ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

10. ВІРУСИ: ПОШИРЕННЯ ТА СТРУКТУРА

10.3. ВІРУСИ БАКТЕРІЙ (БАКТЕРІОФАГИ)

10.3.2. Розвиток помірних фагів: лізогенія

Описані вище бактеріофаги, як правило, лізують уражені ними бактерії, і тому їх називають вірулентними. Деякі фаги уражають бактерії, але не розмножуються в них автономно і не викликають лізису. Такі фаги називаються помірними, а бактерії — лізогенними. Розмноження помірних фагів проходить синхронно з розмноженням бактерії. Лише дуже рідко в одній з 10²-10³ таких лізогенних бактерій фаг починає спонтанно розмножуватися, і клітина піддається лізису. У цьому випадку, щоб виявити вихід інфекційного фага, як індикатор потрібен інший бактеріальний штам, для якого цей фаг є вірулентним. Якщо змішати лізогенні та надлишок індикаторних бактерій і посіяти цю суміш на агаризоване середовище, то будуть рости і лізогенні, і індикаторні бактерії. Проте час від часу деякі клітини лізогенних бактерій будуть лізуватися, і фагові частини, які з них виходять, будуть уражати чутливі клітини індикаторних бактерій. Це буде супроводжуватись появою бляшок у суцільному бактеріальному газоні. Але у середині кожної такої бляшки збережеться колонія лізогенної бактерії.

Лізогенним бактеріям притаманна потенційна здатність продукувати фаги, але цю здатність не можна виявити ні морфологічно, ні серологічно. Фаг у такому інфекційному стані, який передається дочірнім бактеріальним клітинам під час поділу, називається про фагом. Подібно до інших ознак бактеріальної клітини наявність у ній профага успадковується. Оскільки все потомство лізогенної бактерії також є лізогенним, профаг, очевидно, повинен реплікуватися синхронно і регулярно разом з хромосомою бактерії (див. рис. 10.5).

Лізогенні бактерії є імунними (стійкими) до зараження тими фагами, які в них містяться у вигляді профага. Такий забезпечуваний фагами імунітет зумовлений не неможливістю адсорбції (як за стійкості до вірулентних фагів), а утворенням особливого цитоплазматичного білка-репресора, який перешкоджає розмноженню вегетативних фагів. Цей самий репресор перешкоджає зворотному переходу профага у вегетативний стан і пригнічує синтез фагових білків. Отже, виникнення лізогенного стану пов’язане з утворенням репресорного білка.

Спонтанно, без дії зовнішніх факторів, лізогенні бактерії лізуються рідко. Проте цілий ряд факторів (УФ опромінення, мітоміцин С, алкілувальні агенти) може індукувати в кожній клітині розвиток профага, який веде до утворення і вивільнення інфекційного фага. Індукція, очевидно, зумовлена, інактивацією або знищенням молекул репресора.

Яким чином профаг зв'язаний з бактеріальною хромосомою? Відповідь на це запитання дали дослідження, проведені з фагом λ (лямбда), який є лізогенним для Escherichia coli К-12. Довжина хромосоми фага λ становить лише 2 % від довжини бактеріальної хромосоми. Встановлено, що в лізогенних клітинах профаг міцно з’єднаний з хромосомою клітини-хазяїна, причому фаг λ приєднаний до хромосоми хазяїна в певному місці. Генетичні дослідження показали, що фаг у процесі лізогенізації не просто приєднується до бактеріальної ДНК, а включається в неї, тобто ДНК профага інтегрована в бактеріальну ДНК.

В інтегрованому стані фагова ДНК реплікується разом з бактеріальною і зазнає тих самих регуляторних дій, що й подвоєння бактеріальних хромосом (див. рис. 10.5). Інформація, що міститься у фаговій ДНК, у цей час не проявляється. Тільки під час переходу профага у вегетативний стан відновлюється автономія фагової ДНК (ДНК фага переходить у автономний стан) і починається розмноження фага. Виключення фагової ДНК з бактеріальної хромосоми здійснюється дуже точно і відбувається у тому самому місці, де відбулася інтеграція. Тільки дуже рідко (в одному випадку з 100 000) виключення ДНК фага відбувається аномально.

Як тільки профаг у результаті виключення перейшов у вегетативний стан, він знову стає автономним і може розмножуватися в бактеріальній клітині як вірулентний фат Виключення, таким чином, призводить до лізису бактерії і вивільнення фага.