ŠTO JE LIZOGENI CIKLUS? - BIOLOGIJA - 2025

Lizogene ciklus, koji se nazivaju lysogeny je faza u procesu reprodukcije nekih virusa, uglavnom onih koje inficiraju bakterije. U ovom ciklusu virus ubacuje svoju nukleinsku kiselinu u genom bakterija domaćina.

Ovaj ciklus tvori, zajedno s litskim ciklusom, dva glavna mehanizma replikacije virusa. Kad bakteriofag tijekom lizogenog ciklusa ugradi svoju DNK u bakterijski genom, on postaje profag.

Zlir'a. Španjolsku verziju Alejandro Porto, putem Wikimedia Commonsa

Bakterije zaražene ovom profagom nastavljaju živjeti i razmnožavati se. Kada dođe do reprodukcije bakterija, dobiva se i replika profaga. To rezultira time da se svaka bakterijska stanica kćeri također zarazi profagom.

Razmnožavanje zaražene bakterije, a samim tim i njezinog potomstva, može se nastaviti nekoliko generacija bez ikakve manifestacije virusa.

Ponekad se spontano ili u uvjetima stresa iz okoliša DNA virusa odvoji od bakterijskog. Kada dođe do odvajanja bakterijskog genoma, virus pokreće litski ciklus.

Ovaj reproduktivni stadij virusa uzrokovat će puknuće bakterijske stanice (liza) što će omogućiti oslobađanje novih kopija virusa. Eukariotske stanice su također osjetljive na napad od lizogenih virusa. Međutim, još nije poznato kako dolazi do umetanja virusne DNK u genom eukariotske stanice.

Bakteriofag virus ubrizgava svoj genom u bakterije. Preuzeto i uredjeno od: Thomas Splettstoesser. (Preveo Alejandro Porto na španjolski), putem Wikimedia Commonsa.

Bakteriofag

Virusi koji inficiraju samo bakterije nazivamo bakteriofazima. Poznati su i kao fagi. Veličina ove vrste virusa prilično je promjenjiva, s rasponom veličine koji može biti približno između 20 i 200 nm.

Bakteriofagi su sveprisutni i mogu rasti u gotovo svim sredinama u kojima se nalaze bakterije. Na primjer, procijenjeno je da je nešto manje od tri četvrtine bakterija koje žive u moru zaražene fagama.

Ciklus virusne infekcije

Virusna infekcija započinje adsorpcijom faga. Fazna adsorpcija se odvija u dvije faze. U prvom, poznatom kao reverzibilna, interakcija virusa i njegovog potencijalnog domaćina je slaba.

Svaka promjena okolišnih uvjeta može uzrokovati prekid ove interakcije. S druge strane, u nepovratnoj interakciji sudjeluju specifični receptori koji sprečavaju prekid interakcije.

DNA virusa može ući u unutrašnjost bakterije samo kada dođe do nepovratne interakcije. Nakon toga, ovisno o vrsti faga, oni mogu provesti različite reproduktivne cikluse.

Uz već opisane lizogene i lizogene cikluse, postoje još dva reproduktivna ciklusa, ciklus kontinuiranog razvoja i pseudolizogeni ciklus.

Litijski ciklus

Tijekom ove faze, naglo se odvija replikacija virusa unutar bakterije. Na kraju će bakterija proći lizu svoje stanične stijenke, a novi će se virusi pustiti u okoliš.

Svaki od ovih novootpuštenih faga može napasti novu bakteriju. Uzastopno ponavljanje ovog postupka omogućuje da infekcija eksponencijalno raste. Bakteriofagi koji sudjeluju u ličkom ciklusu nazivaju se virulentni fagi.

Lizogeni ciklus

U ovom se ciklusu liza stanice domaćina ne događa, kao što se događa u ličkom ciklusu. Nakon faza adsorpcije i penetracije, faza integracije fagne DNA u bakterijsku stanicu se nastavlja, da bi postala profa.

Replikacija faga dogodit će se istodobno s razmnožavanjem bakterija. Profage integrirane u genom bakterija naslijedit će bakterije kćeri. Virus se može nastaviti bez manifestacije nekoliko bakterijskih generacija.

Ovaj je postupak čest kada je broj bakteriofaga visok u odnosu na broj bakterija. Virusi koji provode lizogeni ciklus nisu virulentni i nazivaju se umjerenima.

Na kraju se profagi mogu odvojiti od bakterijskog genoma i transformirati u litske fage. Potonji ulaze u litogeni ciklus što dovodi do lize bakterija i infekcije novih bakterija.

Litički i lizogeni ciklus. Preuzeto i uredjeno iz: Suly12, iz Wikimedia Commons

Kontinuirani razvojni ciklus

Neki bakteriofagi provode brojne replikacije unutar bakterija. U ovom slučaju, suprotno onome što se događa tijekom lizogenog ciklusa, ne uzrokuje liziju bakterija.

