Лизогенный цикл

Вирус — это инфекционный субмикроскопический организм, который воспроизводится только внутри живых клеток. Все живые существа, включая растения, животных и микробы, такие как бактерии и археи, восприимчивы к вирусной инфекции. Со времени публикации Дмитрия Ивановского в 1892 году, раскрывающей небактериальный патоген, поражающий растения табака, и открытия Мартинусом Бейеринком в 1898 году вируса табачной мозаики было подробно задокументировано более 9000 видов вирусов из миллионов различных типов вирусов в окружающей среде. Вирусы — самый распространенный вид живых организмов, их можно найти практически во всех экосистемах Земли. Вирусология изучает вирусы; это раздел микробиологии.

Бактериофаг

Вирус, известный как бактериофаг или фаг, заражает и размножается только внутри тел бактерий.

• Фредерик В. Туорт в Соединенном Королевстве и Феликс д'Эрелль во Франции каждый по отдельности открыли бактериофаги.
• Термины «бактерии» и «фагеин», которые оба означают потреблять, являются корнями слова «бактериофаг». Феликсу д'Эрелю приписывают создание этой фразы.
• Они признаны одними из самых распространенных биологических агентов на земле и могут быть обнаружены по всей планете в различных ситуациях. Эти биологические частицы наиболее распространены в воде и составляют вторую по величине часть биомассы на суше после прокариот.
• Бактериофаги, поражающие бактерии, также могут инфицировать членов домена архей.
• Бактериофаги различаются по форме, размеру и геномной организации в зависимости от типа бактерий, которые они заражают, но основная организация одинакова.
• Все бактериофаги состоят из генома нуклеиновой кислоты, заключенного в оболочку капсидных белков, кодируемых фагом.
• Различные структуры головок фагов могут различаться, а размеры фагов составляют от 24 до 200 нм в длину.
• Форма, размер и структура различных бактериофагов различаются в зависимости от вида бактериофага.
• Исследования бактериофагов с годами расширились по мере расширения области их применения.
• Способность фагов заражать и, в некоторых случаях, убивать инфекционные бактерии демонстрирует их способность дополнять или заменять антибиотики. Механизм заражения бактериофагом во многом такой же: сначала он прикрепляется к клетке-хозяину и вставляет свой геном в клетку-хозяина, чтобы отключить клеточный механизм хозяина.

Структура бактериофага

Типы фагов различаются в зависимости от вида или группы бактерий, которые они заражают, но все фаги имеют некоторые общие характеристики и свойства. Вот некоторые из этих особенностей или характеристик бактериофагов:

1. Как и все вирусы, бактерии очень специфичны по отношению к своим клеткам-хозяевам. Бактерии заражают только один вид бактерий или даже несколько специфических штаммов бактерий одного вида.
2. Основная структура всех фагов одинакова. Они состоят из ядра ядерного вещества, окруженного капсидным белком.
3. Бактериофаги существуют в трех основных структурных формах; четырехгранная голова с хвостом, четырехгранная голова без хвоста и нитевидная. Генетический или ядерный материал макрофага может представлять собой либо ДНК, либо РНК, обе из которых могут быть двухцепочечными или одноцепочечными.
4. Бактерии являются облигатными внутриклеточными паразитами, которые латентно существуют вне клетки-хозяина и нуждаются в механизме клетки-хозяина для осуществления своей метаболической активности.
5. Как и бактерии, фаги также подразделяются на различные ранги и семейства на основе их морфологии и генетического материала. Некоторые часто изучаемые семейства включают Inoviridae, Tectiviridae, Microviridae и Rudiviridae.

Жизненные циклы бактериофага

Вирус проникает в клетку-хозяина для размножения, за это время вирус приводит к различным формам заражения клетки-хозяина. Общий процесс проникновения, репликации и выхода вирусов из клеток-хозяев включает жизненный цикл вируса. Бактериофаги, как и все вирусы, следуют аналогичной траектории, когда вирусы проникают в бактериальную клетку-хозяина для репликации. Существует два типа жизненных циклов, которые различаются механизмом репликации ДНК, когда один тип вирусной ДНК включается в ДНК хозяина, а в цикле другого типа ДНК реплицирует ДНК хозяина отдельно. Эти жизненные циклы могут протекать независимо или попеременно у разных фагов.

