Литический цикл - Lytic cycle
Литический цикл ( / л ɪ т ɪ к / LIT -ik ) является одним из двух циклов вирусной репродукции ( со ссылки на бактериальные вирусы или бактериофаг ), другая являющееся лизогенной цикл . Литический цикл приводит к разрушению инфицированной клетки и ее мембраны. Бактериофаги, которые используют только литический цикл, называются вирулентными фагами (в отличие от фагов умеренного климата ).
В литическом цикле вирусная ДНК существует как отдельная свободно плавающая молекула внутри бактериальной клетки и реплицируется отдельно от бактериальной ДНК-хозяина, тогда как в лизогенном цикле вирусная ДНК находится внутри ДНК-хозяина. Это ключевое различие между литическим и лизогенным (бактерио) фаговыми циклами. Однако в обоих случаях вирус / фаг реплицируется с использованием механизма ДНК хозяина.
Описание
Литический цикл, который также называют «репродуктивным циклом» бактериофага, представляет собой шестиступенчатый цикл. Шесть стадий: прикрепление, проникновение, транскрипция, биосинтез, созревание и лизис.
- Прикрепление - фаг прикрепляется к поверхности клетки-хозяина, чтобы ввести свою ДНК в клетку.
- Проникновение - фаг вводит свою ДНК в клетку-хозяин, проникая через клеточную мембрану.
- Транскрипция - ДНК клетки-хозяина разрушается, и метаболизм клетки направлен на инициирование биосинтеза фага.
- Биосинтез - ДНК фага реплицируется внутри клетки, синтезируя новую ДНК фага и белки.
- Созревание - реплицированный материал собирается в полностью сформированные вирусные фаги (каждый из которых состоит из головы, хвоста и хвостовых волокон).
- Лизис - новообразованные фаги высвобождаются из инфицированной клетки (которая сама уничтожается в процессе), чтобы найти новые клетки-хозяева для заражения.
Привязанность и проникновение
Чтобы заразить клетку-хозяин, вирус должен сначала ввести в клетку свою собственную нуклеиновую кислоту через плазматическую мембрану и (если присутствует) клеточную стенку. Вирус делает это либо путем прикрепления к рецептору на поверхности клетки, либо с помощью простой механической силы. Связывание происходит из-за электростатических взаимодействий и зависит от pH и присутствия ионов. Затем вирус высвобождает свой генетический материал (одно- или двухцепочечную РНК или ДНК ) в клетку. У некоторых вирусов этот генетический материал является кольцевым и имитирует бактериальную плазмиду . На этом этапе клетка заражается и также может стать мишенью для иммунной системы. В основном этому способствуют рецепторы на поверхности клетки.
Транскрипция и биосинтез
На этапах транскрипции и биосинтеза вирус захватывает механизмы репликации и трансляции клетки, используя их для создания большего количества вирусов. Нуклеиновая кислота вируса использует метаболический аппарат клетки-хозяина для производства большого количества вирусных компонентов.
В случае ДНК-вирусов ДНК транскрибируется в молекулы информационной РНК (мРНК), которые затем используются для управления рибосомами клетки. Один из первых транслируемых полипептидов разрушает ДНК хозяина. В ретровирусах (которые вводят цепь РНК) уникальный фермент, называемый обратной транскриптазой, транскрибирует вирусную РНК в ДНК, которая затем снова транскрибируется в РНК. Как только вирусная ДНК берет на себя управление, она побуждает механизм клетки-хозяина синтезировать вирусную ДНК, белок и начинает размножаться.
Биосинтез (например, Т4 ) регулируется в трех фазах продукции мРНК, за которыми следует фаза продукции белка.
- Ранняя фаза
- Ферменты изменяют процесс транскрипции хозяина с помощью РНК-полимеразы . Среди других модификаций вирус Т4 изменяет сигма-фактор хозяина, производя антисигма-фактор, так что промоторы хозяина больше не распознаются, но теперь распознают средние белки Т4. Для синтеза белка субпоследовательность Шайна-Далгарно GAGG доминирует над ранней трансляцией генов.
