- Algemeenheden van de lithische cyclus
- Fagen van een lytische cyclus: voorbeeld faag T4
- Fixatie / hechting aan de cel
- Penetratie / intrede van het virus
- Replicatie / synthese van virale moleculen
- Assemblage van virale deeltjes
- Lysis van de geïnfecteerde cel
- Referenties
De lytische cyclus is een van de twee alternatieve levenscycli van een virus in een gastheercel, waardoor het virus dat de cel binnendringt het replicatiemechanisme van de cel overneemt. Eenmaal binnen worden DNA en virale eiwitten gemaakt en vervolgens de cel gelyseerd (gebroken). Zo kunnen nieuw geproduceerde nieuwe virussen de nu gedesintegreerde gastheercel verlaten en andere cellen infecteren.
Deze replicatiemethode staat in contrast met de lysogene cyclus, waarbij het virus dat een cel heeft geïnfecteerd, zichzelf in het DNA van de gastheer invoegt en als een inert DNA-segment alleen repliceert wanneer de cel zich deelt.
Lambda-faag: lytische cyclus en lysogene cyclus
De lysogene cyclus veroorzaakt geen schade aan de gastheercel, maar is een latente toestand, terwijl de lytische cyclus resulteert in de vernietiging van de geïnfecteerde cel.
De lytische cyclus wordt algemeen beschouwd als de belangrijkste methode van virale replicatie, aangezien deze vaker voorkomt. Bovendien kan de lysogene cyclus leiden tot de lytische cyclus wanneer er een inductiegebeurtenis is, zoals blootstelling aan ultraviolet licht, waardoor dit latente stadium de lytische cyclus binnengaat.
Door een beter begrip van de lytische cyclus kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe het immuunsysteem reageert om deze virussen af te weren, en hoe nieuwe technologieën kunnen worden ontwikkeld om virale ziekten te overwinnen.
Om te leren hoe virale replicatie te onderbreken en zo de ziekten aan te pakken die worden veroorzaakt door virussen die mensen, dieren en landbouwgewassen treffen, worden er veel onderzoeken uitgevoerd.
Wetenschappers hopen op een dag te kunnen begrijpen hoe ze de triggers kunnen stoppen die de destructieve lytische cyclus in virussen die gezondheidsproblemen veroorzaken, kunnen stoppen.
Algemeenheden van de lithische cyclus
Virale reproductie kan het best worden begrepen door virussen te bestuderen die bacteriën infecteren, bekend als bacteriofagen (of fagen). De lytische cyclus en de lysogene cyclus zijn de twee fundamentele voortplantingsprocessen die bij virussen zijn geïdentificeerd.
Op basis van onderzoeken met bacteriofagen zijn deze cycli beschreven. De lytische cyclus houdt in dat het virus een gastheercel binnendringt en de controle neemt over de DNA-replicerende moleculen van de cel om viraal DNA en virale eiwitten te produceren. Dit zijn de twee klassen van moleculen die structureel fagen vormen.
Als de gastheercel veel nieuw geproduceerde virale deeltjes bevat, bevorderen deze deeltjes de afbraak van de celwand van binnenuit.
Door moleculaire mechanismen van de faag worden bepaalde enzymen geproduceerd die de bindingen kunnen verbreken die de celwand in stand houden, wat de afgifte van nieuwe virussen vergemakkelijkt.
Zo voegt bacteriofaag lambda, na het infecteren van een Escherichia coli-gastheercel, normaal zijn genetische informatie in het bacteriële chromosoom in en blijft in een slapende toestand.
Onder bepaalde stressomstandigheden kan het virus zich echter beginnen te vermenigvuldigen en de lytische weg volgen. In dit geval worden enkele honderden fagen geproduceerd, waarna de bacteriële cel wordt gelyseerd en het nageslacht wordt vrijgegeven.
