La lisogenia si riferisce ad un processo per cui un virus che infetta specificamente un batterio, un batteriofago (che significa “divoratore di batteri”), ottiene la fabbricazione di copie del suo materiale genetico di acido desossiribonucleico (DNA) integrando il DNA virale nel DNA del batterio ospite. Il DNA virale inserito viene poi replicato insieme al DNA dell’ospite.
La natura della lisogenia è rimasta irrisolta per molti anni dopo la scoperta del batteriofago da parte di Felix d’Hérelle nel 1915. L’improvvisa apparizione di virus in colture di batteri è stata inizialmente pensata come il risultato di una contaminazione virale. L’accettazione della lisogenia come fenomeno reale arrivò quasi 40 anni dopo.
Nella lisogenia non vengono prodotte nuove particelle di virus. Invece, il virus rimane essenzialmente dormiente, pur garantendo che il suo materiale genetico continui ad essere prodotto. Uno stress al batterio, come l’esposizione del batterio alla luce ultravioletta, fa sì che il DNA virale si separi dal DNA batterico. Quindi, si formeranno nuove particelle di virus in quello che è conosciuto come il ciclo litico. I due processi di lisogenia e lisi sono sotto un sistema di controllo spiegato per la prima volta dal biologo francese André Lwoff nei primi anni ’50.
La lisogenia è di beneficio per il virus, permettendo al materiale genetico di persistere in assenza di una fabbricazione del virus. La lisogenia può anche essere benefica per il batterio ospite. Il beneficio principale per i batteri si verifica quando il DNA virale integrato contiene un gene che codifica una tossina. Il possesso della tossina può essere vantaggioso per quei batteri che stabiliscono un’infezione come parte della loro strategia di replicazione. Per esempio, le tossine codificate dai geni dei batteriofagi sono la causa principale dei sintomi associati alle malattie batteriche del tetano, della difterite e del colera.
Il processo di lisogenia è stato studiato più intensamente in un batteriofago che è designato come lambda. Nel batteriofago lambda, l’instaurazione della lisogenia dipende dalla presenza di tre proteine virali. Queste sono designate cI (“c-one”), cII e cIII. La proteina cI viene prodotta per prima, utilizzando molecole dell’ospite che interpretano le informazioni per la proteina contenute nel DNA virale, dopo l’ingresso del DNA virale nel batterio ospite. A questo punto il DNA virale non è integrato nel genoma dell’ospite, ma esiste come un circolo indipendente. CI è una cosiddetta proteina repressore che opera per occupare sequenze sul genoma virale che altrimenti verrebbero utilizzate per produrre le varie proteine virali necessarie per assemblare le nuove particelle virali. Occupando questi siti, cI impedisce la produzione di proteine virali.
All’incirca nello stesso momento, il DNA virale si integra nel DNA dell’ospite e vengono prodotte le proteine cII e cIII. Queste ultime proteine aiutano cI nel compito di bloccare la sintesi dei componenti virali. Di conseguenza, cI, cII e cIII funzionano per mantenere lo stato lisogeno. La proteina cII funziona per rendere più efficiente la produzione di cI da parte del macchinario di trascrizione dell’ospite. La proteina cIII aiuta a proteggere la proteina cII dall’essere degradata dagli enzimi dell’ospite.
Una volta che la lisogenia è stabilita, la produzione continua della proteina cI manterrà lo stato integrato del DNA virale.
La proteina cI mantiene la propria trascrizione. Il legame di cI a un certo tratto di DNA promuove il riconoscimento e l’uso del gene per cI per produrre la proteina cI. Questo è noto come controllo positivo. Inoltre, la proteina esercita un controllo negativo su un’altra proteina (chiamata “cro”). Nel controllo negativo, il legame di cI a una regione del DNA impedisce al gene per cro di essere riconosciuto e usato per fabbricare la proteina cro.
La “decisione” di mantenere la lisogenia o di iniziare il ciclo in cui vengono fatte nuove particelle di virus e il batterio rilascia esplosivamente le nuove particelle è essenzialmente una competizione tra le proteine cI e cro. Questa competizione si basa sul legame delle proteine a un tratto di DNA chiamato operatore OR. Questo tratto di DNA ha tre siti che le proteine possono occupare. A seconda di quali siti sono occupati da quale proteina, viene promossa la produzione delle proteine cI o cro. Se si produce più cI, la lisogenia continua. Se si produce cro, inizia il processo di assemblaggio virale (cioè il ciclo litico). Il ciclo litico può essere innescato da eventi che danneggiano il batterio ospite, compresa l’esposizione a fattori di stress ambientale (ad esempio, l’esposizione a radiazioni ultraviolette).
Vedi anche Batteriofago e tipizzazione dei batteriofagi; Operone; Genetica virale; Replicazione del virus