- Средняя фаза
- Нуклеиновая кислота вируса (ДНК или РНК в зависимости от типа вируса).
- Поздняя фаза
- Структурные белки, в том числе белки головы и хвоста.
Созревание и лизис
Примерно через 25 минут после первоначального заражения образуется около 200 новых вирионов (вирусных телец). После созревания и накопления достаточного количества вирионов используются специализированные вирусные белки для растворения клеточной стенки. Клетка разрывается (т.е. подвергается лизису ) из-за высокого внутреннего осмотического давления (давления воды), которое больше не может сдерживаться клеточной стенкой. Это высвобождает вирионы потомства в окружающую среду, где они могут инфицировать другие клетки, и начинается еще один литический цикл. Фаг, вызывающий лизис хозяина, называется литическим или вирулентным фагом.
Биохимия регуляции генов
В геноме фага есть три класса генов, которые регулируют возникновение литического или лизогенного цикла. Первый класс - это гены непосредственного раннего развития, второй - гены отсроченного раннего периода, а третий - гены позднего периода. Следующее относится к хорошо изученному умеренному фагу лямбда E. coli.
- Непосредственные ранние гены: Эти гены экспрессируются промоторы , признаваемого хозяин РНК - полимераза, и включают в себя CRO , CII и N . CII представляет собой фактор транскрипции, который стимулирует экспрессию основного лизогенного репрессорного гена, cI , тогда как Cro является репрессором для экспрессии cI . На решение о лизисе-лизогении в основном влияет конкуренция между Cro и CII, что приводит к определению того, выработан ли достаточный репрессор CI. Если это так, CI репрессирует ранние промоторы, и инфекция шунтируется по лизогенному пути. N - фактор, препятствующий терминации, который необходим для транскрипции отложенных ранних генов.
- Задержанные ранние гены: они включают гены репликации O и P, а также Q , который кодирует антитерминатор, ответственный за транскрипцию всех поздних генов.
- Поздние гены:
Q-опосредованное включение поздней транскрипции начинается примерно через 6-8 мин после инфицирования, если выбран литический путь. Более 25 генов экспрессируются с одного позднего промотора, что приводит к четырем параллельным путям биосинтеза. Три пути служат для производства трех компонентов вириона: наполненной ДНК головы, хвоста и боковых волокон хвоста. Вирионы самостоятельно собираются из этих компонентов, причем первый вирион появляется примерно через 20 минут после заражения. Четвертый путь - лизис. В лямбда-5 белки участвуют в лизисе: холин и антихолин из гена S , эндолизин из гена R и белки спанина из генов Rz и Rz1 . В лямбда дикого типа лизис происходит примерно через 50 мин, высвобождая примерно 100 завершенных вирионов. Время лизиса определяется белками холина и антихолина, причем последний ингибирует первый. В общем, белок холин накапливается в цитоплазматической мембране до тех пор, пока внезапно не образуются отверстия микронного размера, которые запускают лизис. Эндолизин R попадает в периплазму, где атакует пептидогликан. Белки спанина Rz и Rz1 накапливаются в цитоплазматической и внешней мембранах соответственно и образуют комплекс, охватывающий периплазму через сеть пептидогликана. Когда эндолизин разрушает пептидогликан, комплексы спанина высвобождаются и вызывают разрушение внешней мембраны. Разрушение пептидогликана эндолизином и разрушение внешней мембраны комплексом спанина оба необходимы для лизиса при лямбда-инфекциях.
Ингибирование лизиса : Т4-подобные фаги имеют два гена, rI и rIII , которые ингибируют холин Т4, если инфицированная клетка подвергается суперинфекции другим Т4 (или близкородственным) вирионом. Повторная суперинфекция может привести к тому, что инфекция Т4 продолжится без лизиса в течение нескольких часов, что приведет к накоплению вирионов до уровней, в 10 раз превышающих нормальные.