Lizogeneza odnosi się do procesu, w którym wirus, który specjalnie infekuje bakterię, bakteriofag (co oznacza „pożeracz bakterii”), osiąga produkcję kopii swojego kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA ) materiału genetycznego poprzez integrację wirusowego DNA z DNA bakterii gospodarza . Wprowadzone wirusowe DNA jest następnie replikowane wraz z DNA gospodarza.
Natura lizogenezy pozostawała nierozwiązana przez wiele lat po odkryciu bakteriofaga przez Felixa d’Hérelle w 1915 roku. Początkowo sądzono, że nagłe pojawienie się wirusa w hodowlach bakterii jest wynikiem zakażenia wirusowego. Akceptacja lizogenezy jako rzeczywistego zjawiska nastąpiła prawie 40 lat później.
W lizogenii nie powstają nowe cząstki wirusa. Zamiast tego, wirus zasadniczo pozostaje uśpiony, zapewniając jednocześnie, że jego materiał genetyczny jest nadal produkowany. Stres dla bakterii, taki jak wystawienie bakterii na działanie światła ultrafioletowego, powoduje oddzielenie się wirusowego DNA od DNA bakterii. Wówczas powstają nowe cząsteczki wirusa, co nazywane jest cyklem litycznym. Te dwa procesy lizogenezy i lizy podlegają systemowi kontroli po raz pierwszy wyjaśnionemu przez francuskiego biologa André Lwoffa we wczesnych latach pięćdziesiątych.
Lizogeneza jest korzystna dla wirusa, umożliwiając przetrwanie materiału genetycznego w przypadku braku produkcji wirusa. Lizogeneza może być również korzystna dla bakterii gospodarza. Podstawowa korzyść dla bakterii występuje wtedy, gdy zintegrowane wirusowe DNA zawiera gen kodujący toksynę. Posiadanie toksyny może być korzystne dla tych bakterii, które ustanawiają infekcję jako część ich strategii replikacji. Na przykład, toksyny kodowane przez geny bakteriofagów są główną przyczyną objawów związanych z chorobami bakteryjnymi tężca , błonicy i cholery.
Proces lizogenezy był najintensywniej badany w bakteriofagu, który jest oznaczany jako lambda. W bakteriofagu lambda, ustanowienie lizogenezy zależy od obecności trzech białek wirusowych. Są one oznaczone jako cI („c-one”), cII i cIII. Białko cI jest produkowane jako pierwsze, przy użyciu cząsteczek gospodarza, które interpretują informację o białku zawartą w wirusowym DNA, po wniknięciu wirusowego DNA do bakterii gospodarza. W tym momencie wirusowe DNA nie jest zintegrowane z genomem gospodarza, lecz istnieje jako niezależny krąg. CI jest tak zwanym białkiem represorowym, które działa w celu zajęcia sekwencji w genomie wirusowym, które w przeciwnym razie zostałyby wykorzystane do produkcji różnych białek wirusowych, potrzebnych do złożenia nowych cząstek wirusa. Zajmując te miejsca, cI zapobiega wytwarzaniu białek wirusowych.
Mniej więcej w tym samym czasie wirusowe DNA integruje się z DNA gospodarza i wytwarzane są białka cII i cIII. Te ostatnie białka wspomagają cI w blokowaniu syntezy składników wirusowych. Odpowiednio, cI, cII i cIII funkcjonują w celu utrzymania stanu lizogenicznego. Białko cII funkcjonuje w celu usprawnienia wytwarzania cI przez maszynerię transkrypcyjną gospodarza. Białko cIII pomaga chronić białko cII przed degradacją przez enzymy gospodarza .
Od momentu ustanowienia lizogenezy, ciągłe wytwarzanie białka cI będzie utrzymywać zintegrowany stan wirusowego DNA.
Białko cI utrzymuje własną transkrypcję. Wiązanie cI z pewnym odcinkiem DNA promuje rozpoznanie i wykorzystanie genu dla cI do produkcji białka cI. Jest to znane jako kontrola pozytywna. Podobnie, białko to wywiera negatywną kontrolę na inne białko (określane jako „cro”). W negatywnej kontroli, wiązanie cI do regionu DNA zapobiega gen z cro od rozpoznania i stosowania do produkcji białka cro.
„Decyzja”, aby utrzymać lizogenię lub rozpocząć cykl, w którym nowe cząstki wirusa są wykonane i bakteria wybuchowo uwalnia nowe cząstki jest zasadniczo konkurencja między cI i białka cro. Rywalizacja ta koncentruje się na wiązaniu białek do odcinka DNA zwanego operatorem OR. Ten odcinek DNA ma trzy miejsca, które białka mogą zajmować. W zależności od tego, które miejsca są zajęte przez które białko, promowana jest produkcja białek cI lub cro. Jeśli wytwarzanych jest więcej cI, lizogeneza jest kontynuowana. Jeśli wytwarzane jest cro, rozpoczyna się proces składania wirusa (tzn. cykl lityczny). Cykl lityczny może być wywołany przez zdarzenia, które uszkadzają bakterię gospodarza, włączając w to ekspozycję na stresory środowiskowe (np. ekspozycję na promieniowanie ultrafioletowe).
Zobacz także Bakteriofag i typowanie bakteriofagów; Operon; Genetyka wirusów; Replikacja wirusa
.