HVAD ER DEN LYSOGENE CYKLUS? - BIOLOGI

Den lysogene cyklus, også kaldet lysogeni, er et trin i reproduktionsprocessen af nogle vira, hovedsageligt dem, der inficerer bakterier. I denne cyklus indsætter virussen sin nukleinsyre i genomet til værtsbakterien.

Denne cyklus danner sammen med den lytiske cyklus de to vigtigste replikationsmekanismer af vira. Når bakteriofagen under den lysogene cyklus indsætter sit DNA i bakterien genomet, bliver det en profage.

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

Bakterier, der er inficeret med denne profage, lever og reproducerer. Når bakteriel reproduktion forekommer, opnås også en kopi af profeten. Dette resulterer i, at hver datterbakteriecelle også inficeres af profeten.

Reproduktionen af de inficerede bakterier og derfor af dens værtsprofet kan fortsætte i adskillige generationer uden nogen manifestation af virussen.

Nogle gange, spontant eller under miljømæssige belastninger, adskiller virusets DNA fra bakterien. Når adskillelsen af bakterien genom finder sted, initierer virussen den lytiske cyklus.

Dette reproduktionsstadium af virussen vil forårsage brud på bakteriecellen (lys), hvilket tillader frigivelse af nye kopier af virussen. Eukaryote celler er også modtagelige for at blive angrebet af lysogene vira. Det er imidlertid endnu ikke kendt, hvordan indsættelsen af det virale DNA i genomet i den eukaryote celle forekommer.

Bakteriofagvirus, der injicerer sit genom i bakterier. Taget og redigeret fra: Thomas Splettstoesser. (Oversat til spansk af Alejandro Porto), via Wikimedia Commons.

Bakteriofagen

Vira, der kun inficerer bakterier, kaldes bakteriofager. De er også kendt som fag. Størrelsen på denne type virus er ganske variabel med et størrelsesområde, der kan være mellem 20 og 200 nm ca.

Bakteriofager er allestedsnærværende og kan vokse i praktisk talt ethvert miljø, hvor bakterier findes. Det er fx estimeret, at lidt mindre end tre fjerdedele af de bakterier, der lever i havet, er inficeret af fager.

Cyklus af virusinfektion

Viral infektion begynder med fagadsorption. Fagadsorption forekommer i to faser. I den første, kendt som reversibel, er interaktionen mellem virussen og dens potentielle vært svag.

Enhver ændring i miljøforholdene kan forårsage ophør af denne interaktion. I den irreversible interaktion er derimod specifikke receptorer involveret, der forhindrer afbrydelse af interaktionen.

Virussens DNA kan kun komme ind i det indre af bakterien, når den irreversible interaktion optræder. Efterfølgende, og afhængigt af fagtypen, kan disse udføre forskellige reproduktionscyklusser.

Ud over de allerede beskrevne lytiske og lysogene cyklusser er der to andre reproduktionscyklusser, den kontinuerlige udviklingscyklus og den pseudolysogene cyklus.

Lytisk cyklus

I dette trin forekommer replikation af virussen i bakterierne hurtigt. I sidste ende vil bakterierne gennemgå en lysering af dens cellevæg, og de nye vira frigives i miljøet.

Hver af disse nyligt frigivne fager kan angribe en ny bakterie. Efterfølgende gentagelse af denne proces gør det muligt for infektionen at vokse eksponentielt. Bakteriofager, der deltager i den lytiske cyklus, kaldes virulente fager.

Lysogen cyklus

I denne cyklus forekommer lysering af værtscellen ikke, som i den lytiske cyklus. Efter adsorptions- og penetrationsstadierne fortsætter integrationsstadiet af fag-DNA'et med bakteriecellens fase og bliver en profet.

Fagreplikation forekommer samtidig med bakteriel reproduktion. Profeten, der er integreret i bakteriegenomet, arves af datterbakterierne. Virussen kan fortsætte uden at manifestere sig i flere bakterielle generationer.

Denne proces er almindelig, når antallet af bakteriofager er stort sammenlignet med antallet af bakterier. Vira, der udfører den lysogene cyklus, er ikke virulente og kaldes tempererede.

Til sidst kan profeterne adskilles fra bakteriegenomet og omdannes til lytiske fager. Sidstnævnte går ind i den litogene cyklus, der fører til bakterielysering og infektion af nye bakterier.

Lytisk og lysogen cyklus. Taget og redigeret fra: Suly12, fra Wikimedia Commons

Kontinuerlig udviklingscyklus

Nogle bakteriofager udfører adskillige replikationer inde i bakterier. I dette tilfælde, i modsætning til hvad der sker under den lysogene cyklus, forårsager det ikke bakterielysering.

