KĀDS IR LIZOGĒNAIS CIKLS? - BIOLOĢIJA - 2025

Lysogenic cikls , ko sauc arī lysogeny, ir posms reproduktīvajiem procesiem dažu vīrusi, galvenokārt tiem, kas inficē baktērijas. Šajā ciklā vīruss savu nukleīnskābi ievieto baktērijas saimniekorganismā.

Šis cikls kopā ar lītisko ciklu veido divus galvenos vīrusu replikācijas mehānismus. Kad bakteriofāgs lizogēna cikla laikā ievieto savu DNS baktēriju genomā, tas kļūst par fāgu.

Zlir'a. Spāņu valodas versiju veidojis Alejandro Porto, izmantojot Wikimedia Commons

Baktērijas, kas inficētas ar šo pāragri, turpina dzīvot un vairoties. Kad notiek baktēriju pavairošana, tiek iegūta arī pūtītes reprodukcija. Tā rezultātā katra meitas baktēriju šūna tiek inficēta arī ar pūtītes palīdzību.

Inficēto baktēriju un līdz ar to arī tās saimniekorganizācijas reprodukcija var turpināties vairākas paaudzes bez jebkādas vīrusa izpausmes.

Dažreiz spontāni vai vides stresa apstākļos vīrusa DNS atdalās no baktēriju. Kad notiek baktēriju genoma atdalīšana, vīruss sāk lītisko ciklu.

Šī vīrusa reproduktīvā stadija izraisīs baktēriju šūnas plīsumu (sabrukšanu), ļaujot atbrīvot jaunas vīrusa kopijas. Eikariotu šūnas ir pakļautas arī uzbrukumiem ar lizogēniem vīrusiem. Tomēr vēl nav zināms, kā notiek vīrusa DNS ievietošana eikariotu šūnas genomā.

Bakteriofāgu vīruss, ievadot baktērijās savu genomu. Uzņemts un rediģēts no: Thomas Splettstoesser. (Spāņu valodā tulkojis Alejandro Porto), izmantojot Wikimedia Commons.

Bakteriofāgs

Vīrusus, kas inficē tikai baktērijas, sauc par bakteriofāgiem. Tos sauc arī par fāgiem. Šāda veida vīrusu lielums ir diezgan mainīgs, to lieluma diapazons var būt no 20 līdz 200 nm.

Bakteriofāgi ir visuresoši un var augt praktiski jebkurā vidē, kur atrodamas baktērijas. Piemēram, ir aprēķināts, ka nedaudz mazāk nekā trīs ceturtdaļas baktēriju, kas dzīvo jūrā, ir inficētas ar fāgiem.

Vīrusu infekcijas cikls

Vīrusu infekcija sākas ar fāgu adsorbciju. Fāgu adsorbcija notiek divos posmos. Pirmajā, kas pazīstams kā atgriezenisks, mijiedarbība starp vīrusu un tā potenciālo saimnieku ir vāja.

Jebkuras vides apstākļu izmaiņas var izraisīt šīs mijiedarbības pārtraukšanu. No otras puses, neatgriezeniskā mijiedarbībā tiek iesaistīti specifiski receptori, kas novērš mijiedarbības pārtraukšanu.

Vīrusa DNS var iekļūt baktērijas iekšpusē tikai tad, ja notiek neatgriezeniska mijiedarbība. Pēc tam atkarībā no fāga veida tie var veikt dažādus reproduktīvos ciklus.

Papildus jau aprakstītajiem lītiskajiem un lizogēnajiem cikliem ir vēl divi reproduktīvie cikli - nepārtrauktas attīstības cikls un pseidolizogēnais cikls.

Lītiskais cikls

Šajā posmā vīrusa replikācija baktērijās notiek ātri. Rezultātā baktērijām tiks veikta šūnu sienas lizēšana, un jaunie vīrusi nonāks vidē.

Katrs no šiem nesen atbrīvotajiem fāgiem var uzbrukt jaunai baktērijai. Secīga šī procesa atkārtošana ļauj infekcijai augt eksponenciāli. Bakteriofāgus, kas piedalās lītiskajā ciklā, sauc par virulentiem fāgiem.

Lizogēns cikls

Šajā ciklā saimniekorganisma līze nenotiek, tāpat kā lītiskajā ciklā. Pēc adsorbcijas un iespiešanās posmiem turpinās fāgu DNS integrācijas posms ar baktēriju šūnu, lai kļūtu par fāgu.

Fāgu replikācija notiks vienlaikus ar baktēriju pavairošanu. Baktēriju genomā integrēto protēzi manto meitas baktērijas. Vīruss var turpināties, neizpaužoties vairākām baktēriju paaudzēm.

Šis process ir izplatīts, ja bakteriofāgu skaits ir liels, salīdzinot ar baktēriju skaitu. Vīrusi, kas veic liogēno ciklu, nav virulenti un tos sauc par mēreniem.

Galu galā profagus var atdalīt no baktēriju genoma un pārveidot par lītiskiem fāgiem. Pēdējie nonāk litogēnā ciklā, kas noved pie baktēriju sabrukšanas un jaunu baktēriju inficēšanās.

Lītiskais un liogēnais cikls. Uzņemts un rediģēts no: Suly12, no Wikimedia Commons

Nepārtraukts attīstības cikls

Daži bakteriofāgi veic daudzas replikācijas baktēriju iekšienē. Šajā gadījumā pretēji tam, kas notiek liogēnā cikla laikā, tas neizraisa baktēriju līzi.

