วงจร LYSOGENIC คืออะไร? - ชีววิทยา

วงจร lysogenicเรียกว่า lysogeny เป็นขั้นตอนในกระบวนการการสืบพันธุ์ของไวรัสบางชนิดส่วนใหญ่เป็นผู้ที่ติดเชื้อแบคทีเรีย ในวงจรนี้ไวรัสจะแทรกกรดนิวคลีอิกเข้าไปในจีโนมของแบคทีเรียที่เป็นโฮสต์

วัฏจักรนี้ก่อตัวขึ้นร่วมกับวัฏจักร lytic ซึ่งเป็นกลไกการจำลองแบบหลักสองประการของไวรัส เมื่อแบคเทอริโอเฟจในระหว่างวัฏจักรไลโซนิกแทรกดีเอ็นเอของมันเข้าไปในจีโนมของแบคทีเรียมันจะกลายเป็นโพรเฟส

Zlir'a เวอร์ชันภาษาสเปนโดย Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons

แบคทีเรียที่ติดเชื้อนี้ยังคงมีชีวิตและแพร่พันธุ์ต่อไป เมื่อเกิดการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียจะได้รับแบบจำลองของการพยากรณ์ด้วย สิ่งนี้ส่งผลให้เซลล์แบคทีเรียของลูกสาวแต่ละคนติดเชื้อจากการทำนายด้วย

การแพร่พันธุ์ของแบคทีเรียที่ติดเชื้อและดังนั้นการพยากรณ์ของโฮสต์สามารถดำเนินต่อไปได้หลายชั่วอายุคนโดยไม่มีการสำแดงของไวรัสเกิดขึ้น

ในบางครั้งโดยธรรมชาติหรือภายใต้สภาวะความเครียดจากสิ่งแวดล้อม DNA ของไวรัสจะแยกออกจากแบคทีเรีย เมื่อการแยกจีโนมของแบคทีเรียเกิดขึ้นไวรัสจะเริ่มวงจร lytic

ขั้นตอนการสืบพันธุ์ของไวรัสนี้จะทำให้เกิดการแตกของเซลล์แบคทีเรีย (lysis) ทำให้สามารถปล่อยสำเนาใหม่ของไวรัสได้ เซลล์ยูคาริโอตยังเสี่ยงต่อการถูกโจมตีโดยไวรัสไลโซจินิก อย่างไรก็ตามยังไม่ทราบว่าการแทรกดีเอ็นเอของไวรัสลงในจีโนมของเซลล์ยูคาริโอตเกิดขึ้นได้อย่างไร

Bacteriophage virus ฉีดจีโนมเข้าไปในแบคทีเรีย ถ่ายและแก้ไขจาก: Thomas Splettstoesser (แปลเป็นภาษาสเปนโดย Alejandro Porto) ผ่าน Wikimedia Commons

แบคทีเรีย

ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียเท่านั้นเรียกว่า bacteriophages พวกเขาเรียกอีกอย่างว่า phages ขนาดของไวรัสประเภทนี้ค่อนข้างแปรปรวนโดยมีช่วงขนาดอยู่ระหว่าง 20 ถึง 200 นาโนเมตรโดยประมาณ

แบคทีเรียมีอยู่ทั่วไปและสามารถเจริญเติบโตได้ในทุกสภาพแวดล้อมที่พบแบคทีเรีย ตัวอย่างเช่นมีการประมาณว่าแบคทีเรียน้อยกว่าสามในสี่ที่อาศัยอยู่ในทะเลติดเชื้อจาก phages

วงจรของการติดเชื้อไวรัส

การติดเชื้อไวรัสเริ่มต้นด้วยการดูดซับเฟส การดูดซับ Phage เกิดขึ้นในสองขั้นตอน ในกลุ่มแรกที่เรียกว่าย้อนกลับได้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไวรัสกับโฮสต์ที่มีศักยภาพจะอ่อนแอ

การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมใด ๆ อาจทำให้เกิดการหยุดปฏิสัมพันธ์นี้ได้ ในการโต้ตอบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางกลับกันตัวรับที่เฉพาะเจาะจงจะเกี่ยวข้องกับการป้องกันการหยุดชะงักของการโต้ตอบ

ดีเอ็นเอของไวรัสสามารถเข้าไปภายในแบคทีเรียได้ก็ต่อเมื่อเกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ต่อจากนั้นและขึ้นอยู่กับชนิดของ phage สิ่งเหล่านี้สามารถดำเนินวงจรการสืบพันธุ์ต่างๆได้

นอกเหนือจากวัฏจักร lytic และ lysogenic ที่อธิบายไว้แล้วยังมีวัฏจักรการสืบพันธุ์อื่น ๆ อีกสองวัฏจักรการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและวงจร pseudolysogenic

วงจร Lytic

ในขั้นตอนนี้การจำลองแบบของไวรัสภายในแบคทีเรียจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ในท้ายที่สุดแบคทีเรียจะได้รับการสลายตัวของผนังเซลล์และไวรัสตัวใหม่จะถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม

