ЧТО ТАКОЕ ЛИЗОГЕННЫЙ ЦИКЛ? - БИОЛОГИЯ - 2024

Лизогенная цикл , называемая также лизогенией, является этапом в процессе воспроизводства некоторых вирусов, в основном те , которые заражают бактерию. В этом цикле вирус вставляет свою нуклеиновую кислоту в геном бактерий-хозяев.

Этот цикл вместе с литическим циклом формирует два основных механизма репликации вирусов. Когда бактериофаг во время лизогенного цикла вставляет свою ДНК в бактериальный геном, он становится профагом.

Zlir'a. Испанская версия Алехандро Порто, через Wikimedia Commons

Бактерии, инфицированные этим профагом, продолжают жить и размножаться. Когда происходит размножение бактерий, также получается копия профага. Это приводит к тому, что каждая дочерняя бактериальная клетка также заражается профагом.

Воспроизведение инфицированных бактерий и, следовательно, их профага-хозяина может продолжаться в течение нескольких поколений без каких-либо проявлений вируса.

Иногда самопроизвольно или в условиях стресса окружающей среды ДНК вируса отделяется от бактериальной. Когда происходит разделение бактериального генома, вирус запускает литический цикл.

Эта репродуктивная стадия вируса вызовет разрыв бактериальной клетки (лизис), что приведет к высвобождению новых копий вируса. Эукариотические клетки также подвержены атакам лизогенных вирусов. Однако пока не известно, как происходит встраивание вирусной ДНК в геном эукариотической клетки.

Вирус бактериофага, внедряющий свой геном в бактерии. Взято и отредактировано: Thomas Splettstoesser. (Перевод на испанский Алехандро Порто), через Wikimedia Commons.

Бактериофаг

Вирусы, поражающие только бактерии, называются бактериофагами. Они также известны как фаги. Размер этого типа вируса весьма разнообразен и может составлять приблизительно от 20 до 200 нм.

Бактериофаги распространены повсеместно и могут расти практически в любой среде, где обнаружены бактерии. Было подсчитано, например, что чуть менее трех четвертей бактерий, обитающих в море, инфицированы фагами.

Цикл вирусной инфекции

Вирусное заражение начинается с адсорбции фага. Адсорбция фага происходит в два этапа. В первом, известном как обратимое, взаимодействие между вирусом и его потенциальным хозяином является слабым.

Любое изменение условий окружающей среды может вызвать прекращение этого взаимодействия. С другой стороны, в необратимом взаимодействии участвуют специфические рецепторы, предотвращающие прерывание взаимодействия.

ДНК вируса может проникнуть внутрь бактерии только при необратимом взаимодействии. Впоследствии и в зависимости от типа фага они могут выполнять различные репродуктивные циклы.

В дополнение к уже описанным литическим и лизогенным циклам существуют два других репродуктивных цикла, цикл непрерывного развития и псевдолизогенный цикл.

Литический цикл

На этом этапе репликация вируса внутри бактерий происходит быстро. В конце концов, бактерия подвергнется лизису клеточной стенки, и новые вирусы будут выпущены в окружающую среду.

Каждый из этих недавно выпущенных фагов может атаковать новую бактерию. Последовательное повторение этого процесса позволяет инфекции расти в геометрической прогрессии. Бактериофаги, участвующие в литическом цикле, называются вирулентными фагами.

Лизогенный цикл

В этом цикле лизис клетки-хозяина не происходит, как в литическом цикле. После стадий адсорбции и проникновения продолжается стадия интеграции ДНК фага с ДНК бактериальной клетки, превращаясь в профаг.

Репликация фага будет происходить одновременно с размножением бактерий. Профаг, интегрированный в бактериальный геном, будет унаследован дочерними бактериями. Вирус может продолжаться, не проявляя себя, в течение нескольких поколений бактерий.

Этот процесс обычен, когда количество бактериофагов велико по сравнению с количеством бактерий. Вирусы, выполняющие лизогенный цикл, не являются вирулентными и называются умеренными.

В конечном итоге профаги могут быть отделены от бактериального генома и превращены в литические фаги. Последние входят в литогенный цикл, что приводит к бактериальному лизису и заражению новых бактерий.

Литический и лизогенный цикл. Взято и отредактировано из: Suly12, из Wikimedia Commons.

Непрерывный цикл разработки

Некоторые бактериофаги выполняют многочисленные репликации внутри бактерий. В этом случае, в отличие от того, что происходит во время лизогенного цикла, он не вызывает бактериального лизиса.

Вновь реплицированные вирусы высвобождаются из бактерий в определенных местах на клеточной мембране, не вызывая их разрыва. Этот цикл называется непрерывным развитием.

