ČO JE TO LYSOGÉNNY CYKLUS? - BIOLÓGIE - 2025

Lyzogenní cyklus , nazývaný tiež lyzogenie, je etapou v reprodukčnom procese niektorých vírusov, a to predovšetkým tie, ktoré infikujú baktérie. V tomto cykle vírus vkladá svoju nukleovú kyselinu do genómu hostiteľských baktérií.

Tento cyklus tvorí spolu s lytickým cyklom dva hlavné mechanizmy replikácie vírusov. Keď bakteriofág v priebehu lysogénneho cyklu vloží svoju DNA do bakteriálneho genómu, stane sa profágom.

Zlir'a. Španielska verzia Alejandra Porto, prostredníctvom Wikimedia Commons

Baktérie infikované týmto profilom naďalej žijú a rozmnožujú sa. Ak dôjde k množeniu baktérií, získa sa tiež replika profágu. To vedie k tomu, že každá dcérska bakteriálna bunka je tiež infikovaná proroctvom.

Reprodukcia infikovaných baktérií, a teda aj ich hostiteľských profágov, môže pokračovať niekoľko generácií bez výskytu vírusu.

Niekedy spontánne alebo v podmienkach environmentálneho stresu sa DNA vírusu oddelí od bakteriálneho. Keď dôjde k separácii bakteriálneho genómu, vírus iniciuje lytický cyklus.

Táto reprodukčná fáza vírusu spôsobí prasknutie bakteriálnej bunky (lýza), čo umožní uvoľnenie nových kópií vírusu. Eukaryotické bunky sú tiež citlivé na napadnutie lysogénnymi vírusmi. Zatiaľ však nie je známe, ako dochádza k inzercii vírusovej DNA do genómu eukaryotickej bunky.

Vírus bakteriofágu vstrekujúci svoj genóm do baktérií. Prevzaté a upravené: Thomas Splettstoesser. (Preložil do španielčiny Alejandro Porto) prostredníctvom Wikimedia Commons.

Bakteriofág

Vírusy, ktoré infikujú iba baktérie, sa nazývajú bakteriofágy. Sú známe aj ako fágy. Veľkosť tohto typu vírusu je pomerne premenlivá, s veľkosťou v rozmedzí približne 20 až 200 nm.

Bakteriofágy sú všadeprítomné a môžu rásť prakticky v akomkoľvek prostredí, v ktorom sa nachádzajú baktérie. Odhaduje sa napríklad, že o niečo menej ako tri štvrtiny baktérií, ktoré žijú v mori, je infikovaných fágmi.

Cyklus vírusovej infekcie

Vírusová infekcia začína adsorpciou fágu. Fágová adsorpcia nastáva v dvoch fázach. V prvom z nich, zvanom reverzibilná, je interakcia medzi vírusom a jeho potenciálnym hostiteľom slabá.

Akákoľvek zmena podmienok prostredia môže spôsobiť zastavenie tejto interakcie. Na druhej strane pri ireverzibilnej interakcii sú zahrnuté špecifické receptory, ktoré bránia prerušeniu interakcie.

DNA vírusu môže vstúpiť do vnútra baktérie iba vtedy, keď dôjde k ireverzibilnej interakcii. Následne a v závislosti od typu fágu môžu tieto vykonávať rôzne reprodukčné cykly.

Okrem už opísaných lytických a lysogénnych cyklov existujú ďalšie dva reprodukčné cykly, cyklus kontinuálneho vývoja a pseudolysogénny cyklus.

Lytický cyklus

Počas tejto fázy dochádza k rýchlej replikácii vírusu v baktériách. Nakoniec sa baktéria podrobí lýze svojej bunkovej steny a nové vírusy sa uvoľnia do životného prostredia.

Každý z týchto novo vydaných fágov môže napadnúť novú baktériu. Opakované opakovanie tohto procesu umožňuje exponenciálne rast infekcie. Bakteriofágy, ktoré sa zúčastňujú na lytickom cykle, sa nazývajú virulentné fágy.

Lysogénny cyklus

V tomto cykle nedochádza k lýze hostiteľskej bunky, ako v lytickom cykle. Po fázach adsorpcie a penetrácie pokračuje fáza integrácie fágovej DNA do fázy bakteriálnej bunky a stáva sa profágom.

Replikácia fágu bude prebiehať súčasne s bakteriálnou reprodukciou. Prorok integrovaný do bakteriálneho genómu bude zdedený dcérskou baktériou. Vírus môže pokračovať bez toho, aby sa prejavil niekoľko bakteriálnych generácií.

Tento proces je bežný, keď je počet bakteriofágov vysoký v porovnaní s počtom baktérií. Vírusy, ktoré vykonávajú lysogénny cyklus, nie sú virulentné a nazývajú sa mierne.

Nakoniec môžu byť profágy oddelené od bakteriálneho genómu a transformované do lytických fágov. Ten vstupuje do litogénneho cyklu, ktorý vedie k bakteriálnej lýze a infekcii nových baktérií.

Lytický a lyzogénny cyklus. Prevzaté a upravené: Suly12, z Wikimedia Commons

Cyklus nepretržitého rozvoja

Niektoré bakteriofágy vykonávajú v baktériách početné replikácie. V tomto prípade na rozdiel od toho, čo sa deje počas lysogénneho cyklu, nespôsobuje bakteriálnu lýzu.

