Lysogeni henviser til en proces, hvorved en virus, der specifikt inficerer en bakterie, en bakteriofag (som betyder “bakteriesluger”), fremstiller kopier af sit genetiske materiale af desoxyribonukleinsyre (DNA ) ved at integrere viral-DNA’et i værtsbakteriens DNA . Det indsatte virale DNA replikeres derefter sammen med værts-DNA’et.
Naturen af lysogeni forblev uopklaret i mange år efter Felix d’Hérelles opdagelse af bakteriofagen i 1915. Den pludselige forekomst af virus i bakteriekulturer blev i første omgang anset for at være resultatet af viral kontaminering . Lysogeni blev først accepteret som et reelt fænomen næsten 40 år senere.
I lysogeni fremstilles der ikke nye viruspartikler. I stedet forbliver virussen i det væsentlige i dvale, mens den sikrer, at dens genetiske materiale fortsat bliver fremstillet. En stress for bakterien, f.eks. ved at udsætte bakterien for ultraviolet lys, udløser, at virus-DNA’et skilles fra bakterie-DNA’et. Derefter dannes der nye viruspartikler i det, der er kendt som den lytiske cyklus. De to processer lysogeni og lysis er under et kontrolsystem, som først blev forklaret af den franske biolog André Lwoff i begyndelsen af 1950’erne.
Lysogeni er en fordel for virussen, idet det giver det genetiske materiale mulighed for at bestå i fraværet af en virusfremstilling. Lysogeni kan også være til gavn for værtsbakterien. Den primære fordel for bakterier opstår, når det integrerede virale DNA indeholder et gen, der koder for et toksin. Besiddelse af toksinet kan være en fordel for de bakterier, der etablerer en infektion som en del af deres replikationsstrategi. For eksempel er toksiner, der er kodet af bakteriofagegener, hovedårsagen til de symptomer, der er forbundet med bakteriesygdommene tetanus , difteri og kolera.
Den lysogeniske proces er blevet studeret mest intensivt i en bakteriofag, der betegnes som lambda. I lambda-bakteriofagen afhænger etableringen af lysogeni af tilstedeværelsen af tre virale proteiner. Disse betegnes cI (“c-one”), cII og cIII. cI-proteinet fremstilles først ved hjælp af værtsmolekyler, der fortolker oplysningerne om proteinet i virus-DNA’et, efter at virus-DNA’et er kommet ind i værtsbakterien. På dette tidspunkt er det virale DNA ikke integreret i værtsgenomet, men eksisterer som en selvstændig cirkel. CI er et såkaldt repressorprotein, der fungerer for at besætte sekvenser på det virale genom, som ellers ville blive brugt til at fremstille de forskellige virale proteiner, der er nødvendige for at samle de nye viruspartikler. Ved at besætte disse steder forhindrer cI, at virale proteiner bliver produceret.
Omtrent samtidig bliver virus-DNA’et integreret i værts-DNA’et, og cII- og cIII-proteinerne fremstilles. Disse sidstnævnte proteiner hjælper cI med at blokere syntesen af virale komponenter. Følgelig fungerer cI, cII og cIII således til at opretholde den lysogene tilstand. cII-proteinet fungerer til at gøre fremstillingen af cI i værtens transkriptionsmaskineri mere effektiv. cIII-proteinet er med til at beskytte cII-proteinet mod at blive nedbrudt af værtsenzymer.
Når lysogeni er etableret, vil den fortsatte fremstilling af cI-proteinet opretholde den integrerede tilstand af det virale DNA.
CI-proteinet opretholder sin egen transkription. Bindingen af cI til en bestemt strækning af DNA fremmer genkendelsen og brugen af genet for cI til fremstilling af cI-proteinet. Dette er kendt som positiv kontrol. Ligeledes udøver proteinet en anegativ kontrol af et andet protein (kaldet “cro”). Ved negativ kontrol forhindrer cI’s binding af cI til et område af DNA’et genet for cro i at blive genkendt og brugt til at fremstille cro-proteinet.
“Beslutningen” om at opretholde lysogeni eller at påbegynde den cyklus, hvorved der dannes nye viruspartikler, og bakterien eksplosivt frigiver de nye partikler, er i det væsentlige en konkurrence mellem cI- og cro-proteinerne. Denne konkurrence er centreret om proteinernes binding til en DNA-strækning kaldet OR-operatoren. Denne DNA-strækning har tre steder, som proteinerne kan besætte. Afhængigt af, hvilke steder der er besat af hvilket protein, fremmes fremstillingen af enten cI- eller cro-proteinerne. Hvis der fremstilles mere cI, fortsætter lysogenesen. Hvis der fremstilles cro, begynder processen med viral samling (dvs. den lytiske cyklus). Den lytiske cyklus kan udløses af begivenheder, der skader værtsbakterien, herunder eksponering for miljømæssige stressorer (f.eks. udsættelse for ultraviolet stråling).
Se også Bakteriofag og bakteriofagetypering; Operon; Viral genetik; Virusreplikation