekterar bakterier. I denna cykel sätter viruset in sin nukleinsyra i värdbakteriens genom.

Denna cykel bildar, tillsammans med den lytiska cykeln, de två huvudreplikationsmekanismerna för virus. När bakteriofagen, under den lysogena cykeln, sätter in sitt DNA i bakteriegenomet, blir det en profage.

Zlir'a. Spansk version av Alejandro Porto, via Wikimedia Commons

Bakterier som infekterats med denna profage fortsätter att leva och reproducera sig. När bakteriell reproduktion inträffar erhålls också en kopia av profeten. Detta resulterar i att varje dotterbakteriecell också infekteras av profeten.

Reproduktionen av de infekterade bakterierna, och därför dess värdprofet, kan fortsätta under flera generationer utan att någon manifestation av viruset inträffar.

Ibland, spontant, eller under miljöbelastning, separerar virusets DNA från bakterien. När separationen av bakteriegenomen sker initierar viruset den lytiska cykeln.

Detta reproduktionssteg av viruset kommer att orsaka brott i bakteriecellen (lys) som tillåter frisättning av nya kopior av viruset. Eukaryota celler är också mottagliga för att attackeras av lysogena virus. Det är emellertid ännu inte känt hur införandet av viralt DNA i genomet i den eukaryota cellen inträffar.

Bakteriofagvirus som injicerar genomet i bakterier. Hämtad och redigerad från: Thomas Splettstoesser. (Översatt till spanska av Alejandro Porto), via Wikimedia Commons.

Bakteriofagen

Virus som endast infekterar bakterier kallas bakteriofager. De är också kända som fager. Storleken på denna typ av virus är ganska varierande, med ett storleksintervall som kan vara mellan 20 och 200 nm ungefär.

Bakteriofager är allestädes närvarande och kan växa i praktiskt taget alla miljöer där bakterier finns. Det har till exempel uppskattats att något mindre än tre fjärdedelar av de bakterier som lever i havet är smittade av fager.

Cykel av viral infektion

Viral infektion börjar med fagadsorption. Fagadsorption sker i två steg. I den första, känd som reversibel, är interaktionen mellan viruset och dess potentiella värd svag.

Varje förändring av miljöförhållandena kan orsaka upphörandet av denna interaktion. I den irreversibla interaktionen är å andra sidan specifika receptorer involverade som förhindrar interaktionens avbrott.

DNA: s virus kan komma in i bakteriens inre endast när den irreversibla interaktionen inträffar. Därefter, och beroende på typ av fag, kan dessa utföra olika reproduktionscykler.

Förutom de redan beskrivna lytiska och lysogena cyklerna finns det två andra reproduktionscykler, den kontinuerliga utvecklingscykeln och den pseudolysogena cykeln.

Lytisk cykel

Under detta skede sker replikering av viruset i bakterierna snabbt. I slutändan kommer bakterierna att genomgå en lysering av dess cellvägg och de nya virusen kommer att släppas ut i miljön.

Var och en av dessa nyutgivna fager kan attackera en ny bakterie. En successiv upprepning av denna process gör att infektionen växer exponentiellt. Bakteriofager som deltar i den lytiska cykeln kallas virulenta fager.

Lysogen cykel

I denna cykel förekommer inte lysering av värdcellen, precis som i den lytiska cykeln. Efter adsorptions- och penetrationsstadierna fortsätter steget för integration av fag-DNA: n till det hos bakteriecellen att bli en profet.

Fagreplikation kommer att ske samtidigt med bakteriell reproduktion. Profeten integrerad i bakteriens genom kommer att ärvas av dotterbakterierna. Viruset kan fortsätta utan att manifestera sig i flera bakteriella generationer.

Denna process är vanligt när antalet bakteriofager är högt jämfört med antalet bakterier. Virus som utför den lysogena cykeln är inte virulenta och kallas tempererade.

Så småningom kan profeterna separeras från bakteriegenomet och omvandlas till lytiska fager. Den senare går in i den litogena cykeln som leder till bakterielys och infektion av nya bakterier.

Lytisk och lysogen cykel. Hämtad och redigerad från: Suly12, från Wikimedia Commons

Kontinuerlig utvecklingscykel

Vissa bakteriofager utför många replikationer inuti bakterier. I detta fall, i motsats till vad som inträffar under den lysogena cykeln, orsakar det inte bakteriell lys.

