Lysogenialla tarkoitetaan prosessia, jossa bakteerin spesifisesti infektoiva virus, bakteriofagi (joka tarkoittaa ”bakteerien syöjää”), saa aikaan deoksiribonukleiinihappo (DNA ) -geneettisen aineistonsa kopioiden valmistuksen integroimalla viruksen DNA:n isäntäbakteerin DNA:han . Integroitu viruksen DNA replikoituu sitten isännän DNA:n mukana.
Lysogeneesin luonne pysyi ratkaisemattomana monta vuotta sen jälkeen, kun Felix d’Hérelle löysi bakteriofaagin vuonna 1915. Viruksen äkillisen esiintymisen bakteeriviljelmissä ajateltiin aluksi johtuvan viruskontaminaatiosta . Lysogenia hyväksyttiin todellisena ilmiönä lähes 40 vuotta myöhemmin.
Lysogeniassa ei synny uusia viruspartikkeleita. Sen sijaan virus pysyy pohjimmiltaan lepotilassa varmistaen samalla, että sen geneettistä materiaalia valmistetaan edelleen. Bakteeriin kohdistuva stressi, kuten bakteerin altistaminen ultraviolettivalolle, käynnistää viruksen DNA:n irtoamisen bakteerin DNA:sta. Tämän jälkeen muodostuu uusia virushiukkasia niin sanotussa lyyttisessä syklissä. Nämä kaksi prosessia, lysogenia ja lyysi, ovat ohjausjärjestelmän alaisia, jonka ranskalainen biologi André Lwoff selitti ensimmäisen kerran 1950-luvun alussa.
Lysogeniasta on hyötyä virukselle, sillä se mahdollistaa geneettisen materiaalin säilymisen ilman viruksen valmistusta. Lysogeniasta voi olla hyötyä myös isäntäbakteerille. Ensisijainen hyöty bakteereille syntyy, kun integroitunut viruksen DNA sisältää geenin, joka koodaa toksiinia. Toksiinin hallussapito voi olla edullista niille bakteereille, jotka luovat infektion osana replikaatiostrategiaansa. Esimerkiksi bakteriofagigeenien koodaamat toksiinit ovat pääsyy bakteeritauteihin jäykkäkouristus , kurkkumätä ja kolera liittyvien oireiden aiheuttajina.
Lysogeneesiprosessia on tutkittu intensiivisimmin bakteriofagissa, jota kutsutaan nimellä lambda. Lambda-bakteriofagissa lysogenian syntyminen riippuu kolmen virusproteiinin läsnäolosta. Nämä ovat cI (”c-one”), cII ja cIII. cI-proteiini valmistetaan ensin käyttämällä isäntämolekyylejä, jotka tulkitsevat viruksen DNA:n sisältämän proteiinitiedon, sen jälkeen kun viruksen DNA on päässyt isäntäbakteeriin. Tässä vaiheessa viruksen DNA ei ole integroitunut isännän genomiin, vaan se on olemassa itsenäisenä kehänä. CI on niin sanottu repressoriproteiini, joka toimii niin, että se miehittää viruksen genomissa olevia sekvenssejä, joita muutoin käytettäisiin erilaisten virusproteiinien valmistamiseen, joita tarvitaan uusien viruspartikkelien kokoamiseen. Miehittämällä näitä kohtia cI estää virusproteiinien tuottamisen.
Viiruksen DNA integroituu isännän DNA:han suunnilleen samaan aikaan ja cII- ja cIII-proteiinit valmistuvat. Nämä jälkimmäiset proteiinit avustavat cI:tä viruksen komponenttien synteesin estämisessä. Näin ollen cI, cII ja cIII toimivat lysogeenisen tilan ylläpitämiseksi. cII-proteiinin tehtävänä on tehostaa cI:n valmistusta isännän transkriptiokoneistossa. cIII-proteiini auttaa suojaamaan cII-proteiinia siltä, että isännän entsyymit eivät hajota sitä .
Kun lysogeenisuus on vakiintunut, cI-proteiinin jatkuva valmistus ylläpitää viruksen DNA:n integroitunutta tilaa.
CI-proteiini ylläpitää omaa transkriptiotaan. CI:n sitoutuminen tiettyyn DNA-jaksoon edistää cI-geenin tunnistamista ja käyttöä cI-proteiinin valmistukseen. Tätä kutsutaan positiiviseksi kontrolliksi. Proteiini harjoittaa myös negatiivista kontrollia toiseen proteiiniin (ns. cro). Negatiivisessa kontrollissa cI:n sitoutuminen DNA:n tiettyyn alueeseen estää cro-geenin tunnistamisen ja käyttämisen cro-proteiinin valmistukseen.
”Päätös” ylläpitää lysogeneesiä tai aloittaa sykli, jossa syntyy uusia virushiukkasia ja bakteeri vapauttaa räjähdysmäisesti uusia hiukkasia, on pohjimmiltaan cI- ja cro-proteiinien välinen kilpailu. Tämä kilpailu keskittyy proteiinien sitoutumiseen DNA:n osaan, jota kutsutaan OR-operaattoriksi. Tällä DNA-jaksolla on kolme paikkaa, joita proteiinit voivat käyttää. Riippuen siitä, mitkä paikat mikäkin proteiini miehittää, joko cI- tai cro-proteiinien valmistusta edistetään. Jos cI-proteiinia valmistetaan enemmän, lysogeneesi jatkuu. Jos cro:ta valmistetaan, viruksen kokoamisprosessi (eli lyyettinen sykli) alkaa. Lyyttisen syklin voivat käynnistää tapahtumat, jotka vahingoittavat isäntäbakteeria, mukaan lukien altistuminen ympäristöstressitekijöille (esim. ultraviolettisäteilylle altistuminen).
Katso myös Bakteriofaagit ja bakteriofaagien tyypitys; Operoni; Virusgenetiikka; Virusreplikaatio