Proprietatile bacteriilor lizogene

Proprietatile bacteriilor lizogene

Bacteriile lizogene dobandesc proprietati noi, care deriva din insasi existenta profagului in stare integrata: imunitatea si inductia litica.

l. Imunitatea. Bacteriile lizogene sunt imune la suprainfectia cu un fag omolog (identic). Chiar daca genomul fagic este injectat in citoplasma sa, evolutia spre liza este stopata, deoarece represorul deja existent in celula lizogena va represa exprimarea functiilor genomice ale virusului suprainfectant. Suprainfectia unei celule lizogene cu un fag identic este abortiva. Fagul nu se multiplica si genomul sau se dilueaza in populatia bacteriana rezultata prin diviziunea succesiva a generatiilor de celule lizogene.

Imunitatea fata de fagul suprainfectant este determinata de represor si, ca urmare, evolutia oricarui fag suprainfectant, depinde de sensibilitatea lui fata de represorul rezident in celula lizogena: daca este sensibil, infectia este abortiva, iar daca este rezistent, infectia evolueaza spre liza. Daca doi fagi manifesta sensibilitate fata de acelasi represor, se numesc fagi coimuni. Imunitatea bacteriana, datorata represiei specifice a genelor fagice, prin intermediul proteinei represor, trebuie deosebita de rezistenta bacteriana la infectie, controlata genetic, fiind datorata absentei receptorilor pentru fag, sau pierderii capacitatii de a face sinteza acestora, ceea ce transforma bacteriile sensibile in bacterii rezistente.

2. Inductia litica. Bacteriile lizogene au, potential, capacitatea de evolutie litica, denumita inca si inductie litica. Ele se pot liza "spontan", fara interventia unui fag suprainfectant de la exterior. In mod obisnuit, fenomenul inductiei litice se produce cu o frecventa mica (l/l0² - l0⁷ celule), dar are o frecventa mult mai mare dupa expunerea bacteriilor lizogene "inductibile", la actiunea unor agenti inductori: radiatiile UV sau X, peroxizi, azotiperita, agenti alkilanti. Sub actiunea lor, majoritatea celulelor mor, iar cele care supravietuiesc sufera fenomenul de "inductie", adica de trecere din starea lizogena spre ciclul litic. Agentii inductori, probabil inhiba sinteza represorului. Profagul iesit de sub actiunea inhibitorie a represorului se excizeaza din cromosomul bacterian si trece in stare libera (vegetativa), evoluand spre liza, cu eliberare de particule fagice progene. In mod normal, excizia ADN viral se face cu exactitate la nivelul situsurilor sale de integrare ca profag (att P si att B), astfel incat fagii eliberati sunt identici din punct de vedere genetic, cu fagul infectant originar.

Cu o frecventa mica (l/l0⁵ - l0⁶ celule), excizia genomului fagic se face la nivelul altor situsuri ale cromosomului bacterian. Rezulta astfel, o molecula de ADN circulara, care contine o mica secventa a ADN bacterian, adiacenta situsului de insertie a profagului (in acest caz, gnele gal sau bio), din care lipseste o secventa echivalenta de ADN fagic, situata la capatul opus al profagului. Genomul fagic, purtator al unei secvente a cromosomului bacterian este incorporat in fagii maturi. Astfel de particule fagice sunt transductoare. Intr-un nou ciclu infectios, fagii transductori aduc in celula bacteriana, atat genomul viral, cat si secventele de ADN bacterian pe care le transduc.

Mecanisme celulare de aparare antifagica

Bacteriile si-au elaborat mecanisme de rezistenta fata de infectia fagica, iar fagii au elaborat strategii de contracarare, ceea ce reflecta importanta majora pe care o are infectia fagica in mediile naturale.

Mecanismul major de aparare a celulei este reprezentat de sistemul enzimatic de restrictie-modificare. Enzimele de restrictie hidrolizeaza ADN exogen care n-a fost modificat chimic (in special prin metilare) la situsurile specifice. Ele recunosc situsurile specifice ale ADN exogen, cliveaza molecula, iar exonucleazele nespecifice degradeaza fragmentele lineare rezultate (Vezi enzime de restrictie).

