MIKÄ ON LYSOGEENINEN SYKLI? - BIOLOGIA - 2025

Lysogeenisiä sykli, jota kutsutaan myös lysogenian, on vaihe jäljennökseen joidenkin virusten, erityisesti ne, jotka infektoivat bakteerit. Tässä jaksossa virus insertoi nukleiinihapponsa isäntäbakteerien genomiin.

Tämä sykli muodostaa yhdessä lyyttisen syklin kanssa virusten kaksi pääreplikaatiomekanismia. Kun bakteriofagi lisää lysogeenisen syklin aikana DNA: nsa bakteerin genomiin, siitä tulee profaagi.

Zlir'a. Espanjankielisen version on kirjoittanut Alejandro Porto Wikimedia Commonsin kautta

Tällä profaagilla infektoituneet bakteerit elävät ja lisääntyvät edelleen. Kun bakteerien lisääntyminen tapahtuu, saadaan myös jäljennös profaagista. Tämä johtaa siihen, että jokainen tytärbakteerisolu tarttuu myös prophagen avulla.

Tartunnan saaneiden bakteerien ja siten sen isäntäprofaan lisääntyminen voi jatkua useita sukupolvia ilman, että viruksella ilmenee mitään ilmenemismuotoja.

Joskus viruksen DNA erottuu spontaanisti tai ympäristöstressin olosuhteissa bakteerista. Kun bakteerigenomin erottuminen tapahtuu, virus aloittaa lyyttisen syklin.

Tämä viruksen lisääntymisvaihe aiheuttaa bakteerisolun repeämisen (hajoaminen), joka mahdollistaa uusien viruksen kopioiden vapautumisen. Eukaryoottisolut ovat myös alttiita lysogeenisten virusten hyökkäyksille. Vielä ei kuitenkaan ole tiedossa, miten virus-DNA: n insertio eukaryoottisolun genomiin tapahtuu.

Bakteriofagivirus injektoi genominsa bakteereihin. Kuvannut ja toimittanut: Thomas Splettstoesser. (Alejandro Porto on kääntänyt espanjaksi) Wikimedia Commonsin kautta.

Bakteriofagi

Viruksia, jotka tartuttavat vain bakteereita, kutsutaan bakteriofaagiksi. Ne tunnetaan myös nimellä faagit. Tämän tyyppisen viruksen koko on melko vaihteleva, kokoalueella, joka voi olla noin 20-200 nm.

Bakteriofaagit ovat kaikkialla, ja ne voivat kasvaa käytännössä missä tahansa ympäristössä, jossa bakteereja löytyy. On esimerkiksi arvioitu, että hieman alle kolme neljäsosaa meressä elävistä bakteereista tarttuu fageilla.

Virustartunnan sykli

Virusinfektio alkaa faagien adsorptiolla. Faagi-adsorptio tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä, joka tunnetaan palautuvana, viruksen ja sen potentiaalisen isännän välinen vuorovaikutus on heikko.

Muutokset ympäristöolosuhteissa voivat aiheuttaa tämän vuorovaikutuksen lopettamisen. Peruuttamattomassa vuorovaikutuksessa toisaalta on mukana spesifisiä reseptoreita, jotka estävät vuorovaikutuksen keskeytymisen.

Viruksen DNA voi päästä bakteerin sisälle vain, kun tapahtuu palautumaton vuorovaikutus. Myöhemmin ja faagin tyypistä riippuen nämä voivat suorittaa erilaisia ​​lisääntymisjaksoja.

Jo kuvattujen lyyttisten ja lysogeenisten syklien lisäksi on olemassa kaksi muuta lisääntymisjaksoa, jatkuva kehityssykli ja pseudolysogeeninen sykli.

Lyyttinen sykli

Tämän vaiheen aikana viruksen replikaatio bakteereissa tapahtuu nopeasti. Lopulta bakteerit läpäisevät soluseinämänsä ja uudet virukset vapautuvat ympäristöön.

Jokainen näistä äskettäin vapautetuista fageista voi hyökätä uuteen bakteeriin. Tämän prosessin toistuva toistaminen antaa infektion kasvaa eksponentiaalisesti. Lyyttiseen sykliin osallistuvia bakteriofageja kutsutaan virulenteikiksi faageiksi.

Lysogeeninen sykli

Tässä jaksossa isäntäsolun hajoamista ei tapahdu, kuten se tapahtuu hajotusjaksossa. Adsorptio- ja tunkeutumisvaiheiden jälkeen faagi-DNA: n integroitumisaste bakteerisolun omaan jatkuu profaagiksi.

Faagin replikaatio tapahtuu samanaikaisesti bakteerien lisääntymisen kanssa. Tytärbakteerit perivät bakteerigenomiin integroituneen profaasin. Virus voi jatkua ilmenemättä monien bakteerien sukupolvien ajan.

Tämä prosessi on yleinen, kun bakteriofaagien lukumäärä on suuri verrattuna bakteerien määrään. Lysogeenisen syklin suorittavat virukset eivät ole virulensseja, ja niitä kutsutaan kohtalaisiksi.

Lopulta profaagit voidaan erottaa bakteerigenomista ja muuntaa lyyttisiksi faagiksi. Viimeksi mainitut siirtyvät litogeeniseen kiertoon, joka johtaa bakteerien hajoamiseen ja uusien bakteerien infektioon.

Lyyttinen ja lysogeeninen sykli. Kuvannut ja muokannut: Suly12, Wikimedia Commonsista

Jatkuva kehityssykli

Jotkut bakteriofaagit suorittavat lukuisia replikaatioita bakteerien sisällä. Tässä tapauksessa, toisin kuin lysogeenisen syklin aikana tapahtuu, se ei aiheuta bakteerien hajoamista.

