LITHICKÝ CYKLUS: FÁZE A SKUTEČNÝ PŘÍKLAD - BIOLOGIE - 2025

Lytický cyklus je jedním ze dvou alternativních životních cyklů viru v hostitelské buňce, do které je virus, který vstupuje do buňky přebírá mechanismu replikace buňky. Jakmile jsou uvnitř, vytvoří se DNA a virové proteiny a poté se lyžují (rozbijí) buňky. Nově vytvořené nové viry tak mohou opustit nyní dezintegrovanou hostitelskou buňku a infikovat další buňky.

Tento způsob replikace je v kontrastu s lysogenním cyklem, během něhož se virus, který infikoval buňku, vloží do DNA hostitele a jako inertní segment DNA se replikuje pouze při dělení buněk.

Lambda fág: lytický cyklus a lysogenní cyklus

Lysogenní cyklus nezpůsobuje žádné poškození hostitelské buňky, ale je latentním stavem, zatímco lytický cyklus má za následek destrukci infikované buňky.

Lytický cyklus je obecně považován za hlavní metodu virové replikace, protože je běžnější. Lysogenní cyklus může navíc vést k lytickému cyklu, když dojde k indukci, jako je expozice ultrafialovému světlu, která způsobí, že tento latentní stupeň vstoupí do lytického cyklu.

Díky lepšímu pochopení lytického cyklu mohou vědci lépe porozumět tomu, jak imunitní systém reaguje na odrazování těchto virů, a jak lze vyvinout nové technologie k překonání virových chorob.

Abychom se naučili, jak přerušit replikaci virů a řešit tak choroby způsobené viry, které ovlivňují lidi, zvířata a zemědělské plodiny, probíhá mnoho studií.

Vědci doufají, že jednoho dne budou schopni porozumět tomu, jak zastavit spouštěče, které zahajují destruktivní lytický cyklus u virů ohrožujících zdraví.

Obecné rysy litického cyklu

Virová reprodukce je nejlépe pochopena studováním virů, které infikují bakterie, známé jako bakteriofágy (nebo fágy). Lytický cyklus a lysogenní cyklus jsou dva základní reprodukční procesy, které byly identifikovány u virů.

Na základě studií s bakteriofágy byly tyto cykly popsány. Lytický cyklus zahrnuje vstup viru do hostitelské buňky a převzetí molekul, které replikují DNA buňky, aby vytvořily virovou DNA a virové proteiny. Toto jsou dvě třídy molekul, které strukturně tvoří fágy.

Když hostitelská buňka obsahuje mnoho nově vytvořených virových částic uvnitř, tyto částice podporují rozpad buněčné stěny zevnitř.

Prostřednictvím molekulárních mechanismů fágu jsou produkovány určité enzymy, které mají schopnost přerušit vazby, které udržují buněčnou stěnu, což usnadňuje uvolňování nových virů.

Například bakteriofág lambda po infikování hostitelské buňky Escherichia coli normálně vloží svou genetickou informaci do bakteriálního chromozomu a zůstává v klidovém stavu.

Za určitých stresových podmínek se však virus může začít množit a brát lytickou cestu. V tomto případě je produkováno několik stovek fágů, v tomto okamžiku je bakteriální buňka lyzována a potomstvo je uvolněno.

Fágy lytického cyklu: Příklad fágu T4

Viry, které se rozmnožují lytickým cyklem, se nazývají virulentní viry, protože ničí buňku. Fág T4 je nejstudovanějším skutečným příkladem pro vysvětlení lytického cyklu, který se skládá z pěti fází.

Fixace / přilnavost k buňce

Fág T4 se nejprve připojí k hostitelské buňce Escherichia coli. Tato vazba je prováděna vlákny virového ocasu, které mají proteiny s vysokou afinitou pro buněčnou stěnu hostitele.

Místa, kde se virus sám připojuje, se nazývají receptorová místa, ačkoli to lze také připojit jednoduchými mechanickými silami.

Pronikání / vstup viru

K infikování buňky musí virus nejprve vstoupit do buňky přes plazmatickou membránu a buněčnou stěnu (pokud je přítomna). Poté uvolňuje svůj genetický materiál (RNA nebo DNA) do buňky.

V případě fága T4 se po vazbě na hostitelskou buňku uvolní enzym, který oslabuje místo na stěně hostitelské buňky.

Virus potom vstříkne svůj genetický materiál podobný injekční jehle a tlačí na buňku slabým místem v buněčné stěně.

Replikace / syntéza virových molekul

Nukleová kyselina viru používá strojní zařízení hostitelské buňky k produkci velkého množství virových složek, jak genetického materiálu, tak virových proteinů, které obsahují strukturální části viru.

V případě DNA virů se DNA přepisuje do molekul messenger RNA (mRNA), které se pak používají k řízení ribozomů buňky. Jeden z prvních produkovaných virových polypeptidů (proteinů) plní funkci ničení DNA infikované buňky.

U retrovirů (které injektují vlákno RNA) přepisuje jedinečný enzym zvaný reverzní transkriptáza virovou RNA do DNA, která se poté přepisuje zpět na mRNA.

V případě fága T4 je DNA bakterií E. coli inaktivována a poté převezme DNA virového genomu a virová DNA vytvoří RNA nukleotidů v hostitelské buňce pomocí enzymů hostitelské buňky.

Sestavení virových částic

Po vytvoření více kopií virových složek (nukleových kyselin a proteinů) se shromáždí, aby vytvořily celé viry.

V případě fága T4 fungují proteiny kódované fágovou DNA jako enzymy, které spolupracují při tvorbě nového fágu.

Veškerý metabolismus hostitele je zaměřen na produkci virových molekul, což vede k buňce plné nových virů a neschopnosti znovu získat kontrolu.

Lýza infikovaných buněk

Po sestavení nových virových částic se vytvoří enzym, který z vnitřní strany odbourává stěnu bakteriální buňky a umožňuje vstup tekutin z extracelulárního prostředí.

Buňka se nakonec naplní tekutinou a praskne (lýza), odtud její jméno. Nové uvolněné viry jsou schopné infikovat další buňky, a tak zahájit proces znovu.

Reference

1. Brooker, R. (2011). Pojmy genetiky (1. vydání). McGraw-Hill Education.
2. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
3. Engelkirk, P. & Duben-Engelkirk, J. (2010). Burtonova mikrobiologie pro zdravotnické vědy (9. vydání). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. ed.). WH Freeman and Company.
5. Malacinski, G. (2005). Základy molekulární biologie (4. vydání). Jones & Bartlett Learning.
6. Russell, P., Hertz, P. a McMillan, B. (2016). Biology: The Dynamic Science (4. vydání). Cengage Learning.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.