Nyligen replikerade virus frisätts från bakterier av specifika platser på cellmembranet utan att orsaka brott. Denna cykel kallas kontinuerlig utveckling.

Pseudolysogen cykel

Ibland är tillgången på näringsämnen i mediet dålig för att bakterierna ska växa och reproducera normalt. I dessa fall tros det att den tillgängliga cellulära energin inte är tillräcklig för att fagerna kan producera lysogenes eller lys.

På grund av detta går virusen in i en pseudolysogen cykel. Men denna cykel är fortfarande lite känd.

Lysogen omvandling

Så småningom, som en produkt av interaktionen mellan profagen och bakterien, kan den förra inducera utseendet på förändringar i bakteriens fenotyp.

Detta inträffar främst när värdbakterierna inte ingår i virusets normala cykel. Detta fenomen kallas lysogen omvandling.

Förändringarna som induceras i bakterien av DNA från profagen ökar värdens biologiska framgång. Genom att öka bakteriens biologiska kapacitet och överlevnadssucces gynnas viruset också.

Denna typ av fördelaktigt förhållande för båda deltagarna kan klassificeras som en typ av symbios. Det måste dock komma ihåg att virus inte betraktas som levande varelser.

Den huvudsakliga fördelen som erhålls av lysogent transformerade bakterier är dess skydd mot attack av andra bakteriofager. Lysogen omvandling kan också öka patogeniteten hos bakterierna i deras värdar.

Till och med en icke-patogen bakterie kan bli patogen genom lysogen omvandling. Denna förändring i genomet är permanent och ärftlig.

Phagotherapy

Fagterapi är en terapi som består av applicering av fager som en kontrollmekanism för att förhindra spridning av patogena bakterier. Denna metod för bakteriekontroll användes för första gången 1919.

Vid det tillfället användes det för att behandla en patient som lider av dysenteri, vilket fick ett helt gynnsamt resultat. Fagterapi användes framgångsrikt under början av förra seklet.

Med upptäckten av penicillin, såväl som andra antibiotiska ämnen, övergavs fasterapi praktiskt i Västeuropa och på den amerikanska kontinenten.

Den kritiska användningen av antibiotika möjliggjorde uppkomsten av bakteriestammar som var flera resistenta mot antibiotika. Dessa bakterier blir mer frekventa och mer resistenta.

På grund av detta finns det ett nytt intresse i den västra världen för utvecklingen av fagterapi för kontroll av kontaminering och bakterieinfektioner.

Fördelar med fagterapi

1) Fagtillväxt sker exponentiellt, ökar deras verkan över tid, antibiotika, tvärtom, förlorar sin effekt över tid på grund av metabolisk förstörelse av molekylen.

2) Fager har förmågan att genomgå mutationer, detta gör att de kan bekämpa resistensen som bakterier kan utveckla för deras attack. Å andra sidan har antibiotika alltid samma aktiva princip, så när bakterier utvecklar resistens mot sådana aktiva principer är antibiotika värdelösa

3) Fagterapi har inte biverkningar som kan vara skadliga för patienter.

4) Utvecklingen av en ny fasstam är en mycket snabbare och billigare procedur än upptäckten och utvecklingen av ett nytt antibiotikum.

5) Antibiotika påverkar inte bara patogena bakterier, utan också andra potentiellt fördelaktiga. Fager, å andra sidan, kan vara artsspecifika, så behandlingen mot bakterierna som är ansvarig för infektionen kan begränsas utan att påverka andra mikroorganismer.

6) Antibiotika dödar inte alla bakterier, därför kan de överlevande bakterierna överföra den genetiska informationen som ger resistens mot antibiotika till deras avkommor och därmed skapa resistenta stammar. Lysogenetiska bakteriofager dödar de bakterier de infekterar, vilket minskar risken för utveckling av resistenta bakteriestammar.

referenser

1. L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Betydelsen av profeter för evolution och virulens av bakteriella patogener. Virulens.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Fagterapi i klinisk praxis: Behandling av mänskliga infektioner. Aktuell farmaceutisk bioteknik.
3. Lysogen cykel. På Wikipedia. Återställs från en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Bidrag av lysogeni, pseudolysogeni och svält till fagekologi. I: Stephen T Abedon (eds) Bakteriofagekologi: befolkningstillväxt, evolution och påverkan av bakterievirus. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Fagterapi, alternativ för kontroll av bakteriella infektioner. Utsikterna i Colombia. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fagterapi: Fakta och fiktion. International Journal of Medical Microbiology.