Vasta replikoidut virukset vapautuvat bakteereista solumembraanin tietyissä paikoissa aiheuttamatta niiden repeämää. Tätä sykliä kutsutaan jatkuvaksi kehitykseksi.

Pseudolysogeeninen sykli

Joskus ravintoaineiden saatavuus väliaineessa on heikkoa, jotta bakteerit kasvavat ja lisääntyvät normaalisti. Näissä tapauksissa uskotaan, että käytettävissä oleva soluenergia ei ole riittävä faagien tuottamiseksi lysogeneesissä tai hajotuksessa.

Tämän vuoksi virukset siirtyvät sitten pseudolysogeeniseen sykliin. Tämä sykli on kuitenkin vielä vähän tunnettu.

Lysogeeninen muuntaminen

Loppujen lopuksi bakteereiden profaagin ja bakteerin välisen vuorovaikutuksen tuotteena voidaan saada aikaan muutoksia bakteerin fenotyypissä.

Tämä tapahtuu pääasiassa, kun isäntäbakteerit eivät ole osa viruksen normaalia sykliä. Tätä ilmiötä kutsutaan lysogeeniseksi konversioksi.

Profeasin DNA: n indusoimat bakteerit lisäävät isännän biologista menestystä. Lisäämällä bakteerien biologista kapasiteettia ja menestymismenestystä virus hyötyy myös.

Tämän tyyppinen hyödyllinen suhde molemmille osallistujille voitaisiin luokitella eräänlaiseksi symbioosiksi. On kuitenkin muistettava, että viruksia ei pidetä elävinä olentoina.

Lysogeenisesti muunnettujen bakteerien pääasiallinen hyöty on sen suojaaminen muiden bakteriofaagien hyökkäyksiltä. Lysogeeninen konversio voi myös lisätä bakteerien patogeenisyyttä isännäissään.

Jopa ei-patogeeninen bakteeri voi tulla patogeeniseksi lysogeenisen konversion avulla. Tämä genomimuutos on pysyvä ja periytyvä.

Phagotherapy

Faagiterapia on terapia, joka koostuu faagien käytöstä kontrollimekanismina patogeenisten bakteerien leviämisen estämiseksi. Tätä bakteerien torjuntamenetelmää käytettiin ensimmäistä kertaa vuonna 1919.

Tuolloin sitä käytettiin dsenenterista kärsivän potilaan hoitoon, jolloin saatiin täysin suotuisa tulos. Faagiterapiaa käytettiin menestyksekkäästi viime vuosisadan alussa.

Penisilliinin ja muiden antibioottisten aineiden löytämisen myötä faagihoidosta luovuttiin käytännössä Länsi-Euroopassa ja Amerikan mantereella.

Antibioottien valinnainen käyttö on mahdollistanut bakteerikantojen esiintymisen, jotka ovat multiresistenttejä antibiooteille. Nämä bakteerit ovat yleistymässä ja kestävämpiä.

Tämän vuoksi länsimaissa on uusi kiinnostus kontakti- ja bakteeri-infektioiden torjuntaa varten tarkoitetun faagiterapian kehittämiseen.

Faagihoidon edut

1) Faagien kasvu tapahtuu eksponentiaalisesti lisäämällä niiden vaikutusta ajan myötä, antibiootit, päinvastoin, menettävät vaikutuksensa ajan myötä johtuen molekyylin metabolisesta tuhoutumisesta.

2) Faageilla on kyky käydä läpi mutaatioita, tämä antaa heille mahdollisuuden torjua resistenssiä, jota bakteerit voivat kehittää hyökkäykseen. Toisaalta, antibiooteilla on aina sama vaikuttava aine, joten kun bakteerit kehittävät vastustuskykyä tällaisille aktiivisille aineille, antibiootit ovat hyödytöntä

3) Faagihoidolla ei ole sivuvaikutuksia, jotka voivat olla haitallisia potilaille.

4) Uuden faagikannan kehittäminen on paljon nopeampi ja halvempi menetelmä kuin uuden antibiootin löytäminen ja kehittäminen.

5) Antibiootit eivät vaikuta vain patogeenisiin bakteereihin, vaan myös muihin mahdollisesti hyödyllisiin bakteereihin. Faagit voivat sitä vastoin olla lajaspesifisiä, joten infektiosta vastuussa olevia bakteereita koskevaa hoitoa voidaan rajoittaa vaikuttamatta muihin mikro-organismeihin.

6) Antibiootit eivät tappaa kaikkia bakteereja, joten eloonjääneet bakteerit voivat välittää perintöaineistoa, joka antaa vastustuskyvyn antibiootille jälkeläisilleen, jolloin syntyy resistenttejä kantoja. Lysogeneettiset bakteriofaagit tappavat tartuttamansa bakteerit vähentäen resistenttien bakteerikantojen kehittymisen mahdollisuutta.

Viitteet

1. L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Profaasien merkitys bakteeripatogeenien evoluutiossa ja virulenssissa. Virulenssi.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Faagiterapia kliinisessä käytännössä: Ihmisen infektioiden hoito. Nykyinen farmaseuttinen bioteknologia.
3. Lysogeeninen sykli. Wikipediassa. Palautettu osoitteesta en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Lysogeny-, pseudolysogeny- ja nälkävaikutukset faagien ekologiaan. Julkaisussa: Stephen T Abedon (toim.) Bakteriofagiekologia: populaation kasvu, evoluutio ja bakteeriviirien vaikutukset. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Faagiterapia, vaihtoehto bakteeri-infektioiden torjumiseksi. Näkymät Kolumbiassa. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Faagiterapia: tosiasiat ja fiktio. Kansainvälinen lääketieteellisen mikrobiologian lehti.