KAKŠEN JE LIZOGENI CIKEL? - BIOLOGIJA - 2026

Lysogenic cikel , imenovan tudi lysogeny, je faza v procesu reprodukcije nekaterih virusov, predvsem tiste, ki okužijo bakterije. V tem ciklu virus vstavi svojo nukleinsko kislino v genom bakterije gostiteljice.

Ta cikel tvori skupaj z litskim ciklom dva glavna mehanizma razmnoževanja virusov. Ko bakteriofag med lizogenim ciklom vstavi svoj DNK v bakterijski genom, postane profag.

Zlir'a. Španska različica Alejandra Porto, prek Wikimedia Commons

Bakterije, okužene s tem profagom, še naprej živijo in se razmnožujejo. Ko pride do razmnoževanja bakterij, dobimo tudi repliko profaga. Posledica tega je, da vsaka hči bakterijska celica okuži tudi profage.

Razmnoževanje okužene bakterije in s tem gojišča se lahko nadaljuje več generacij, ne da bi se virus pojavil.

Včasih se spontano ali v pogojih okoljskega stresa DNA virusa loči od bakterijskega. Ko pride do ločitve bakterijskega genoma, virus inicira litski cikel.

Ta reproduktivna faza virusa bo povzročila razpad bakterijske celice (lizo), kar bo omogočilo sproščanje novih kopij virusa. Evkariontske celice so dovzetne tudi za napad z lizogenimi virusi. Vendar še ni znano, kako pride do vstavitve virusne DNK v genom evkariontske celice.

Virus bakteriofaga vbrizga svoj genom v bakterije. Vzeto in urejeno od: Thomas Splettstoesser. (Prevedel Alejandro Porto) v španščino, prek Wikimedia Commons.

Bakteriofag

Virusi, ki okužijo samo bakterije, se imenujejo bakteriofagi. Znani so tudi kot fagi. Velikost te vrste virusa je precej spremenljiva, velikost pa je lahko med 20 in 200 nm.

Bakteriofagi so vseprisotni in lahko rastejo v praktično vsakem okolju, kjer najdemo bakterije. Na primer, ocenjeno je bilo, da je nekaj manj kot tri četrtine bakterij, ki živijo v morju, okuženih s fagi.

Cikel virusne okužbe

Virusna okužba se začne z adsorpcijo faga. Fazna adsorpcija poteka v dveh fazah. V prvem, znanem kot reverzibilni, je interakcija med virusom in njegovim potencialnim gostiteljem šibka.

Vsaka sprememba okoljskih razmer lahko povzroči prekinitev te interakcije. Na drugi strani v nepovratni interakciji sodelujejo posebni receptorji, ki preprečujejo prekinitev interakcije.

DNA virusa lahko vstopi v notranjost bakterije le, ko pride do nepovratne interakcije. Pozneje in odvisno od vrste faga lahko ti izvajajo različne reproduktivne cikle.

Poleg že opisanih lizičnih in lizogenih ciklov obstajata še dva reproduktivna cikla, cikel neprekinjenega razvoja in psevdolizogeni cikel.

Litijski cikel

V tej fazi se hitro razmnoži virus v bakteriji. Na koncu bo bakterija doživela lizo njene celične stene in novi virusi se bodo sprostili v okolje.

Vsak od teh na novo sproščenih fagov lahko napade novo bakterijo. Zaporedna ponovitev tega procesa omogoča, da okužba raste eksponentno. Bakteriofagi, ki sodelujejo v litskem ciklu, se imenujejo virulentni fagi.

Lizogeni cikel

V tem ciklu se liza gostiteljske celice ne pojavi, kot se dogaja v litičnem ciklu. Po fazah adsorpcije in penetracije se nadaljuje stopnja integracije fazne DNK v bakterijsko celico, da postane profag.

Razmnoževanje fagov se bo pojavilo hkrati z razmnoževanjem bakterij. Profage, integrirane v bakterijski genom, bodo podedovale hčerinske bakterije. Virus lahko nadaljuje, ne da bi se manifestiral več generacij bakterij.

Ta postopek je pogost, ko je število bakteriofagov veliko v primerjavi s številom bakterij. Virusi, ki izvajajo lizogeni cikel, niso virulentni in jih imenujemo zmerni.

Sčasoma se profagi lahko ločijo od bakterijskega genoma in pretvorijo v litske fage. Slednje vstopijo v litogeni cikel, ki vodi v lizo bakterij in okužbo novih bakterij.

Litični in lizogeni cikel. Vzeto in urejeno iz: Suly12, iz Wikimedia Commons

Neprekinjen razvojni cikel

Nekateri bakteriofagi izvajajo številne replikacije znotraj bakterij. V tem primeru, v nasprotju s tistim, kar se pojavi med lizogenim ciklom, ne povzroči bakterijske lize.

