Λιθικές φάσεις κύκλου και πραγματικό παράδειγμα

Το λιθικού κύκλου είναι ένας από τους δύο εναλλακτικούς κύκλους ζωής ενός ιού μέσα σε ένα κύτταρο ξενιστή, με τον οποίο ο ιός που εισέρχεται στο κύτταρο παίρνει τον μηχανισμό της αντιγραφής του. Μόλις το εσωτερικό του, το DNA και οι ιικές πρωτεΐνες κατασκευάζονται και στη συνέχεια λύονται (σπασμένα) το κύτταρο. Έτσι, οι πρόσφατα παραγόμενοι ιοί μπορούν να αφήσουν το κύτταρο ξενιστή τώρα αποσαθρωμένο και να μολύνουν άλλα κύτταρα.

Αυτή η μέθοδος αντιγραφής αντιπαραβάλλεται με τον λυσογόνο κύκλο, κατά την διάρκεια του οποίου ο ιός που έχει μολύνει ένα κύτταρο εισάγεται στο DNA του ξενιστή και λειτουργεί ως αδρανές τμήμα του ϋΝΑ, αναπαράγεται μόνο όταν το κύτταρο διαιρείται..

Ο λυσογόνος κύκλος δεν προκαλεί βλάβη στο κύτταρο ξενιστή, αλλά είναι μια λανθάνουσα κατάσταση, ενώ ο κύκλος του λυτικού συστήματος καταλήγει στην καταστροφή του μολυσμένου κυττάρου.

Ο λυτικός κύκλος θεωρείται γενικά η κύρια μέθοδος της αντιγραφής του ιού, καθώς είναι πιο συνηθισμένη. Επιπρόσθετα, ο λυσογόνος κύκλος μπορεί να οδηγήσει στον λιθικό κύκλο όταν υπάρχει επαγωγικό γεγονός, όπως η έκθεση στο υπεριώδες φως, το οποίο προκαλεί την είσοδο αυτού του λανθάνουσου σταδίου στον λιθικό κύκλο.

Μέσα από την καλύτερη κατανόηση του κύκλου του λυτίου, οι επιστήμονες μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο το ανοσοποιητικό σύστημα ανταποκρίνεται στην απόρριψη αυτών των ιών και τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να αναπτυχθούν νέες τεχνολογίες για να ξεπεραστούν οι ιογενείς ασθένειες..

Για να μάθουν πώς να διακόπτουν την αναπαραγωγή του ιού και να αντιμετωπίζουν έτσι ασθένειες που προκαλούνται από ιούς που επηρεάζουν ανθρώπους, ζώα και γεωργικές καλλιέργειες, διεξάγονται πολλές μελέτες.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι μια μέρα θα είναι σε θέση να κατανοήσουν πώς να σταματήσουν οι ενεργοποιητές που ξεκινούν τον καταστρεπτικό λυτικό κύκλο σε ιούς υγειονομικού ενδιαφέροντος.

Ευρετήριο

• 1 Γενικές αρχές του λιθικού κύκλου
• 2 φάσεις ενός λυτικού κύκλου: Παράδειγμα φάγου Τ4
  • 2.1 Στερέωση / πρόσφυση στο κελί
  • 2.2 Εισαγωγή διείσδυσης / εισόδου
  • 2.3 Αναπαραγωγή / Σύνθεση ιικών μορίων
  • 2.4 Συγκρότηση των ιικών σωματιδίων
  • 2.5 Λύση του μολυσμένου κυττάρου
• 3 Αναφορές

Γενικές αρχές του κύκλου λιθίου

Η ιική αναπαραγωγή κατανοείται καλύτερα μελετώντας τους ιούς που μολύνουν τα βακτηρίδια, γνωστά ως βακτηριοφάγοι (ή φάγοι). Ο λυτικός κύκλος και ο λυσογόνος κύκλος είναι οι δύο βασικές αναπαραγωγικές διεργασίες που έχουν εντοπιστεί σε ιούς.