• Литический цикл

1. Литический цикл — один из двух жизненных циклов бактериофагов, в котором вирусная ДНК остается в виде плавающей молекулы и реплицируется отдельно от бактериальной ДНК.
2. Литический цикл обычно имеет место у вирулентных фагов, так как фаги вызывают разрушение инфицированных клеточных мембран при высвобождении вирусных частиц.
3. Литический цикл представляет собой высоковирулентную инфекцию, приводящую к разрушению клеток.

Лизогенный цикл

• Лизогенность является одним из двух жизненных циклов бактериофага, определяемых интеграцией генома бактериофага в геном хозяина.
• В течение лизогенного жизненного цикла бактерии-хозяева обычно выживают и продолжают расти после репликации бактериофага.
• Генетический материал бактериофага, который включается в бактериальную ДНК во время лизогенного жизненного цикла, называется профагом и может быть перенесен в дочерние клетки во время деления бактериальной клетки.
• Лизогенный цикл представляет собой умеренно непатогенную инфекцию, поскольку бактериофаги не убивают клетки-хозяева.

Процесс лизогенного жизненного цикла протекает в следующие этапы:

Привязанность и проникновение

1. Первый этап лизогенного жизненного цикла такой же, как и первый этап литического жизненного цикла.
2. Лиганды бактериофагов прикрепляются к рецепторам на поверхности клеточной стенки бактерий.
3. Связывание высокоспецифично, так как определяется взаимодействием между лигандом и рецептором, присутствующим на поверхности клеточной стенки бактерий.
4. После прикрепления вирусный геном вводится в цитоплазму клетки-хозяина.
5. Инфекционная вирусная ДНК или профаг затем интегрируется в хромосому хозяина, превращая инфекционный профаг в неинфекционный профаг.

Репликация

1. Затем вирусная ДНК использует механизм хозяина для репликации и продолжает реплицироваться с хромосомой хозяина во время клеточного деления.
2. В некоторых случаях профаги могут быть вытеснены из хромосомы хозяина, и вирусная ДНК может войти в литический цикл.
3. В отличие от литического цикла механизм бактериальной клетки не передается вирусной частице и не происходит биосинтеза вирусного белка.
4. С другой стороны, профаги могут переноситься в дочерние клетки во время деления бактериальных клеток.
5. Процесс репликации может быть либо физическим стрессором, таким как ультрафиолетовое излучение, недоедание, либо химическим веществом, которое может привести к переходу от лизогенного к литическому циклу.
6. Он продолжается до тех пор, пока не существует. После преобразования в литический цикл вирусная ДНК подвергается транскрипции с образованием вирусных белков. Затем белки и вирусный геном собираются в полноценную вирусную частицу, которая высвобождается из клетки-хозяина путем лизиса.

Разница между литическим циклом и лизогенным циклом

Часто задаваемые вопросы о лизогенном цикле

Вопрос 1: Какие вирусы следуют лизогенному циклу?

Отвечать:

Bacteriophages are viruses that infect and multiply in bacteria. Temperate phages (such as lambda phage) can replicate using both lytic and lysogenic cycles.

Вопрос 2: Что вызывает превращение лизогенного в литическое?

Отвечать:

When prophage-bearing bacteria are exposed to stressors such as UV light,  nutrient deficiencies, and chemicals such as mitomycin C, prophages are naturally extracted from the host genome and can enter the lytic cycle in a process called induction.

Вопрос 3: Как вирусы воспроизводят лизогенный цикл?

Отвечать:

These viruses break down or lyse cells and spread to other cells to continue the cycle. Similar to the lytic cycle, in the lysogenic cycle the virus attaches to  host cells and injects its DNA. From there, the viral DNA integrates into the host’s DNA and  cells.

Вопрос 4: В чем преимущество лизогенного цикла?

Отвечать:

The lysogenic cycle allows phages to replicate without killing the host.

Вопрос 5: Какая стадия вируса возникает первой?

Отвечать:

The first stage is an entry. The entry includes an attachment, where the virus particle encounters a host cell and attaches to the cell surface, entry, where the virus particle reaches the cytoplasm, and exposure, where the virus releases the capsid.

Вопрос 6: Чем лизогенные вирусы отличаются от литических вирусов?

Отвечать:

The main difference between lysogenic and lysogenic cycles is that the lysogenic cycle does not destroy host cells whereas the lysogenic cycle destroys host cells. The viral DNA destroys the host cell’s DNA, halting the cell’s function in the lytic cycle. However, in the lysogenic cycle, viral DNA can fuse with host DNA.