Nyreplikerede vira frigøres fra bakterier af bestemte steder på cellemembranen uden at forårsage deres brud. Denne cyklus kaldes kontinuerlig udvikling.

Pseudolysogenic cyklus

Undertiden er tilgængeligheden af næringsstoffer i mediet dårlig for bakterierne til at vokse og reproducere normalt. I disse tilfælde antages det, at den tilgængelige celleenergi ikke er tilstrækkelig til, at fagene kan frembringe lysogenese eller lysis.

På grund af dette går viruserne ind i en pseudolysogen cyklus. Denne cyklus er dog stadig lidt kendt.

Lysogen konvertering

Til sidst, som et produkt af interaktionen mellem profagen og bakterien, kan førstnævnte fremkalde forekomsten af ændringer i bakteriens fænotype.

Dette forekommer hovedsageligt, når værtsbakterierne ikke er en del af virussens normale cyklus. Dette fænomen kaldes lysogen konvertering.

Ændringerne induceret i bakterien af DNA fra profeten øger værtens biologiske succes. Ved at øge bakteriens biologiske kapacitet og overlevelsessucces drager virusen også fordel.

Denne type gavnlige forhold for begge deltagere kunne klassificeres som en type symbiose. Det skal dog huskes, at vira ikke betragtes som levende væsener.

Den største fordel opnået ved lysogen transformerede bakterier er dens beskyttelse mod angreb fra andre bakteriofager. Lysogen konvertering kan også øge patogeniteten af bakterierne i deres værter.

Selv en ikke-patogen bakterie kan blive patogen ved lysogen omdannelse. Denne ændring i genomet er permanent og arvelig.

Phagotherapy

Fagterapi er en terapi, der består af anvendelsen af fag som en kontrolmekanisme til at forhindre spredning af patogene bakterier. Denne bakteriekontrolmetodik blev anvendt for første gang i 1919.

Ved den lejlighed blev det brugt til behandling af en patient, der lider af dysenteri, hvilket opnåede et helt gunstigt resultat. Fagterapi blev brugt med succes i begyndelsen af det forrige århundrede.

Med opdagelsen af penicillin såvel som andre antibiotiske stoffer blev fagterapi praktisk taget forladt i Vesteuropa og på det amerikanske kontinent.

Ubetinget brug af antibiotika muliggjorde udseendet af bakteriestammer, der var multistatiske for antibiotika. Disse bakterier bliver hyppigere og mere resistente.

På grund af dette er der en ny interesse i den vestlige verden for udvikling af fagterapi til bekæmpelse af kontaminering og bakterielle infektioner.

Fordele ved fagterapi

1) Væksten af fager forekommer eksponentielt, hvilket øger deres virkning over tid, antibiotika tværtimod mister deres virkning over tid på grund af den metaboliske ødelæggelse af molekylet.

2) Fager har evnen til at gennemgå mutationer, dette gør det muligt for dem at bekæmpe den resistens, som bakterier kunne udvikle til deres angreb. På den anden side har antibiotika altid det samme aktive princip, så når bakterier udvikler resistens over for sådanne aktive principper, er antibiotika ubrugelig

3) Fagterapi har ikke bivirkninger, der kan være skadelige for patienter.

4) Udviklingen af en ny fagstamme er en meget hurtigere og billigere procedure end opdagelsen og udviklingen af et nyt antibiotikum.

5) Antibiotika påvirker ikke kun patogene bakterier, men også andre potentielt gavnlige. Fager på den anden side kan være artsspecifikke, så behandlingen mod bakterier, der er ansvarlig for infektionen, kan begrænses uden at påvirke andre mikroorganismer.

6) Antibiotika dræber ikke alle bakterier, derfor kan de overlevende bakterier overføre den genetiske information, der giver resistens over for antibiotikumet til deres afkom og således skabe resistente stammer. Lysogenetiske bakteriofager dræber de bakterier, de inficerer, hvilket reducerer muligheden for udvikling af resistente bakteriestammer.

Referencer

L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Betydningen af profeter til udvikling og virulens af bakterielle patogener. Virulens.
E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Fagterapi i klinisk praksis: Behandling af humane infektioner. Nuværende farmaceutisk bioteknologi.
Lysogen cyklus. På Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org.
R. Miller, M. Day (2008). Bidrag til lysogeni, pseudolysogeni og sult til fagøkologi. I: Stephen T Abedon (red) Bakteriofagøkologi: befolkningsvækst, udvikling og påvirkning af bakterievirus. University Press, Cambridge.
C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Fagterapi, alternativ til bekæmpelse af bakterielle infektioner. Udsigter i Colombia. Universitas Scientiarum.
M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fagterapi: Fakta og fiktion. International Journal of Medical Microbiology.

HVAD ER DEN LYSOGENE CYKLUS? - BIOLOGI - 2025