ЛІТИЧНИЙ ЦИКЛ: ФАЗИ ТА РЕАЛЬНИЙ ПРИКЛАД - БІОЛОГІЯ - 2025

Літичний цикл є одним з двох альтернативних життєвих циклів вірусу в клітці - господаря, через які вірус , який проникає в клітину бере на себе механізм реплікації клітини. Потрапивши всередину, ДНК і вірусні білки виробляються, а потім лізують (розбивають) клітину. Таким чином, новоспечені нові віруси можуть покинути розпалася нині клітину-хазяїна та заразити інші клітини.

Цей спосіб реплікації протиставляється лізогенному циклу, під час якого вірус, який заразив клітину, вставляється в ДНК господаря і, діючи як інертний сегмент ДНК, реплікується лише тоді, коли клітина ділиться.

Фаг лямбда: літичний цикл і лізогенний цикл

Лізогенний цикл не завдає шкоди клітині-хазяїну, але є прихованим станом, тоді як літичний цикл призводить до руйнування зараженої клітини.

Літичний цикл, як правило, вважається основним методом реплікації вірусу, оскільки він є більш поширеним. Крім того, лізогенний цикл може призвести до літичного циклу, коли відбувається подія індукції, наприклад, вплив ультрафіолетового світла, що призводить до того, що ця латентна стадія переходить у літичний цикл.

Шляхом кращого розуміння літичного циклу вчені можуть краще зрозуміти, як імунна система реагує на відштовхування цих вірусів, і як можна розробити нові технології для подолання вірусних захворювань.

Для того, щоб навчитися переривати вірусну реплікацію і таким чином вирішувати захворювання, спричинені вірусами, що вражають людину, тварин та сільськогосподарські культури, проводиться багато досліджень.

Вчені сподіваються, що одного разу вдасться зрозуміти, як зупинити тригери, які запускають руйнівний літичний цикл щодо вірусів, що турбують здоров'я.

Узагальнення літичного циклу

Розмноження вірусів найкраще зрозуміти, вивчаючи віруси, що заражають бактерії, відомі як бактеріофаги (або фаги). Літичний цикл і лізогенний цикл - це два основні репродуктивні процеси, які були виявлені у вірусів.

На основі досліджень з бактеріофагами були описані ці цикли. Літичний цикл передбачає потрапляння вірусу в клітину-хазяїна і поглинання молекул, які копіюють ДНК клітини для отримання вірусної ДНК та вірусних білків. Це два класи молекул, які структурно складають фаги.

Коли в клітині господаря є багато щойно утворених вірусних частинок всередині неї, ці частинки сприяють руйнуванню клітинної стінки зсередини.

Через молекулярні механізми фага виробляються певні ферменти, які мають здатність розривати зв’язки, що підтримують клітинну стінку, що полегшує вивільнення нових вірусів.

Наприклад, лямбда бактеріофага після зараження клітиною-господарем кишкової палички зазвичай вставляє свою генетичну інформацію в бактеріальну хромосому і залишається в стані спокою.

Однак за певних стресових умов вірус може почати розмножуватися і проходити літичний шлях. У цьому випадку утворюється кілька сотень фагів, в цей момент бактеріальна клітина лізується і потомство вивільняється.

Фаги літичного циклу: Приклад фага Т4

Віруси, що розмножуються через літичний цикл, називаються вірулентними вірусами, оскільки вони вбивають клітину. Фаг Т4 - найбільш вивчений реальний приклад для пояснення літичного циклу, який складається з п'яти етапів.

Фіксація / адгезія до клітини

Фаг Т4 спочатку приєднується до клітини господаря Escherichia coli. Це зв'язування здійснюється волокнами хвоста вірусу, які мають білки з високою спорідненістю до клітинної стінки господаря.

Місця, де вірус приєднується, називаються рецепторними ділянками, хоча до нього також можна приєднатися простими механічними силами.

Проникнення / потрапляння вірусу

Щоб заразити клітину, вірус повинен спочатку потрапити в клітину через плазматичну мембрану та клітинну стінку (якщо є). Потім він вивільняє свій генетичний матеріал (РНК або ДНК) у клітину.

У випадку фага Т4 після зв’язування з клітиною-господарем виділяється фермент, який послаблює ділянку на клітинній стінці господаря.

Потім вірус вводить свій генетичний матеріал, подібний до підшкірної голки, притискаючись до клітини через слабке місце в клітинній стінці.

Реплікація / синтез вірусних молекул

Нуклеїнова кислота вірусу використовує механізм клітини-господаря для отримання великої кількості вірусних компонентів, як генетичного матеріалу, так і вірусних білків, що складають структурні частини вірусу.

Що стосується вірусів ДНК, ДНК перетворюється на молекули гілки РНК (мРНК), які потім використовуються для спрямування рибосом клітини. Один з перших вироблених вірусних поліпептидів (білків) виконує функцію руйнування ДНК інфікованої клітини.

У ретровірусах (які вводять нитку РНК) унікальний фермент, званий зворотною транскриптазою, транскрибує вірусну РНК у ДНК, яка потім транскрибується назад у мРНК.

У випадку фага Т4 ДНК бактерій E. coli інактивується, і тоді ДНК вірусного геному переймає, а вірусна ДНК робить РНК нуклеотидів у клітині-хазяїні, використовуючи ферменти клітини-господаря.

Збірка вірусних частинок

Після отримання декількох копій вірусних компонентів (нуклеїнових кислот і білків) вони збираються, утворюючи цілі віруси.

У випадку фагу Т4 білки, кодовані фаговою ДНК, діють як ферменти, які співпрацюють у формуванні нового фага.

Весь метаболізм господаря спрямований на виробництво вірусних молекул, в результаті чого клітина наповнюється новими вірусами і не може відновити контроль.

Лізис зараженої клітини

Після складання нових вірусних частинок виробляється фермент, який руйнує стінку бактеріальної клітини зсередини і дозволяє потрапляти рідини з позаклітинного середовища.

Клітина з часом заповнюється рідиною і лопається (лізис), звідси і її назва. Випущені нові віруси здатні заразити інші клітини і тим самим розпочати процес заново.

Список літератури

1. Брукер, Р. (2011). Поняття генетики (1-е видання). Освіта McGraw-Hill.
2. Кемпбелл, Н. та Різ, Дж. (2005). Біологія (2-е видання) Пірсонова освіта.
3. Engelkirk, P. & Duben-Engelkirk, J. (2010). Мікробіологія Бертона для наук про здоров'я (9-е видання). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Амон, А. і Мартін, К. (2016). Молекулярна клітинна біологія (8-е видання). WH Freeman and Company.
5. Малачинський, Г. (2005). Основи молекулярної біології (4-е видання). Навчання Джонса і Бартлетта.
6. Рассел, П., Герц, П. і Макміллан, Б. (2016). Біологія: Динамічна наука (4-е видання). Cengage Learning.
7. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Біологія (7-е вид.) Навчання за участю.