Novo replikované vírusy sa uvoľňujú z baktérií na špecifických miestach na bunkovej membráne bez toho, aby spôsobili ich prasknutie. Tento cyklus sa nazýva neustály vývoj.

Pseudolysogénny cyklus

Dostupnosť živín v médiu je niekedy zlá na to, aby baktérie normálne rástli a rozmnožovali sa. V týchto prípadoch sa predpokladá, že dostupná bunková energia nie je dostatočná na to, aby fágy vyvolali lysogenézu alebo lýzu.

Z tohto dôvodu vírusy vstupujú do pseudolysogénneho cyklu. Tento cyklus je však stále málo známy.

Lysogénna konverzia

Nakoniec, ako produkt interakcie medzi profilom a baktériou, prvý môže indukovať výskyt zmien vo fenotype baktérie.

Stáva sa to hlavne vtedy, keď hostiteľské baktérie nie sú súčasťou normálneho cyklu vírusu. Tento jav sa nazýva lysogénna premena.

Zmeny vyvolané v baktérii pomocou DNA proroctva zvyšujú biologický úspech hostiteľa. Zvýšením biologickej kapacity a úspechu prežitia baktérií prospieva aj vírus.

Tento typ výhodného vzťahu pre oboch účastníkov by sa dal klasifikovať ako druh symbiózy. Treba si však uvedomiť, že vírusy sa nepovažujú za živé bytosti.

Hlavným prínosom lysogenicky transformovaných baktérií je ochrana pred napadnutím inými bakteriofágmi. Lysogénna konverzia môže tiež zvýšiť patogenitu baktérií v ich hostiteľoch.

Dokonca aj nepatogénna baktéria sa môže stať patogénnou lysogénnou konverziou. Táto zmena v genóme je trvalá a dedičná.

Phagotherapy

Fágová terapia je terapia, ktorá spočíva v použití fágov ako kontrolného mechanizmu na zabránenie šírenia patogénnych baktérií. Táto metodológia bakteriálnej kontroly bola použitá prvýkrát v roku 1919.

Pri tejto príležitosti sa použila na liečbu pacienta trpiaceho úplavicami, čím sa dosiahol úplne priaznivý výsledok. Fágová terapia sa úspešne používala na začiatku minulého storočia.

S objavom penicilínu a ďalších antibiotických látok sa fágová terapia prakticky zastavila v západnej Európe a na americkom kontinente.

Nerozlišujúce použitie antibiotík umožnilo výskyt bakteriálnych kmeňov viac rezistentných na antibiotiká. Tieto baktérie sú stále častejšie a odolnejšie.

Z tohto dôvodu je v západnom svete nový záujem o vývoj fágovej terapie na kontrolu kontaminácie a bakteriálnych infekcií.

Výhody fágovej terapie

1) Rast fágov nastáva exponenciálne, čím sa zvyšuje jeho účinok v priebehu času, antibiotiká naopak strácajú svoj účinok v priebehu času v dôsledku metabolickej deštrukcie molekuly.

2) Fágy majú schopnosť podstúpiť mutácie, čo im umožňuje bojovať proti rezistencii, ktorú sa baktérie môžu vyvinúť pri svojom útoku. Na druhej strane, antibiotiká majú vždy rovnakú účinnú látku, takže keď sa u baktérií vyvinie rezistencia na tieto účinné látky, sú antibiotiká zbytočné

3) Fágová terapia nemá vedľajšie účinky, ktoré môžu byť pre pacientov škodlivé.

4) Vývoj nového kmeňa fágu je oveľa rýchlejší a lacnejší postup ako objavenie a vývoj nového antibiotika.

5) Antibiotiká ovplyvňujú nielen patogénne baktérie, ale aj iné potenciálne prospešné baktérie. Fágy, na druhej strane, môžu byť druhovo špecifické, takže ošetrenie proti baktériám zodpovedným za infekciu môže byť obmedzené, bez ovplyvnenia iných mikroorganizmov.

6) Antibiotiká nezabíjajú všetky baktérie, preto prežívajúce baktérie môžu prenášať genetickú informáciu, ktorá prepožičiava rezistencii antibiotikám ich potomkom, a tak vytvárajú rezistentné kmene. Lysogenetické bakteriofágy ničia baktérie, ktoré infikujú, čím sa znižuje možnosť vývoja rezistentných bakteriálnych kmeňov.

Referencie

1. L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Význam profilov pre vývoj a virulenciu bakteriálnych patogénov. Virulenciu.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Fágová terapia v klinickej praxi: Liečba ľudských infekcií. Súčasná farmaceutická biotechnológia.
3. Lysogénny cyklus. Na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Príspevok lysogénu, pseudolysogénu a hladovania do fágovej ekológie. In: Stephen T Abedon (eds) Ekológia bakteriofágov: rast populácie, vývoj a vplyv bakteriálnych vírusov. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Fágová terapia, alternatíva na kontrolu bakteriálnych infekcií. Vyhliadky v Kolumbii. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fágová terapia: fakty a fikcia. Medzinárodný vestník lekárskej mikrobiológie.