Lysogenie verwijst naar een proces waarbij een virus dat specifiek een bacterie infecteert, een bacteriofaag (wat “verslinder van bacteriën” betekent), de aanmaak van kopieën van zijn desoxyribonucleïnezuur (DNA ) genetisch materiaal bewerkstelligt door het virale DNA in het DNA van de gastheerbacterie te integreren. Het ingebrachte virale DNA wordt vervolgens samen met het gastheer-DNA gerepliceerd.
De aard van lysogenie bleef vele jaren onopgelost na de ontdekking van de bacteriofaag door Felix d’Hérelle in 1915. Aanvankelijk dacht men dat het plotselinge verschijnen van virussen in bacterieculturen het gevolg was van een virale besmetting. De aanvaarding van lysogenie als een echt fenomeen kwam bijna 40 jaar later.
Bij lysogenie worden geen nieuwe virusdeeltjes aangemaakt. In plaats daarvan blijft het virus in wezen slapend, terwijl het ervoor zorgt dat zijn genetisch materiaal aangemaakt blijft worden. Een belasting van de bacterie, zoals blootstelling van de bacterie aan ultraviolet licht, brengt het viraal DNA ertoe zich af te scheiden van het bacterieel DNA. Vervolgens worden nieuwe virusdeeltjes gevormd in wat bekend staat als de lytische cyclus. De twee processen lysogenie en lysis staan onder een controlesysteem dat voor het eerst werd uitgelegd door de Franse bioloog André Lwoff in het begin van de jaren vijftig.
Lysogenie is voordelig voor het virus, omdat het genetisch materiaal daardoor kan blijven bestaan als er geen virus wordt geproduceerd. Lysogenie kan ook gunstig zijn voor de gastheerbacterie. Het belangrijkste voordeel voor bacteriën doet zich voor wanneer het geïntegreerde virale DNA een gen bevat dat codeert voor een toxine. Het bezit van het toxine kan voordelig zijn voor die bacteriën die een infectie tot stand brengen als onderdeel van hun replicatiestrategie. Zo zijn door bacteriofaaggenen gecodeerde toxinen de belangrijkste oorzaak van de symptomen die gepaard gaan met de bacterieziekten tetanus, difterie en cholera.
Het proces van lysogenie is het meest intensief bestudeerd in een bacteriofaag die wordt aangeduid als lambda. In de lambda-bacteriofaag is de totstandkoming van lysogenie afhankelijk van de aanwezigheid van drie virale eiwitten. Deze worden aangeduid als cI (“c-one”), cII, en cIII. Het cI-eiwit wordt als eerste vervaardigd, met behulp van gastheermoleculen die de informatie voor het eiwit in het virale DNA interpreteren, nadat het virale DNA in de gastheerbacterie is binnengedrongen. Op dat moment is het virale DNA niet in het genoom van de gastheer geïntegreerd, maar bestaat het als een onafhankelijke cirkel. CI is een zogenaamd repressoreiwit dat sequenties op het virale genoom bezet die anders zouden worden gebruikt om de verschillende virale eiwitten te maken die nodig zijn om de nieuwe virusdeeltjes samen te stellen. Door deze plaatsen te bezetten voorkomt cI dat virale eiwitten worden geproduceerd.
Op ongeveer hetzelfde moment wordt het virale DNA in het gastheer-DNA geïntegreerd en worden de cII- en cIII-eiwitten vervaardigd. Deze laatste eiwitten helpen cI bij het blokkeren van de synthese van virale componenten. Aldus functioneren cI, cII en cIII om de lysogene toestand in stand te houden. Het cII-eiwit maakt de aanmaak van cI door de transcriptiemachine van de gastheer efficiënter. Het cIII-eiwit helpt het cII-eiwit te beschermen tegen afbraak door enzymen van de gastheer.
Als de lysogene toestand eenmaal is vastgesteld, zal de voortgezette aanmaak van het cI-eiwit de geïntegreerde toestand van het virale DNA in stand houden.
Het cI-eiwit houdt zijn eigen transcriptie in stand. De binding van cI aan een bepaald stuk DNA bevordert de herkenning en het gebruik van het gen voor cI voor de vervaardiging van het cI-eiwit. Dit staat bekend als positieve controle. Ook oefent het eiwit een negatieve controle uit op een ander eiwit (dat “cro” wordt genoemd). Bij negatieve controle verhindert de binding van cI aan een regio van het DNA dat het gen voor cro wordt herkend en gebruikt om het cro-eiwit te vervaardigen.
De “beslissing” om de lysogenie in stand te houden of om de cyclus te beginnen waarbij nieuwe virusdeeltjes worden gemaakt en de bacterie de nieuwe deeltjes explosief loslaat, is in wezen een competitie tussen de cI- en cro-eiwitten. Deze competitie draait om de binding van de eiwitten aan een stuk DNA dat de OR-operator wordt genoemd. Dit stuk DNA heeft drie plaatsen die door de eiwitten kunnen worden bezet. Afhankelijk van welke plaatsen worden bezet door welk eiwit, wordt de aanmaak van de cI- of de cro-eiwitten bevorderd. Als er meer cI wordt gemaakt, gaat de lysogenese door. Als cro wordt gemaakt, begint het proces van virale assemblage (d.w.z. de lytische cyclus). De lytische cyclus kan op gang worden gebracht door gebeurtenissen die de gastheerbacterie beschadigen, waaronder blootstelling aan milieustressoren (b.v. blootstelling aan ultraviolette straling).
Zie ook Bacteriofaag en bacteriofaagtypering; Operon; Virale genetica; Virusreplicatie