WAT IS DE LYSOGENE CYCLUS? - BIOLOGIE - 2025

De lysogene cyclus , ook wel lysogenie genoemd, is een fase in het reproductieproces van sommige virussen, voornamelijk virussen die bacteriën infecteren. In deze cyclus voegt het virus zijn nucleïnezuur in het genoom van de gastheerbacterie in.

Deze cyclus vormt, samen met de lytische cyclus, de twee belangrijkste replicatiemechanismen van virussen. Wanneer de bacteriofaag tijdens de lysogene cyclus zijn DNA in het bacteriële genoom inbrengt, wordt het een profaag.

Zlir'a. Spaanse versie door Alejandro Porto, via Wikimedia Commons

Bacteriën die met deze profaag zijn geïnfecteerd, blijven leven en reproduceren. Wanneer bacteriële reproductie plaatsvindt, wordt ook een replica van de profaag verkregen. Dit resulteert erin dat elke bacteriële cel van de dochter ook wordt geïnfecteerd door de profaag.

De reproductie van de geïnfecteerde bacterie, en dus van zijn gastheerprofaag, kan meerdere generaties doorgaan zonder dat er enige manifestatie van het virus optreedt.

Soms, spontaan of onder omstandigheden van omgevingsstress, scheidt het DNA van het virus zich van de bacteriële. Wanneer de scheiding van het bacteriële genoom plaatsvindt, start het virus de lytische cyclus.

Deze reproductieve fase van het virus veroorzaakt het scheuren van de bacteriële cel (lysis) waardoor nieuwe kopieën van het virus vrijkomen. Eukaryote cellen zijn ook vatbaar voor aanvallen door lysogene virussen. Hoe de insertie van het virale DNA in het genoom van de eukaryote cel plaatsvindt, is echter nog niet bekend.

Bacteriofaagvirus injecteert zijn genoom in bacteriën. Genomen en bewerkt uit: Thomas Splettstoesser. (In het Spaans vertaald door Alejandro Porto), via Wikimedia Commons.

De bacteriofaag

Virussen die alleen bacteriën infecteren, worden bacteriofagen genoemd. Ze worden ook wel fagen genoemd. De grootte van dit type virus is nogal variabel, met een groottebereik dat ongeveer tussen 20 en 200 nm kan liggen.

Bacteriofagen zijn alomtegenwoordig en kunnen in praktisch elke omgeving groeien waar bacteriën worden aangetroffen. Zo wordt geschat dat iets minder dan driekwart van de bacteriën die in de zee leven besmet is met fagen.

Cyclus van virale infectie

Virale infectie begint met faagadsorptie. Faagadsorptie vindt plaats in twee fasen. In de eerste, bekend als omkeerbaar, is de interactie tussen het virus en zijn potentiële gastheer zwak.

Elke verandering in de omgevingsomstandigheden kan ertoe leiden dat deze interactie wordt stopgezet. Bij de onomkeerbare interactie zijn daarentegen specifieke receptoren betrokken die de onderbreking van de interactie voorkomen.

Het DNA van het virus kan alleen het inwendige van de bacterie binnendringen als de onomkeerbare interactie plaatsvindt. Deze kunnen vervolgens, afhankelijk van het type faag, verschillende voortplantingscycli uitvoeren.

Naast de reeds beschreven lytische en lysogene cycli zijn er nog twee andere reproductieve cycli, de continue ontwikkelingscyclus en de pseudolysogene cyclus.

Lytische cyclus

Tijdens deze fase vindt replicatie van het virus binnen de bacteriën snel plaats. Uiteindelijk ondergaan de bacteriën een lyse van hun celwand en komen de nieuwe virussen vrij in het milieu.

Elk van deze nieuw vrijgekomen fagen kan een nieuwe bacterie aanvallen. Door dit proces herhaaldelijk te herhalen, kan de infectie exponentieel groeien. Bacteriofagen die deelnemen aan de lytische cyclus worden virulente fagen genoemd.

Lysogene cyclus

In deze cyclus vindt geen lysis van de gastheercel plaats, zoals wel gebeurt in de lytische cyclus. Na de adsorptie- en penetratiestadia gaat het stadium van integratie van het faag-DNA met dat van de bacteriële cel verder, om een ​​profaag te worden.

Faagreplicatie vindt gelijktijdig plaats met bacteriële reproductie. De profaag geïntegreerd in het bacteriële genoom zal worden geërfd door de dochterbacteriën. Het virus kan doorgaan zonder zich te manifesteren gedurende verschillende bacteriële generaties.

Dit proces is gebruikelijk wanneer het aantal bacteriofagen hoog is in vergelijking met het aantal bacteriën. Virussen die de lysogene cyclus uitvoeren, zijn niet virulent en worden gematigd genoemd.

Uiteindelijk kunnen de profagen worden gescheiden van het bacteriële genoom en worden omgezet in lytische fagen. De laatste komen in de lithogene cyclus die leidt tot bacteriële lysis en infectie van nieuwe bacteriën.

Lytische en lysogene cyclus. Genomen en bewerkt uit: Suly12, van Wikimedia Commons

Continue ontwikkelingscyclus

Sommige bacteriofagen voeren talrijke replicaties uit in bacteriën. In dit geval veroorzaakt het, in tegenstelling tot wat er gebeurt tijdens de lysogene cyclus, geen bacteriële lysis.