Tikko replicēti vīrusi no baktērijām izdalās noteiktās vietās uz šūnu membrānas, neizraisot to plīsumu. Šo ciklu sauc par nepārtrauktu attīstību.

Pseidolizogēns cikls

Dažreiz barības vielu pieejamība barotnē ir slikta, lai baktērijas normāli augtu un vairotos. Šajos gadījumos tiek uzskatīts, ka pieejamā šūnu enerģija nav pietiekama, lai fāgi iegūtu lizoģenēzi vai liziju.

Sakarā ar to vīrusi pēc tam nonāk pseidolizogēnā ciklā. Tomēr šis cikls joprojām ir maz zināms.

Lizogēna pārveidošana

Visbeidzot, kā mijiedarbības starp pāra un baktēriju produkts, baktērija var izraisīt izmaiņas baktērijas fenotipā.

Tas notiek galvenokārt tad, ja baktērijas saimnieces neietilpst vīrusa normālajā ciklā. Šo parādību sauc par lizogēnu pārvēršanu.

Pārmaiņas, ko baktērijā ierosina pārafas DNS, palielina saimnieka bioloģiskos panākumus. Palielinot baktēriju bioloģisko spēju un panākumus izdzīvošanā, vīruss arī gūst labumu.

Šāda veida labvēlīgas attiecības abiem dalībniekiem varētu klasificēt kā simbiozes veidu. Tomēr jāatceras, ka vīrusi netiek uzskatīti par dzīvām būtnēm.

Galvenais ieguvums, ko iegūst liogēniski pārveidotās baktērijas, ir tā aizsardzība pret citu bakteriofāgu uzbrukumiem. Lizogēna pārveidošana var arī palielināt baktēriju patogenitāti to saimniekorganismos.

Pat nepatogēna baktērija var kļūt patogēna, veicot liogēno pārveidošanu. Šīs izmaiņas genomā ir pastāvīgas un pārmantojamas.

Fagoterapija

Fāžu terapija ir terapija, kas sastāv no fāgu pielietošanas kā kontroles mehānismu, lai novērstu patogēno baktēriju izplatīšanos. Šī baktēriju kontroles metodika pirmo reizi tika izmantota 1919. gadā.

Šajā gadījumā to izmantoja, lai ārstētu pacientu, kas cieš no dizentērijas, iegūstot pilnīgi labvēlīgu rezultātu. Fāžu terapija tika veiksmīgi izmantota pagājušā gadsimta sākumā.

Atklājot penicilīnu, kā arī citas antibiotiskās vielas, Rietumeiropā un Amerikas kontinentā praktiski tika atmesta fāgu terapija.

Neizšķirīga antibiotiku lietošana ļāva parādīties baktēriju celmiem, kas ir multirezistenti pret antibiotikām. Šīs baktērijas kļūst arvien biežākas un izturīgākas.

Sakarā ar to rietumu pasaulē ir jauna interese par fāgu terapijas attīstību piesārņojuma un baktēriju infekciju kontrolei.

Fāžu terapijas priekšrocības

1) Fāgu augšana notiek eksponenciāli, laika gaitā palielinot to darbību, antibiotikas, gluži pretēji, laika gaitā zaudē iedarbību molekulas metabolisma iznīcināšanas dēļ.

2) Fāgiem ir spēja iziet mutācijas, tas ļauj tiem apkarot pretestību, ko baktērijas varētu attīstīt viņu uzbrukumam. No otras puses, antibiotikām vienmēr ir vienāds aktīvais pamats, tāpēc, kad baktērijām rodas izturība pret šādiem aktīviem principiem, antibiotikas ir bezjēdzīgas

3) Fāžu terapijai nav blakusparādību, kas varētu būt kaitīga pacientiem.

4) Jauna fāgu celma izstrāde ir daudz ātrāka un lētāka procedūra nekā jaunas antibiotikas atklāšana un izstrāde.

5) Antibiotikas ietekmē ne tikai patogēnās baktērijas, bet arī citas potenciāli labvēlīgās baktērijas. Fāgi, no otras puses, var būt specifiski sugai, tāpēc ārstēšanu pret baktērijām, kas ir atbildīgas par infekciju, var ierobežot, neietekmējot citus mikroorganismus.

6) Antibiotikas nenogalina visas baktērijas, tāpēc izdzīvojušās baktērijas var pārnest ģenētisko informāciju, kas viņu bērniem nodrošina izturību pret antibiotikām, tādējādi izveidojot rezistentus celmus. Lizoģenētiski bakteriofāgi nogalina baktērijas, kuras viņi inficē, samazinot rezistentu baktēriju celmu attīstības iespēju.

Atsauces

1. L.-C. Fortjē, O. Sekulovičs (2013). Pāreju nozīme baktēriju patogēnu evolūcijā un virulencē. Virulence.
2. E. Kutters, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Fāžu terapija klīniskajā praksē: Cilvēka infekciju ārstēšana. Pašreizējā farmācijas biotehnoloģija.
3. Lizogēns cikls. Vietnē Wikipedia. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.
4. R. Millers, M. Diena (2008). Lizogēnijas, pseidolizogēnijas un bada ieguldījums fāgu ekoloģijā. In: Stephen T Abedon (red.) Bakteriofāgu ekoloģija: populācijas pieaugums, evolūcija un baktēriju vīrusu ietekme. University Press, Kembridža.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Fāžu terapija, alternatīva baktēriju infekciju kontrolei. Perspektīvas Kolumbijā. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Fāžu terapija: Fakti un daiļliteratūra. Starptautiskais medicīnas mikrobioloģijas žurnāls.