I batteriofagi sono virus che infettano e si replicano all’interno di un batterio. I fagi temperati (come il fago lambda) possono riprodursi utilizzando sia il ciclo litico che quello lisogenico. Attraverso il ciclo lisogenico, il genoma del batteriofago non viene espresso ed è invece integrato nel genoma dei batteri per formare il profago. Poiché le informazioni genetiche del batteriofago sono incorporate nelle informazioni genetiche dei batteri come un profago, il batteriofago si replica passivamente mentre il batterio si divide per formare cellule batteriche figlie., In questo scenario, le cellule dei batteri figlia contengono prophage e sono noti come lisogeni. I lisogeni possono rimanere nel ciclo lisogenico per molte generazioni, ma possono passare al ciclo litico in qualsiasi momento tramite un processo noto come induzione. Durante l’induzione, il DNA di prophage viene asportato dal genoma batterico e viene trascritto e tradotto per produrre proteine di rivestimento per il virus e regolare la crescita litica.
L’organismo modello per lo studio della lisogenesi è il fago lambda., L’integrazione di Prophage, il mantenimento della lisogenesi, l’induzione e il controllo dell’escissione del genoma del fago nell’induzione sono descritti in dettaglio nell’articolo del fago lambda.
Compromessi di fitness per batteriaEdit
I batteriofagi sono parassiti perché infettano i loro ospiti, usano macchinari batterici per replicarsi e, infine, lisano i batteri. I fagi temperati possono portare a vantaggi e svantaggi per i loro ospiti attraverso il ciclo lisogenico. Durante il ciclo lisogenico, il genoma del virus è incorporato come prophage e un repressore impedisce la replicazione virale., Tuttavia, un fago temperato può sfuggire alla repressione per replicarsi, produrre particelle virali e lisare i batteri. Il fago temperato che sfugge alla repressione sarebbe uno svantaggio per i batteri. D’altra parte, il prophage può trasferire geni che migliorano la virulenza dell’ospite e la resistenza al sistema immunitario. Inoltre, il repressore prodotto dal prophage che impedisce che i geni di prophage vengano espressi conferisce immunità ai batteri ospiti dall’infezione litica da virus correlati.,
Un altro sistema, arbitrium, è stato recentemente descritto per i batteriofagi che infettano diverse specie di bacilli, in cui la decisione tra lisi e lisogenesi viene trasmessa tra i batteri da un fattore peptidico.
Conversione lisogenicamodifica
In alcune interazioni tra fagi lisogenici e batteri, può verificarsi la conversione lisogenica, che può anche essere chiamata conversione dei fagi. È quando un fago temperato induce un cambiamento nel fenotipo dei batteri infetti che non fa parte di un normale ciclo di fagi., I cambiamenti possono spesso coinvolgere la membrana esterna della cellula rendendola impermeabile ad altri fagi o anche aumentando la capacità patogena dei batteri per un ospite. In questo modo, i batteriofagi temperati svolgono anche un ruolo nella diffusione di fattori di virulenza, come esotossine ed esoenzimi, tra i batteri. Questo cambiamento rimane quindi nel genoma dei batteri infetti e viene copiato e trasmesso alle cellule figlie.
Sopravvivenza battericamodifica
La conversione lisogenica ha dimostrato di consentire la formazione di biofilm nei ceppi di Bacillus anthracis di B., antracis guarito da tutti i fagi non erano in grado di formare biofilm, che sono comunità batteriche aderite alla superficie che consentono ai batteri di accedere meglio ai nutrienti e sopravvivere agli stress ambientali. Oltre alla formazione di biofilm in B. anthracis, la conversione lisogenica di Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis e Bacillus cereus ha mostrato una maggiore velocità o estensione della sporulazione. La sporulazione produce endospore, che sono forme metabolicamente dormienti dei batteri che sono altamente resistenti alla temperatura, alle radiazioni ionizzanti, all’essiccamento, agli antibiotici e ai disinfettanti.,
Virulenza battericamodifica
È stato anche dimostrato che i batteri non virulenti si trasformano in patogeni altamente virulenti attraverso la conversione lisogenica con i fattori di virulenza portati avanti dalla profagine lisogenica. I geni di virulenza trasportati all’interno dei profagi come elementi genetici autonomi discreti, noti come deficienti, conferiscono un vantaggio ai batteri che indirettamente avvantaggia il virus attraverso una maggiore sopravvivenza del lisogeno.
Esempi:
- Corynebacterium diphtheriae produce la tossina della difterite solo quando è infettata dal fago β., In questo caso, il gene che codifica per la tossina è trasportato dal fago, non dal batterio.
- Vibrio cholerae è un ceppo non tossico che può diventare tossico, producendo la tossina del colera, quando è infettato dal fago CTXφ.
- Shigella dysenteriae, che produce dissenteria, ha tossine che rientrano in due gruppi principali, Stx1 e Stx2, i cui geni sono considerati parte del genoma dei profagi lambdoidi.
- Streptococcus pyogenes, produce un’esotossina pirogenica, ottenuta per conversione lisogenica, che causa febbre e un’eruzione rosso scarlatto, scarlattina.,
- Alcuni ceppi di Clostridium botulinum, che causa il botulismo, esprimono la tossina botulinica dai geni transdotti dai fagi.
Prevenire l’induzione lisogenicamodifica
Sono state proposte strategie per combattere alcune infezioni batteriche bloccando l’induzione del profago (la transizione dal ciclo litico al ciclo lisogenico) eliminando gli agenti di induzione in vivo. Le specie reattive dell’ossigeno (ROS), come il perossido di idrogeno, sono forti agenti ossidanti che possono decomporsi in radicali liberi e causare danni al DNA ai batteri, il che impedisce l’induzione del profago., Una strategia potenziale per combattere l’induzione di prophage è attraverso l’uso di glutatione, un forte antiossidante che può rimuovere gli intermedi dei radicali liberi. Un altro approccio potrebbe essere quello di causare la sovraespressione del repressore CI poiché l’induzione della profezia si verifica solo quando la concentrazione del repressore CI è troppo bassa.