Na novo razmnoženi virusi se sprostijo iz bakterij na določenih mestih na celični membrani, ne da bi povzročili njihovo rupturo. Ta cikel se imenuje stalni razvoj.

Psevdolizogeni cikel

Včasih je razpoložljivost hranilnih snovi v mediju slaba, da bakterije normalno rastejo in se razmnožujejo. V teh primerih velja, da razpoložljiva celična energija ne zadostuje, da bi fagi proizvedli lizogenezo ali lizo.

Zaradi tega virusi nato vstopijo v psevdolizogeni cikel. Vendar je ta cikel še vedno malo znan.

Lizogena pretvorba

Kot posledica interakcije med profagom in bakterijo lahko prva povzroči spremembe v fenotipu bakterije.

To se zgodi predvsem takrat, ko gostiteljske bakterije niso del običajnega cikla virusa. Ta pojav imenujemo lizogena pretvorba.

Spremembe, ki jih v bakteriji povzroči DNA profaga, povečajo biološki uspeh gostitelja. S povečanjem biološke zmogljivosti in uspešnosti preživetja bakterij koristi tudi virus.

To vrsto koristnega odnosa za oba udeleženca bi lahko razvrstili kot vrsto simbioze. Vendar je treba zapomniti, da virusi ne veljajo za živa bitja.

Glavna korist, ki jo dobijo lizogenski transformirane bakterije, je zaščita pred napadi drugih bakteriofagov. Tudi lizogena pretvorba lahko poveča patogenost bakterij v njihovih gostiteljih.

Celo nepatogene bakterije lahko postanejo patogene z lizogeno pretvorbo. Ta sprememba genoma je trajna in dedna.

Fagoterapija

Fage terapija je terapija, ki sestoji iz uporabe fagov kot nadzornega mehanizma za preprečevanje širjenja patogenih bakterij. Ta metodologija za nadzor nad bakterijami je bila prvič uporabljena leta 1919.

Ob tej priložnosti je bil uporabljen za zdravljenje bolnika, ki je zbolel zaradi dizenterije, pri čemer je dosegel popolnoma ugoden rezultat. Fage terapija se je v začetku prejšnjega stoletja uspešno uporabljala.

Z odkritjem penicilina, pa tudi drugih antibiotičnih snovi, je bila fago terapija v zahodni Evropi in na ameriški celini praktično opuščena.

Neselektivna uporaba antibiotikov je omogočila pojav bakterijskih sevov, ki so multirezistentni na antibiotike. Te bakterije postajajo vse pogostejše in bolj odporne.

Zaradi tega se v zahodnem svetu pojavlja novo zanimanje za razvoj fagne terapije za nadzor kontaminacije in bakterijskih okužb.

Prednosti fago terapije

1) Rast fagov se pojavi eksponentno, sčasoma narašča njihovo delovanje, antibiotiki, nasprotno, zaradi presnovnega uničenja molekule sčasoma izgubijo svoj učinek.

2) Fagi imajo sposobnost mutacije, kar jim omogoča, da se borijo proti odpornosti, ki bi jo bakterije lahko razvile do napada. Po drugi strani imajo antibiotiki vedno enako načelo, zato ko bakterije razvijejo odpornost na tako aktivna načela, so antibiotiki neuporabni

3) Fago terapija nima stranskih učinkov, ki bi lahko bili škodljivi za paciente.

4) Razvoj novega seva faga je mnogo hitrejši in cenejši postopek kot odkritje in razvoj novega antibiotika.

5) Antibiotiki ne vplivajo samo na patogene bakterije, ampak tudi na druge potencialno koristne. Po drugi strani so fagi lahko specifični za vrste, zato je zdravljenje z bakterijami, odgovornimi za okužbo, lahko omejeno, ne da bi prizadenele druge mikroorganizme.

6) Antibiotiki ne ubijejo vseh bakterij, zato preživele bakterije lahko prenašajo genetske informacije, ki dajejo odpornost na antibiotik svojim potomcem in tako ustvarijo odporne seve. Lizogenetski bakteriofagi ubijajo bakterije, ki jih okužijo, kar zmanjšuje možnost razvoja odpornih bakterijskih sevov.

Reference

1. L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). Pomen profagov za evolucijo in virulenco bakterijskih patogenov. Virulenca.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Fage terapija v klinični praksi: Zdravljenje okužb pri ljudeh. Trenutna farmacevtska biotehnologija.
3. Lizogeni cikel. Na Wikipediji. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Prispevek lizogenije, psevdolizogeneze in stradanja k fagijski ekologiji. V: Stephen T Abedon (eds) Bakteriofagna ekologija: rast populacije, evolucija in vpliv bakterijskih virusov. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Fage terapija, alternativa za zatiranje bakterijskih okužb. Obeti v Kolumbiji. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fage terapija: dejstva in fikcija. Mednarodni časopis za medicinsko mikrobiologijo.