Fagen van een lytische cyclus: voorbeeld faag T4
Virussen die zich tijdens de lytische cyclus vermenigvuldigen, worden virulente virussen genoemd omdat ze de cel doden. Faag T4 is het meest bestudeerde echte voorbeeld om de lytische cyclus, die uit vijf fasen bestaat, te verklaren.
Fixatie / hechting aan de cel
De T4-faag hecht zich eerst aan een Escherichia coli-gastheercel. Deze binding wordt uitgevoerd door de vezels van de virusstaart die eiwitten hebben met een hoge affiniteit voor de gastheercelwand.
De plaatsen waar het virus zich hecht, worden receptorplaatsen genoemd, hoewel het ook door eenvoudige mechanische krachten kan worden gehecht.
Penetratie / intrede van het virus
Om een cel te infecteren, moet het virus eerst de cel binnenkomen via het plasmamembraan en de celwand (indien aanwezig). Vervolgens geeft het zijn genetisch materiaal (RNA of DNA) af in de cel.
In het geval van faag T4 komt na binding aan de gastheercel een enzym vrij dat een plaats op de gastheercelwand verzwakt.
Het virus injecteert vervolgens zijn genetisch materiaal, vergelijkbaar met een injectienaald, en drukt tegen de cel door de zwakke plek in de celwand.
Replicatie / synthese van virale moleculen
Het nucleïnezuur van het virus gebruikt de machinerie van de gastheercel om grote hoeveelheden virale componenten te produceren, zowel het genetische materiaal als de virale eiwitten die de structurele delen van het virus vormen.
In het geval van DNA-virussen, transcribeert DNA zichzelf in boodschapper-RNA (mRNA) -moleculen die vervolgens worden gebruikt om de ribosomen van de cel te sturen. Een van de eerste virale polypeptiden (eiwitten) die wordt geproduceerd, vervult de functie van het vernietigen van het DNA van de geïnfecteerde cel.
In retrovirussen (die een RNA-streng injecteren), transcribeert een uniek enzym genaamd reverse transcriptase viraal RNA in DNA, dat vervolgens weer wordt getranscribeerd naar mRNA.
In het geval van faag T4 wordt het DNA van de E. coli-bacterie geïnactiveerd en neemt het DNA van het virale genoom het over en maakt het virale DNA het RNA van de nucleotiden in de gastheercel met behulp van de enzymen van de gastheercel.
Assemblage van virale deeltjes
Nadat meerdere kopieën van de virale componenten (nucleïnezuren en eiwitten) zijn geproduceerd, worden ze samengevoegd tot complete virussen.
In het geval van T4-faag werken de eiwitten die worden gecodeerd door het faag-DNA als enzymen die samenwerken bij de vorming van de nieuwe faag.
Al het metabolisme van de gastheer is gericht op de productie van virale moleculen, wat resulteert in een cel die gevuld is met nieuwe virussen en niet in staat is de controle terug te krijgen.
Lysis van de geïnfecteerde cel
Na de assemblage van de nieuwe virusdeeltjes wordt een enzym geproduceerd dat de wand van de bacteriële cel van binnenuit afbreekt en de vloeistof uit de extracellulaire omgeving binnenlaat.
De cel vult zich uiteindelijk met vloeistof en barst (lysis), vandaar de naam. De nieuwe virussen die vrijkomen, kunnen andere cellen infecteren en zo het proces opnieuw starten.
Referenties
- Brooker, R. (2011). Concepts of Genetics (1st ed.). McGraw-Hill Education.
- Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologie (2e ed.) Pearson Education.
- Engelkirk, P. & Duben-Engelkirk, J. (2010). Burton's Microbiology for the Health Sciences (9e ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleculaire celbiologie (8e ed.). WH Freeman and Company.
- Malacinski, G. (2005). Essentials of Molecular Biology (4e ed.). Jones & Bartlett leren.
- Russell, P., Hertz, P. & McMillan, B. (2016). Biology: The Dynamic Science (4e ed.). Cengage leren.
- Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7e ed.) Cengage Learning.