ฟาจที่ปล่อยออกมาใหม่แต่ละตัวสามารถโจมตีแบคทีเรียตัวใหม่ได้ การทำซ้ำอย่างต่อเนื่องของกระบวนการนี้ช่วยให้การติดเชื้อเติบโตแบบทวีคูณ Bacteriophages ที่มีส่วนร่วมในวงจรน้ำเหลืองเรียกว่า phages ที่รุนแรง

วงจร Lysogenic

ในวัฏจักรนี้การแตกของเซลล์เจ้าบ้านจะไม่เกิดขึ้นเช่นเดียวกับในวัฏจักร lytic หลังจากขั้นตอนการดูดซับและการแทรกซึมแล้วขั้นตอนของการรวม DNA phage เข้ากับเซลล์แบคทีเรียจะดำเนินต่อไปเพื่อเป็นการพยากรณ์

การจำลองแบบฟาจจะเกิดขึ้นพร้อมกันกับการสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย การพยากรณ์ที่รวมอยู่ในจีโนมของแบคทีเรียจะได้รับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมโดยแบคทีเรียลูกสาว ไวรัสสามารถดำเนินต่อไปได้โดยไม่ต้องแสดงตัวเป็นแบคทีเรียหลายชั่วอายุคน

กระบวนการนี้เป็นเรื่องปกติเมื่อจำนวนแบคทีเรียมีมากเมื่อเทียบกับจำนวนแบคทีเรีย ไวรัสที่ดำเนินวงจรไลโซจินิกไม่ได้ก่อให้เกิดความรุนแรงและเรียกว่าพอสมควร

ในที่สุดโปรเฟสสามารถแยกออกจากจีโนมของแบคทีเรียและเปลี่ยนเป็นไลติคเฟสได้ หลังเข้าสู่วงจร lithogenic ที่นำไปสู่การสลายตัวของแบคทีเรียและการติดเชื้อแบคทีเรียใหม่

วงจร Lytic และ Lysogenic นำมาและแก้ไขจาก: Suly12 จาก Wikimedia Commons

วงจรการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

แบคทีเรียบางชนิดมีการจำลองแบคทีเรียจำนวนมากภายใน ในกรณีนี้ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างวงจรไลโซนิกจะไม่ก่อให้เกิดการสลายตัวของแบคทีเรีย

ไวรัสที่จำลองแบบใหม่จะถูกปล่อยออกมาจากแบคทีเรียตามสถานที่เฉพาะบนเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่ทำให้เกิดการแตก วงจรนี้เรียกว่าการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

วงจร Pseudolysogenic

บางครั้งความพร้อมของสารอาหารในอาหารปานกลางไม่ดีสำหรับแบคทีเรียที่จะเติบโตและแพร่พันธุ์ตามปกติ ในกรณีเหล่านี้เชื่อกันว่าพลังงานของเซลล์ที่มีอยู่ไม่เพียงพอสำหรับเฟสในการสร้าง lysogenesis หรือ lysis

ด้วยเหตุนี้ไวรัสจึงเข้าสู่วงจร pseudolysogenic อย่างไรก็ตามรอบนี้ยังไม่ค่อยมีใครรู้

การแปลงไลโซเจนิก

ในที่สุดในฐานะที่เป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างการพยากรณ์และแบคทีเรียอดีตสามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ของแบคทีเรียได้

สิ่งนี้เกิดขึ้นส่วนใหญ่เมื่อแบคทีเรียโฮสต์ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของวงจรปกติของไวรัส ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแปลงไลโซเจนิก

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในแบคทีเรียโดย DNA ของ prophage ช่วยเพิ่มความสำเร็จทางชีวภาพของโฮสต์ ด้วยการเพิ่มขีดความสามารถทางชีวภาพและความสำเร็จในการอยู่รอดของแบคทีเรียไวรัสยังให้ประโยชน์อีกด้วย

ประเภทของความสัมพันธ์ที่เป็นประโยชน์สำหรับผู้เข้าร่วมทั้งสองคนสามารถจัดเป็นประเภทของ symbiosis อย่างไรก็ตามต้องจำไว้ว่าไวรัสไม่ถือว่าเป็นสิ่งมีชีวิต

ประโยชน์หลักที่ได้รับจากแบคทีเรียที่เปลี่ยนรูปแบบ lysogenically คือการป้องกันการโจมตีของแบคทีเรียอื่น ๆ การเปลี่ยนไลโซจินิกยังสามารถเพิ่มความสามารถในการก่อโรคของแบคทีเรียในโฮสต์

แม้แต่แบคทีเรียที่ไม่ก่อให้เกิดโรคก็สามารถทำให้เกิดโรคได้โดยการเปลี่ยนไลโซจินิก การเปลี่ยนแปลงของจีโนมนี้เป็นไปอย่างถาวรและถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้

Phagotherapy

Phage therapy เป็นการบำบัดที่ประกอบด้วยการใช้ phage เป็นกลไกควบคุมเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค วิธีการควบคุมแบคทีเรียนี้ถูกใช้เป็นครั้งแรกในปีพ. ศ. 2462