Με βάση μελέτες με βακτηριοφάγους, αυτοί οι κύκλοι έχουν περιγραφεί. Ο κύκλος του λυτή περιλαμβάνει τον ιό που εισέρχεται σε ένα κύτταρο ξενιστή και παίρνει τον έλεγχο των μορίων που αναδιπλασιάζουν το DNA του κυττάρου για να παράγουν ιογενή ϋΝΑ και ιικές πρωτεΐνες. Αυτές είναι οι δύο τάξεις μορίων που σχηματίζουν δομικά φάγους.

Όταν το κύτταρο ξενιστής έχει πολλά ιικά σωματίδια που παράγονται πρόσφατα μέσα, αυτά τα σωματίδια προάγουν την διάσπαση του κυτταρικού τοιχώματος από μέσα.

Μέσω μοριακών μηχανισμών που είναι χαρακτηριστικοί του φάγου, παράγονται ορισμένα ένζυμα που έχουν την ικανότητα να διασπάσουν τους δεσμούς που διατηρούν το κυτταρικό τοίχωμα, γεγονός που διευκολύνει την απελευθέρωση νέων ιών.

Για παράδειγμα, ο βακτηριοφάγος λάμδα, αφού μολύνει ένα κύτταρο ξενιστή Escherichia coli, συνήθως εισάγει τις γενετικές πληροφορίες του στο βακτηριακό χρωμόσωμα και παραμένει σε αδρανή κατάσταση.

Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες στρες, ο ιός μπορεί να αρχίσει να πολλαπλασιάζεται και να λαμβάνει το λυτικό μονοπάτι. Σε αυτή την περίπτωση, παράγονται αρκετές εκατοντάδες φάγοι, οπότε το βακτηριακό κύτταρο εξομαλύνεται και οι απόγονοι απελευθερώνονται.

Φάσεις λυτικού κύκλου: Παράδειγμα phago Τ4

Οι ιοί που πολλαπλασιάζονται με τον λυτικό κύκλο ονομάζονται μολυσματικοί ιοί επειδή σκοτώνουν το κύτταρο. Το φάγο T4 είναι το πιο μελετημένο πραγματικό παράδειγμα για να εξηγήσουμε τον λιθικό κύκλο, ο οποίος αποτελείται από πέντε στάδια.

Στερέωση / προσκόλληση στο κελί

Ο φάγος Τ4 προσκολλάται πρώτα σε ένα κύτταρο ξενιστή του Escherichia coli. Αυτή η δέσμευση γίνεται από τις ίνες της ουράς του ιού που έχουν πρωτεΐνες με υψηλή συγγένεια για το τοίχωμα του κυττάρου-ξενιστή.

Ο τόπος όπου ο ιός προσκολλάται ονομάζεται περιοχή υποδοχέα, αν και μπορεί επίσης να ενωθεί με απλές μηχανικές δυνάμεις.

Εισαγωγή διείσδυσης / ιών

Για να μολυνθεί ένα κύτταρο, ο ιός πρέπει πρώτα να εισέλθει στο κύτταρο μέσω της μεμβράνης πλάσματος και του κυτταρικού τοιχώματος (εάν υπάρχει). Στη συνέχεια, απελευθερώνει το γενετικό υλικό (RNA ή DNA) στο κύτταρο.

Στην περίπτωση του φάσματος Τ4, μετά τη δέσμευση στο κύτταρο ξενιστή, απελευθερώνεται ένα ένζυμο το οποίο εξασθενεί μία θέση του τοιχώματος του κυττάρου ξενιστή.

Στη συνέχεια, ο ιός εγχέει το γενετικό του υλικό με παρόμοιο τρόπο με μια υποδερμική βελόνα, πιέζοντας το κύτταρο μέσω του αδύναμου σημείου του κυτταρικού τοιχώματος.

