Lysogeni är en process där ett virus som specifikt infekterar en bakterie, en bakteriofag (som betyder ”bakterieätare”), tillverkar kopior av sitt genetiska material i form av desoxyribonukleinsyra (DNA) genom att integrera virusets DNA i värdbakteriens DNA. Det integrerade virus-DNA:t replikeras sedan tillsammans med värd-DNA:t.
Lysogenins natur förblev olöst i många år efter det att Felix d’Hérelle upptäckte bakteriofagen 1915. Det plötsliga uppträdandet av virus i bakteriekulturer trodde man först att det berodde på viruskontaminering . Det dröjde nästan 40 år innan man accepterade lysogeni som ett verkligt fenomen.
I lysogeni tillverkas inga nya viruspartiklar. I stället förblir viruset i huvudsak vilande, samtidigt som det ser till att dess genetiska material fortsätter att tillverkas. En påfrestning på bakterien, t.ex. om bakterien utsätts för ultraviolett ljus, utlöser att virus-DNA:t separeras från bakteriens DNA. Därefter bildas nya viruspartiklar i vad som kallas den lytiska cykeln. De två processerna lysogeni och lysis är under ett kontrollsystem som först förklarades av den franske biologen André Lwoff i början av 1950-talet.
Lysogeni är till fördel för viruset, eftersom det genetiska materialet kan fortleva i avsaknad av en virustillverkning. Lysogeni kan också vara till fördel för värdbakterien. Den främsta nyttan för bakterier uppstår när det integrerade virus-DNA:t innehåller en gen som kodar för ett toxin. Innehav av toxinet kan vara fördelaktigt för de bakterier som etablerar en infektion som en del av sin replikationsstrategi. Toxiner som kodas av bakteriofaggener är till exempel den huvudsakliga orsaken till de symtom som är förknippade med bakteriesjukdomarna stelkramp , difteri och kolera.
Lysogeniprocessen har studerats mest intensivt i en bakteriofag som betecknas som lambda. I lambda-bakteriofagen är etableringen av lysogeni beroende av närvaron av tre virusproteiner. Dessa benämns cI (”c-one”), cII och cIII. cI-proteinet tillverkas först, med hjälp av värdmolekyler som tolkar informationen om proteinet som finns i virus-DNA:t, efter det att virus-DNA:t trängt in i värdbakterien. Vid denna tidpunkt är virus-DNA inte integrerat i värdgenomet utan existerar som en självständig cirkel. CI är ett så kallat repressorprotein som verkar för att ockupera sekvenser på virusgenomet som annars skulle användas för att tillverka de olika virusproteiner som behövs för att sätta ihop de nya viruspartiklarna. Genom att ockupera dessa platser förhindrar cI att virusproteiner tillverkas.
Ungefär samtidigt integreras virus-DNA:t i värd-DNA:t och cII- och cIII-proteinerna tillverkas. Dessa sistnämnda proteiner hjälper cI i uppgiften att blockera syntesen av virala komponenter. Följaktligen fungerar cI, cII och cIII för att upprätthålla det lysogena tillståndet. cII-proteinet fungerar för att effektivisera tillverkningen av cI i värdens transkriptionsmaskineri. cIII-proteinet hjälper till att skydda cII-proteinet från att brytas ned av värdens enzymer.
När lysogenin väl är etablerad kommer den fortsatta tillverkningen av cI-proteinet att bibehålla det integrerade tillståndet hos det virala DNA:t.
CI-proteinet upprätthåller sin egen transkription. Bindningen av cI till en viss sträcka av DNA främjar igenkännandet och användningen av genen för cI för att tillverka cI-proteinet. Detta är känt som positiv kontroll. Likaså utövar proteinet en anegativ kontroll av ett annat protein (kallas ”cro”). Vid negativ kontroll förhindrar bindningen av cI till en region av DNA att genen för cro känns igen och används för att tillverka cro-proteinet.
”Beslutet” att bibehålla lysogeni eller att påbörja den cykel där nya viruspartiklar tillverkas och bakterien explosivt släpper ut de nya partiklarna är i huvudsak en tävling mellan cI- och cro-proteinerna. Denna konkurrens är inriktad på proteinernas bindning till en bit av DNA som kallas OR-operatorn. Denna DNA-sträcka har tre platser som proteinerna kan ta upp. Beroende på vilka platser som upptas av vilket protein främjas tillverkningen av antingen cI- eller cro-proteinerna. Om mer cI tillverkas fortsätter lysogenin. Om cro tillverkas börjar processen för viral sammansättning (dvs. den lytiska cykeln). Den lytiska cykeln kan utlösas av händelser som skadar värdbakterien, inklusive exponering för miljöstressorer (t.ex. exponering för ultraviolett strålning).
Se även Bakteriofag och bakteriofagstypning; Operon; Virusgenetik; Virusreplikation
.