ในครั้งนั้นมันถูกใช้เพื่อรักษาผู้ป่วยที่เป็นโรคบิดซึ่งได้ผลลัพธ์ที่ดีอย่างสมบูรณ์ การบำบัดแบบฟาจถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในช่วงต้นศตวรรษที่ผ่านมา

ด้วยการค้นพบเพนิซิลลินรวมถึงสารปฏิชีวนะอื่น ๆ การบำบัดด้วยฟาจจึงถูกทิ้งร้างในยุโรปตะวันตกและในทวีปอเมริกา

การใช้ยาปฏิชีวนะตามอำเภอใจทำให้แบคทีเรียมีความทนทานต่อยาปฏิชีวนะหลายสายพันธุ์ แบคทีเรียเหล่านี้เกิดบ่อยขึ้นและดื้อยามากขึ้น

ด้วยเหตุนี้จึงมีความสนใจใหม่ในโลกตะวันตกในการพัฒนาการบำบัดด้วย phage เพื่อควบคุมการปนเปื้อนและการติดเชื้อแบคทีเรีย

ข้อดีของการบำบัดด้วย phage

1) การเติบโตของ phages เกิดขึ้นอย่างทวีคูณการเพิ่มการออกฤทธิ์เมื่อเวลาผ่านไปยาปฏิชีวนะในทางกลับกันจะสูญเสียผลของมันเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการทำลายการเผาผลาญของโมเลกุล

2) Phages มีความสามารถในการกลายพันธุ์ซึ่งช่วยให้สามารถต่อสู้กับความต้านทานที่แบคทีเรียสามารถพัฒนาไปสู่การโจมตีได้ ในทางกลับกันยาปฏิชีวนะมักมีหลักการออกฤทธิ์เหมือนกันดังนั้นเมื่อแบคทีเรียพัฒนาความต้านทานต่อหลักการที่ใช้งานอยู่ยาปฏิชีวนะก็ไม่มีประโยชน์

3) Phage therapy ไม่มีผลข้างเคียงที่อาจเป็นอันตรายต่อผู้ป่วย

4) การพัฒนาสายพันธุ์ phage ใหม่เป็นขั้นตอนที่รวดเร็วและถูกกว่าการค้นพบและพัฒนายาปฏิชีวนะตัวใหม่มาก

5) ยาปฏิชีวนะไม่เพียง แต่ส่งผลต่อแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์อื่น ๆ ด้วย ในทางกลับกัน Phages อาจเป็นชนิดเฉพาะดังนั้นการรักษาแบคทีเรียที่รับผิดชอบต่อการติดเชื้อจึงสามารถ จำกัด ได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อจุลินทรีย์อื่น ๆ

6) ยาปฏิชีวนะไม่ได้ฆ่าแบคทีเรียทั้งหมดดังนั้นแบคทีเรียที่รอดชีวิตสามารถส่งข้อมูลทางพันธุกรรมที่ก่อให้เกิดการต่อต้านยาปฏิชีวนะไปยังลูกหลานของพวกมันได้ซึ่งจะสร้างสายพันธุ์ที่ดื้อยา Lysogenetic bacteriophages ฆ่าแบคทีเรียที่ติดเชื้อลดความเป็นไปได้ในการพัฒนาสายพันธุ์แบคทีเรียที่ดื้อยา

อ้างอิง

L.-C. Fortier, O. Sekulovic (2013). ความสำคัญของการพยากรณ์ต่อวิวัฒนาการและความรุนแรงของเชื้อโรคแบคทีเรีย ความรุนแรง
E. Kutter, D. De Vos, G.Gvasalia, Z. Alavidze, L. Gogokhia, S.Kuhl, ST Abedon (2010) Phage therapy ในทางคลินิก: การรักษาการติดเชื้อในมนุษย์ เทคโนโลยีชีวภาพทางเภสัชกรรมในปัจจุบัน
วงจร Lysogenic บน Wikipedia สืบค้นจาก en.wikipedia.org.
อาร์มิลเลอร์ M. Day (2008) เรื่องเขียนที่ส่งไปตีพิมพ์ของ lysogeny, pseudolysogeny และความอดอยากต่อระบบนิเวศ phage ใน: Stephen T Abedon (eds) นิเวศวิทยาของแบคทีเรีย: การเติบโตของประชากรวิวัฒนาการและผลกระทบของไวรัสแบคทีเรีย สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
C. Prada-Peñaranda, AV Holguín-Moreno, AF González-Barrios, MJ Vives-Flórez (2015) Phage therapy ทางเลือกในการควบคุมการติดเชื้อแบคทีเรีย อนาคตในโคลอมเบีย Universitas Scientiarum
M. Skurnik, E. Strauch (2549). Phage therapy: ข้อเท็จจริงและนิยาย International Journal of Medical Microbiology.

วงจร LYSOGENIC คืออะไร? - ชีววิทยา - 2026