Αντιγραφή / Σύνθεση ιικών μορίων

Το νουκλεϊκό οξύ του ιού χρησιμοποιεί το μηχανισμό του κυττάρου ξενιστή για να παράγει μεγάλες ποσότητες ιικών συστατικών, τόσο του γενετικού υλικού όσο και των ιικών πρωτεϊνών που περιλαμβάνουν τα δομικά μέρη του ιού.

Στην περίπτωση των ιών DNA, το DNA μεταγράφει τα ίδια σε μόρια αγγελιαφόρου RNA (mRNA) που στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την κατεύθυνση των ριβοσωμάτων του κυττάρου. Ένα από τα πρώτα ιικά πολυπεπτίδια (πρωτεΐνες) που παράγονται έχει τη λειτουργία της καταστροφής του ϋΝΑ του μολυσμένου κυττάρου.

Σε ρετροϊούς (οι οποίοι εγχέουν έναν κλώνο RNA), ένα μοναδικό ένζυμο που ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφάση μεταγράφει ιικό RNA σε ϋΝΑ, το οποίο μετά μεταγράφεται πάλι στο mRNA.

Στην περίπτωση του φάγου Τ4, το DNA του βακτηρίου Ε. Coli απενεργοποιείται και στη συνέχεια το DNA του ιικού γονιδιώματος παίρνει τον έλεγχο και το ιογενές DNA καθιστά το RNA των νουκλεοτιδίων στο κύτταρο ξενιστή χρησιμοποιώντας τα ένζυμα του κυττάρου ξενιστή.

Συγκέντρωση των ιικών σωματιδίων

Αφού έχουν παραχθεί πολλαπλά αντίγραφα των συστατικών του ιού (νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες) συναρμολογούνται για να σχηματίσουν ολοκληρωμένους ιούς.

Στην περίπτωση του φάσματος Τ4, οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από το DNA φάγου δρουν ως ένζυμα που συνεργάζονται στο σχηματισμό των νέων φάγων.

Όλος ο μεταβολισμός του ξενιστή κατευθύνεται προς την παραγωγή ιικών μορίων, που έχει σαν αποτέλεσμα ένα κύτταρο γεμάτο από νέους ιούς και δεν είναι σε θέση να ανακτήσει τον έλεγχο.

Λύση του μολυσμένου κυττάρου

Μετά τη συναρμολόγηση των νέων σωματιδίων του ιού, παράγεται ένα ένζυμο που διασπά το βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα από μέσα και επιτρέπει την είσοδο ρευστών από το εξωκυτταρικό μέσο.

Η κυψέλη τελικά γεμίζει με υγρό και εκρήξεις (λύση), εξ ου και το όνομά της. Οι νέοι ιοί που απελευθερώνονται είναι ικανοί να μολύνουν άλλα κύτταρα και έτσι να ξεκινήσουν ξανά τη διαδικασία.

Αναφορές

1. Brooker, R. (2011). Έννοιες της Γενετικής (1η έκδοση). McGraw-Hill Εκπαίδευση.
2. Campbell, Ν. & Reece, J. (2005). Βιολογία (2η έκδοση) Pearson Education.
3. Engelkirk, Ρ. & Duben-Engelkirk, J. (2010). Μικροβιολογία του Burton για τις Επιστήμες της Υγείας (9η έκδ.). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Οι Lodish, H., Berk, Α., Kaiser, C., Krieger, Μ., Bretscher, Α., Ploegh, Η., Amon, Α. & Martin,. Molecular Cell Biology (8η έκδοση). W. Η. Freeman and Company.
5. Malacinski, G. (2005). Τα βασικά της μοριακής βιολογίας (4η έκδοση). Jones & Bartlett Learning.
6. Russell, Ρ., Hertz, Ρ. & McMillan, Β. (2016). Βιολογία: Η Δυναμική Επιστήμη (4η έκδοση). Εκπαιδευτική εκπαίδευση.
7. Solomon, Ε., Berg, L. & Martin, D. (2004). Βιολογία (7η έκδοση) Εκμάθηση των πόρων.