ADN celular este protejat de actiunea enzimelor de restrictie prin modificare. ADN fagic care scapa actiunii enzimelor de restrictie, este modificat si fagul se multiplica. La ciclul infectios urmator, teoretic, toate celulele tulpinii bacteriene vor fi sensibile la infectia fagica, deoarece ADN fagic este deja modificat.

Fagii evita fenomenul restrictiei bacteriene pe diferite cai. Prima modalitae este frecventa mica a secventelor de recunoastere. De exemplu, fagii infectiosi pentru Bacillus spp. au putine palindroame de 4 baze, recunoscute de enzimele bacteriene de restrictie, iar colifagii au putine palindroame de 6 baze, pe care le recunosc restrictazele de E. coli.

Importanta studiului cuplului lizogen fag - E. coli

Studiul cuplului fag-bacterie, dar in special studiul interactiunii lizogene fag l - E. coli (tulpina K₁₂) a avut un rol esential in fundamentarea conceptelor biologiei moleculare. Studiul aceluiasi model a furnizat o explicatie logica cu privire la mecanismul genezei cancerului viral. In l952, A. Lwoff a emis ipoteza, demonstrata ulterior, ca virusurile oncogene isi datoreaza actiunea cancerigena, proprietatii lor de a se integra ca provirus in genomul celulei gazda.

Fagul este un factor care influenteaza semnificativ variabilitatea si evolutia populatiilor bacteriene in mediile naturale, deoarece o anumita categorie de fagi poate sa asigure transferul materialului genetic de la o celula la alta, prin mecanismul transductiei genetice.

Ciclul de multiplicare fagica are loc numai in celulele care cresc rapid. Concluzia este ca in mediile aquatice, cei mai multi fagi (>90%) se mentin si se propaga sub forma temperata in celulele lizogene, din urmatoarele motive :

cele mai multe bacterii din mediile aquatice nu ofera posibilitatea multiplicarii fagilor, deoarece se gasesc intr-o stare de crestere lenta sau de infometare;

majoritatea mediilor aquatice sunt caracterizate printr-o densitate mica (<10⁵ celule/ml) a celulelor bacteriene ;

in stare libera, fagii isi pastreaza infectiozitatea un interval foarte scurt. Sansa adsorbtiei lor pe o celula bacteriana sensibila si intierea unui nou ciclu de multiplicare este foarte mica. In absenta acesteia, fagii se adsorb pe substante organice, pe diverse particule coloidale, pe resturi de celule bacteriene.

Din aceaste cauze, modalitatea principala de propagare a fagilor in mediile naturale, este cea de genom integrat (profag) in cromosomul bacterian.

Densitatea virionilor in mediile aquatice se schimba rapid. Cresterea rapida a densitatii virionilor se datoreaza, probabil, infectiei si lizei sincrone a celulelor sensibile.

Printre cei circa 4000 de fagi cunoscuti, regula generala a interactiunii cu gazda este specificitatea. Un fag virulent, cu un spectru de gazda restrans va fi eliminat rapid dintr-un mediu in care bacteriile gazda cresc lent si au densitate mica.

S-au identificat fagi polivalenti, cu spectru larg de gazda. Cei mai reprezentativi in acest sens sunt fagii a caror capsida contine lipide. Ei pot infecta bacterii Gram pozitive si Gram negative. Spectrul de gazda foarte larg se explica prin faptul ca receptorul fagic este codificat de plasmide conjugative.

Pseudolizogenia (starea de purtator) se aseamana cu lizogenia, prin aceea ca dupa infectie, fagul intra intr-o faza de eclipsa, dar spre deosebire de lizogenie, genomul fagic ramane in stare fizic independenta si nu se replica. De aceea, nu se distribuie in mod egal, in cele doua celule fiice rezultate din diviziune. Pseudolizogenia este determinata de conditiile de infometare ale celulei. Energia disponibila pentru initierea lizei sau lizogeniei este insuficienta. De indata ce energia celulara devine disponibila, fagii intracelulari devin lizogeni sau initiaza ciclul litic.