Лизогенный цикл

Лизоге́нный цикл, или лизогени́я (англ. Lysogenic cycle) — тип жизненного цикла бактериофагов, при котором фаг встраивает свой геном в геном бактерии и удваивается при каждом делении клетки (такая стадия жизненного цикла вируса называется профагом), то есть не убивает клетку-хозяина сразу, в отличие от литического цикла. Фаги, имеющие лизогенный жизненный цикл, называются умеренными. Многие фаги могут переходить от литического цикла к лизогенному и обратно.

Лизогенный цикл в сравнении с литическим

Механизм и регуляция

Схема лизогенного цикла. 1 — бактериальная клетка, её ДНК показана зелёным. 2 — Бактериофаг прикрепляется к клетке и впрыскивает в неё свою ДНК (показана красным). 3 — ДНК фага плавает в цитоплазме бактерии. 4 — ДНК фага интегрируется в геномную ДНК бактерии, становясь профагом. 5, 6 — Профаг остаётся в клеточном геноме, удваиваясь вместе с ним при делении клетки.

Лизогения запускается при блокировке литического цикла. Так, баланс между литическим и лизогенным циклом у фага λ зависит от двух белков: репрессора, необходимого для лизогении, и белка Cro, без которого полный литический цикл невозможен. Эти белки синтезируются на ранней стадии и при литическом цикле, и при лизогенном. Эти два белка конкурируют за связывание с определённым оператором. Если белок cII, необходимый для перехода к лизогении, сможет стимулировать образование такого количества репрессора, чтобы он противодействовал Cro, то будет сохраняться лизогения, в противном случае фаг переключится на литическую программу. Именно белок-репрессор, кодируемый геном cI, поддерживает лизогению и блокирует транскрипцию ранних генов литического цикла, связываясь с ключевыми операторами O_L и O_R, предотвращая транскрипцию гена cro, без белкового продукта которого литический цикл невозможен. Чтобы связываться с операторами, репрессор должен иметь димерную форму. Более того, для поддержания лизогении необходимо присутствие его димеров. Репрессор связывается с ДНК с помощью мотива «спираль-поворот-спираль», причём димеры репрессора связываются с оператором кооперативно.

Лизогенный фаг делает бактериальную клетку невосприимчивой к заражению фагами, которые имеют такую же область невосприимчивости. Область невосприимчивости — это участок ДНК, который содержит левый и правый операторы, гены cI и cro.

Связывание репрессора λ с операторами одновременно блокирует литический цикл и поддерживает синтез самого репрессора. Он связывается с оператором O_L и блокирует транскрипцию гена N, способствующему переходу к литической фазе, а связывание репрессора с O_R не только блокирует транскрипцию гена cro, но и необходимо для транскрипции гена cI, который и кодирует репрессор.

Для развития полноценного лизогенного цикла необходима экспрессия генов cII и cIII. Их белковые продукты необходимы, чтобы РНК-полимераза начала транскрипцию генов, кодирующих белки лизогении, кроме того, cIII защищает cII от деградации. Одновременно подавляется экспрессия cro и стабилизируется экспрессия репрессора.

Когда репрессор образует контур поддержания собственного синтеза, ДНК фага встраивается в геномную ДНК бактерии. Встраивание обеспечивается белковым продуктом гена int, который также входит в лизогенный регуляторный контур.

Литература

• Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. — М.: Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8.
• Jeremy W. Dale, Simon F. Park. Molecular Genetics of Bacteria. — 4th Edition. — John Wiley & Sons, Ltd, 2004. — ISBN 0-470-85084-1.