Novo replicirani virusi se otpuštaju iz bakterija na određenim mjestima na staničnoj membrani, a da ne uzrokuju njihovu puknuće. Taj se ciklus naziva kontinuiranim razvojem.

Pseudolizogeni ciklus

Ponekad je dostupnost hranjivih sastojaka u mediju loše da bakterije normalno rastu i razmnožavaju se. U tim se slučajevima vjeruje da raspoloživa stanična energija nije dovoljna da fagi proizvedu lizogenezu ili lizu.

Zbog toga virusi tada ulaze u pseudolizogeni ciklus. Međutim, o ovom se ciklusu još uvijek malo zna.

Lizogena pretvorba

Na kraju, kao produkt interakcije profaga i bakterije, prva može izazvati pojavu promjena u fenotipu bakterije.

To se događa uglavnom kada bakterije domaćini nisu dio normalnog ciklusa virusa. Taj se fenomen naziva lizogena pretvorba.

Promjene izazvane u bakteriji DNA profaga povećavaju biološki uspjeh domaćina. Povećavajući biološku sposobnost i uspjeh preživljavanja bakterija, virus također ima koristi.

Ova vrsta korisnog odnosa za oba sudionika mogla bi se klasificirati kao vrsta simbioze. Međutim, mora se zapamtiti da se virusi ne smatraju živim bićima.

Glavna korist koju dobivaju lizogeni transformirane bakterije je njegova zaštita od napada drugih bakteriofaga. Konverzija lizogena također može povećati patogenost bakterija u njihovim domaćinima.

Čak i nepatogena bakterija može postati patogena pretvorbom lizogena. Ova promjena u genomu trajna je i nasljedna.

Phagotherapy

Faga terapija je terapija koja se sastoji od primjene faga kao kontrolnog mehanizma za sprječavanje širenja patogenih bakterija. Ova metodologija za kontrolu bakterija korištena je prvi put 1919.

Tom prilikom je korištena za liječenje pacijenta koji boluje od dizenterije, čime je dobiven potpuno povoljan rezultat. Fage terapija uspješno se koristila početkom prošlog stoljeća.

Otkrićem penicilina, kao i drugih antibiotskih tvari, fago terapija je praktički napuštena u zapadnoj Europi i na američkom kontinentu.

Neselektivna uporaba antibiotika omogućila je pojavu bakterijskih sojeva koji su multirezistentni na antibiotike. Te bakterije postaju sve češće i otpornije.

Zbog toga u zapadnom svijetu postoji novi interes za razvoj fage terapije za kontrolu kontaminacije i bakterijskih infekcija.

Prednosti fago terapije

1) Rast faga događa se eksponencijalno, vremenom povećavajući njihovo djelovanje, antibiotici, naprotiv, vremenom gube učinak zbog metaboličkog uništavanja molekule.

2) Fagovi imaju sposobnost podvrgavanja mutacija, što im omogućava borbu protiv otpornosti koju bi bakterije mogle razviti na njihov napad. S druge strane, antibiotici uvijek imaju isti aktivni princip, tako da kad bakterije razviju otpornost na takva aktivna načela, antibiotici su beskorisni

3) Faga terapija nema nuspojave koje mogu biti štetne za pacijenta.

4) Razvoj novog soja faga mnogo je brži i jeftiniji postupak od otkrića i razvoja novog antibiotika.

5) Antibiotici ne utječu samo na patogene bakterije, već i na druge potencijalno korisne. Fagoni, s druge strane, mogu biti specifični za vrste, pa se liječenje protiv bakterija odgovornih za infekciju može ograničiti, bez utjecaja na druge mikroorganizme.

6) Antibiotici ne ubijaju sve bakterije, prema tome, preživjele bakterije mogu prenijeti genetsku informaciju koja djeci daje otpornost na antibiotik, stvarajući tako rezistentne sojeve. Lizogenetski bakteriofagi ubijaju bakterije koje zaraze, smanjujući mogućnost razvoja rezistentnih sojeva bakterija.

Reference

1. L.-C. Fortier, O. Sekulović (2013). Važnost profaga za evoluciju i virulenciju bakterijskih patogena. Zaraza.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Faga terapija u kliničkoj praksi: Liječenje ljudskih infekcija. Trenutna farmaceutska biotehnologija.
3. Lizogeni ciklus. Na Wikipediji. Oporavilo s en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Doprinos lizogenije, pseudolizogeneze i gladovanja fagkoj ekologiji. U: Stephen T Abedon (ur.) Ekologija bakteriofaga: rast populacije, evolucija i utjecaj bakterijskih virusa. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Faga terapija, alternativa za kontrolu bakterijskih infekcija. Izgledi u Kolumbiji. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fage terapija: činjenice i fikcija. Međunarodni časopis za medicinsku mikrobiologiju.