Псевдолизогенный цикл

Иногда питательных веществ в среде недостаточно, чтобы бактерии могли нормально расти и размножаться. В этих случаях считается, что доступной клеточной энергии недостаточно для того, чтобы фаги производили лизогенез или лизис.

Из-за этого вирусы затем входят в псевдолизогенный цикл. Однако об этом цикле пока мало что известно.

Лизогенная конверсия

В конце концов, как продукт взаимодействия профага и бактерии, первый может вызвать изменение фенотипа бактерии.

Это происходит в основном, когда бактерии-хозяева не являются частью нормального цикла вируса. Это явление называется лизогенной конверсией.

Изменения, индуцированные в бактерии ДНК профага, увеличивают биологический успех хозяина. Увеличивая биологическую емкость и выживаемость бактерий, вирус также приносит пользу.

Такой тип взаимовыгодных отношений для обоих участников можно отнести к типу симбиоза. Однако необходимо помнить, что вирусы не считаются живыми существами.

Основное преимущество, получаемое лизогенно трансформированными бактериями, - это их защита от нападения других бактериофагов. Лизогенная конверсия также может повысить патогенность бактерий в организме хозяина.

Даже непатогенная бактерия может стать патогенной в результате лизогенного преобразования. Это изменение в геноме является постоянным и наследуемым.

лечение обильной диета

Фаготерапия - это терапия, которая заключается в применении фагов в качестве механизма контроля для предотвращения распространения патогенных бактерий. Эта методика борьбы с бактериями впервые была использована в 1919 году.

Тогда его использовали для лечения больного дизентерией, получив вполне благоприятный результат. Фаготерапия успешно применялась в начале прошлого века.

С открытием пенициллина, а также других антибиотиков, фаговая терапия была практически прекращена в Западной Европе и на американском континенте.

Беспорядочное применение антибиотиков привело к появлению штаммов бактерий, полирезистентных к антибиотикам. Эти бактерии становятся более частыми и устойчивыми.

В связи с этим в западном мире появился новый интерес к разработке фаговой терапии для контроля контаминации и бактериальных инфекций.

Преимущества фаговой терапии

1) Рост фагов происходит в геометрической прогрессии, со временем усиливая их действие, антибиотики наоборот со временем теряют свое действие из-за метаболического разрушения молекулы.

2) Фаги обладают способностью претерпевать мутации, что позволяет им бороться с устойчивостью бактерий к их атаке. С другой стороны, у антибиотиков всегда одно и то же действующее начало, поэтому, когда бактерии развивают устойчивость к таким действующим веществам, антибиотики бесполезны.

3) Фаготерапия не имеет побочных эффектов, которые могут нанести вред пациенту.

4) Разработка нового штамма фага - гораздо более быстрая и дешевая процедура, чем открытие и разработка нового антибиотика.

5) Антибиотики действуют не только на болезнетворные бактерии, но и на другие потенциально полезные. С другой стороны, фаги могут быть видоспецифичными, поэтому лечение бактерий, вызывающих инфекцию, может быть ограничено, не затрагивая другие микроорганизмы.

6) Антибиотики не убивают все бактерии, поэтому выжившие бактерии могут передавать генетическую информацию, которая придает устойчивость к антибиотику их потомству, создавая, таким образом, устойчивые штаммы. Лизогенетические бактериофаги убивают зараженные ими бактерии, снижая вероятность развития устойчивых бактериальных штаммов.

Ссылки

1. L.-C. Фортье, О. Секулович (2013). Важность профагов для эволюции и вирулентности бактериальных патогенов. Вирулентности.
2. Э. Куттер, Д. Де Вос, Г. Гвасалия, З. Алавидзе, Л. Гогохия, С. Куль, С. Т. Абедон (2010). Фаговая терапия в клинической практике: Лечение инфекций человека. Текущая фармацевтическая биотехнология.
3. Лизогенный цикл. В Википедии. Восстановлено с en.wikipedia.org.
4. Р. Миллер, М. Дэй (2008). Вклад лизогении, псевдолизогении и голодания в экологию фагов. В: Стивен Т. Абедон (ред.) Экология бактериофагов: рост популяции, эволюция и влияние бактериальных вирусов. University Press, Кембридж.
5. К. Прада-Пеньяранда, А. В. Ольгин-Морено, А. Ф. Гонсалес-Барриос, М. Дж. Вивес-Флорес (2015). Фаговая терапия, альтернатива борьбе с бактериальными инфекциями. Перспективы в Колумбии. Universitas Scientiarum.
6. М. Скурник, Э. Штраух (2006). Фаготерапия: факты и вымысел. Международный журнал медицинской микробиологии.