Nieuw gerepliceerde virussen worden door bacteriën vrijgelaten op specifieke plaatsen op het celmembraan, zonder dat ze scheuren. Deze cyclus wordt continue ontwikkeling genoemd.

Pseudolysogene cyclus

Soms is de beschikbaarheid van voedingsstoffen in het medium slecht voor de bacteriën om normaal te groeien en zich voort te planten. In deze gevallen wordt aangenomen dat de beschikbare cellulaire energie niet voldoende is voor de fagen om lysogenese of lysis te produceren.

Hierdoor komen de virussen in een pseudolysogene cyclus terecht. Over deze cyclus is echter nog weinig bekend.

Lysogene omzetting

Uiteindelijk kan de eerste, als product van de interactie tussen de profaag en de bacterie, veranderingen in het fenotype van de bacterie veroorzaken.

Dit gebeurt voornamelijk wanneer de gastheerbacteriën geen deel uitmaken van de normale cyclus van het virus. Dit fenomeen wordt lysogene omzetting genoemd.

De veranderingen die door het DNA van de profaag in de bacterie worden geïnduceerd, vergroten het biologische succes van de gastheer. Door de biologische capaciteit en het overlevingssucces van de bacteriën te vergroten, profiteert ook het virus.

Dit soort gunstige relatie voor beide deelnemers zou kunnen worden geclassificeerd als een soort symbiose. Houd er echter rekening mee dat virussen niet als levende wezens worden beschouwd.

Het belangrijkste voordeel van lysogeen getransformeerde bacteriën is de bescherming tegen aanvallen door andere bacteriofagen. Lysogene omzetting kan ook de pathogeniteit van de bacteriën in hun gastheren verhogen.

Zelfs een niet-pathogene bacterie kan pathogeen worden door lysogene omzetting. Deze verandering in het genoom is permanent en erfelijk.

Fagotherapie

Faagtherapie is een therapie die bestaat uit de toepassing van fagen als controlemechanisme om de verspreiding van pathogene bacteriën te voorkomen. Deze bacteriële controlemethode werd voor het eerst gebruikt in 1919.

Bij die gelegenheid werd het gebruikt om een ​​patiënt met dysenterie te behandelen, met een heel gunstig resultaat. Faagtherapie werd in het begin van de vorige eeuw met succes toegepast.

Met de ontdekking van penicilline, evenals andere antibiotische stoffen, werd faagtherapie praktisch verlaten in West-Europa en op het Amerikaanse continent.

Door het willekeurige gebruik van antibiotica konden bacteriestammen ontstaan ​​die multiresistent zijn tegen antibiotica. Deze bacteriën worden steeds frequenter en resistenter.

Hierdoor is er in de westerse wereld een nieuwe interesse in de ontwikkeling van faagtherapie voor de bestrijding van besmetting en bacteriële infecties.

Voordelen van faagtherapie

1) De groei van fagen vindt exponentieel plaats, waardoor hun werking in de loop van de tijd toeneemt. Antibiotica verliezen daarentegen hun effect na verloop van tijd door de metabolische vernietiging van het molecuul.

2) Fagen hebben het vermogen om mutaties te ondergaan, hierdoor kunnen ze de weerstand bestrijden die bacteriën kunnen ontwikkelen tegen hun aanval. Aan de andere kant hebben antibiotica altijd hetzelfde werkzame bestanddeel, dus wanneer bacteriën resistentie ontwikkelen tegen dergelijke werkzame bestanddelen, zijn antibiotica nutteloos

3) Faagtherapie heeft geen bijwerkingen die schadelijk kunnen zijn voor patiënten.

4) De ontwikkeling van een nieuwe faagstam is een veel snellere en goedkopere procedure dan de ontdekking en ontwikkeling van een nieuw antibioticum.

5) Antibiotica tasten niet alleen pathogene bacteriën aan, maar ook andere potentieel gunstige bacteriën. Fagen daarentegen kunnen soortspecifiek zijn, zodat de behandeling tegen de bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de infectie kan worden beperkt, zonder andere micro-organismen aan te tasten.

6) Antibiotica doden niet alle bacteriën, daarom kunnen de overlevende bacteriën de genetische informatie die resistentie tegen het antibioticum aan hun nakomelingen geeft, doorgeven, waardoor resistente stammen ontstaan. Lysogenetische bacteriofagen doden de bacteriën die ze infecteren, waardoor de kans op de ontwikkeling van resistente bacteriestammen wordt verkleind.

Referenties

1. L.-C. Fortier, O.Sekulovic (2013). Het belang van profagen voor de evolutie en virulentie van bacteriële pathogenen. Virulentie.
2. E. Kutter, D. De Vos, G. Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S. Kuhl, ST Abedon (2010). Faagtherapie in de klinische praktijk: Behandeling van menselijke infecties. Huidige farmaceutische biotechnologie.
3. Lysogene cyclus. Op Wikipedia. Opgehaald van en.wikipedia.org.
4. R. Miller, M. Day (2008). Bijdrage van lysogenie, pseudolysogenie en uithongering aan faagecologie. In: Stephen T Abedon (eds) Bacteriofaag-ecologie: bevolkingsgroei, evolutie en impact van bacteriële virussen. University Press, Cambridge.
5. C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015). Faagtherapie, alternatief voor de bestrijding van bacteriële infecties. Vooruitzichten in Colombia. Universitas Scientiarum.
6. M. Skurnik, E. Strauch (2006). Faagtherapie: feiten en fictie. International Journal of Medical Microbiology.