A lizogénia olyan folyamat, amelynek során egy baktériumot specifikusan megfertőző vírus, a bakteriofág (ami azt jelenti, hogy “baktériumfaló”), a vírus DNS-ének a gazdabaktérium DNS-ébe való beépülésével éri el a dezoxiribonukleinsav (DNS ) genetikai anyagának másolatainak előállítását. A beillesztett vírus-DNS aztán a gazdaszervezet DNS-ével együtt replikálódik.
A lizogén természetét Felix d’Hérelle 1915-ös bakteriofág felfedezése után sokáig nem sikerült tisztázni. A vírus hirtelen megjelenését a baktériumtenyészetekben először úgy gondolták, hogy vírusfertőzés eredménye . A lizogénia valós jelenségként való elfogadása csaknem 40 évvel később történt meg.
A lizogénia során nem keletkeznek új vírusrészecskék. Ehelyett a vírus lényegében nyugalmi állapotban marad, miközben biztosítja, hogy genetikai anyaga továbbra is készüljön. A baktériumot érő stressz, például a baktérium ultraibolya fénynek való kitettsége kiváltja a vírus DNS-ének leválását a baktérium DNS-éről. Ezután új vírusrészecskék képződnek az úgynevezett litikus ciklusban. A lizogén és a lízis két folyamata egy olyan szabályrendszer alatt áll, amelyet először André Lwoff francia biológus magyarázott meg az 1950-es évek elején.
A lizogén előnyös a vírus számára, mivel lehetővé teszi a genetikai anyag fennmaradását vírusgyártás hiányában. A lizogénia a gazdabaktérium számára is előnyös lehet. A baktérium számára az elsődleges előny akkor jelentkezik, ha az integrált vírus-DNS tartalmaz egy toxint kódoló gént. A toxin birtoklása előnyös lehet azon baktériumok számára, amelyek szaporodási stratégiájuk részeként fertőzést hoznak létre. Például a bakteriofág gének által kódolt toxinok a fő okozói a tetanusz , a diftéria és a kolera baktériumbetegségekhez kapcsolódó tüneteknek.
A lizogén folyamatát a legintenzívebben a lambda nevű bakteriofágon tanulmányozták. A lambda bakteriofágban a lizogenitás létrejötte három vírusfehérje jelenlététől függ. Ezeket cI (“c-one”), cII és cIII jelölik. A cI fehérjét állítják elő először, olyan gazdamolekulák segítségével, amelyek a vírus DNS-ben található fehérje információját értelmezik, a vírus DNS-nek a gazdabaktériumba való bejutását követően. Ekkor a vírus-DNS nem integrálódik a gazdabaktérium genomjába, hanem önálló körként létezik. A CI egy úgynevezett represszor fehérje, amely úgy működik, hogy elfoglalja azokat a szekvenciákat a vírusgenomban, amelyeket egyébként az új vírusrészecskék összeállításához szükséges különböző vírusfehérjék előállítására használnának. Azáltal, hogy elfoglalja ezeket a helyeket, a cI megakadályozza a vírusfehérjék előállítását.
Ezzel nagyjából egy időben a vírus DNS integrálódik a gazdaszervezet DNS-ébe, és a cII és cIII fehérjéket gyártják. Ez utóbbi fehérjék segítik a cI-t a víruskomponensek szintézisének blokkolásában. Ennek megfelelően a cI, a cII és a cIII a lizogén állapot fenntartására szolgál. A cII fehérje a cI-nek a gazdaszervezet transzkripciós gépezete általi előállítását teszi hatékonyabbá. A cIII fehérje segít megvédeni a cII fehérjét attól, hogy a gazdaszervezet enzimei lebontsák .
Amikor a lizogén állapot kialakul, a cI fehérje folyamatos előállítása fenntartja a vírus DNS integrált állapotát.
A cI fehérje fenntartja saját transzkripcióját. A cI kötődése a DNS egy bizonyos szakaszához elősegíti a cI gén felismerését és felhasználását a cI fehérje előállításához. Ezt nevezzük pozitív kontrollnak. Valamint a fehérje negatív kontrollt gyakorol egy másik fehérje (az úgynevezett “cro”) felett. A negatív kontroll során a cI kötődése a DNS egy régiójához megakadályozza a cro gén felismerését és felhasználását a cro fehérje előállításához.
A “döntés” a lizogén fenntartásáról vagy a ciklus elindításáról, amelynek során új vírusrészecskék keletkeznek, és a baktérium robbanásszerűen kibocsátja az új részecskéket, lényegében a cI és a cro fehérjék közötti verseny. Ez a verseny a fehérjéknek az OR operátornak nevezett DNS-szakaszhoz való kötődésén alapul. A DNS-nek ezen a szakaszán három olyan hely van, amelyet a fehérjék elfoglalhatnak. Attól függően, hogy melyik fehérje melyik helyet foglalja el, a cI- vagy a cro-fehérjék előállítását segíti elő. Ha több cI készül, akkor folytatódik a lizogén. Ha cro készül, megkezdődik a vírusösszeszerződés folyamata (azaz a lítikus ciklus). A litikus ciklust olyan események indíthatják el, amelyek károsítják a gazdabaktériumot, beleértve a környezeti stresszoroknak való kitettséget (pl. ultraibolya sugárzásnak való kitettség).
Lásd még: Bakteriofág és bakteriofág tipizálás; Operon; Vírusgenetika; Vírus replikáció
.