Lytischer Zyklus

Bei der Vermehrung von Bakteriophagen unterscheidet man einen lytischen und einen lysogenen Zyklus.

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Der lytische Vermehrungszyklus eines Virus ist mit dem Tod der Wirtszelle verbunden; sie lysiert. Dabei werden die neu produzierten Viren entlassen und können wieder neue Zellen befallen, es handelt sich um virulente Viren. Das lysierte Bakterium entlässt zwischen 100 und 200 Phagen (Wurfgröße).

Der lytische Zyklus von E. coli mit dem T4-Phagen dauert bei 37°C 20 bis 30min.

• Wirtszelle - Kontakt mit Virus (Adsorption)
• "Injektion" des Phagengenoms (DNA oder RNA)
• Integration des Phagengenoms in das Wirtsgenom
  (bei RNA Viren erst Transkription in DNA dann Integration)
• Intrazelluläre Vermehrung der Viruspartikel
• Lyse der Wirtszelle
• Infektion weiterer Zellen

Im folgenden wird der Vorgang für einen geradzahligen Phagen der T-Reihe beschrieben, andere Phagen können in einigen Details abweichende Abläufe zeigen. Der lytische Infektionszyklus verläuft exakt nach dem unter 3.) beschriebenen Schema: Trifft ein Phage auf eine geeignete Wirtszelle und kommt mit ihr in Kontakt, adsorbiert er mit Schwanzfasern und spikes spezifische Zellwandbestandteile der Wirtszelle. Bei diesen Rezeptoren handelt es sich unter anderem um Antigenstrukturen, Lipoproteine oder Lipopolysaccharide auf der Wirtszelloberfläche, für die der entsprechende Phage eine Affinität besitzt. Diese Affinität erklärt auch die strenge Wirtsspezifität, der Phagen unterliegen - nur der Phage, dessen Proteine von Endplatte, Schwanzfasern und spikes zu dem Rezeptor auf der Wirtzellenoberfläche passt, kann an die Zelle „andocken“. Fehlt der Rezeptor natürlicherweise (da es sich um das falsche Bakterium handelt) oder ist er durch Mutation verloren gegangen, ist die Zelle unempfindlich, also resistent für eine Infektion durch den betreffenden Phagen. Hieraus können resistente Klone entstehen.

Ist der Phage an die Zellwand adsorbiert (der Prozess ist irreversibel und damit einer Antigen-Antikörper-Reaktion ähnlich), läuft eine Kontraktion der Schwanzscheide mit gleichzeitigem Eindringen des Schwanzrohres durch die Zellwand ab. Dieser Vorgang bereitet die Injektion der Phagen-DNA vor und wird durch gleichzeitige Abgabe von lytischen Phagenenzymen, welche die Zellwand durchgängig machen, unterstützt. Bei Injektion des Phagengenoms bleibt die leere Proteinhülle aus Kapsid und Injektionsapparat auf der Oberfläche der Wirtszelle zurück. Dieses zurückbleibende Viruspartikel ohne DNA bezeichnet man als ghost.

Unmittelbar nach der Injektion der Phagen-DNA lassen sich in der Bakterienzelle keine Phagen beziehungsweise keine Phagenpartikel nachweisen, dieser Zeitraum wird Eklipse oder Latenzzeit genannt. Bei Escherichia coli beträgt diese Latenzzeit etwa 10 Minuten. Während dieser Zeit passiert nur scheinbar nichts in der Zelle. Tatsächlich wird während dieser Phase der gesamte Stoffwechsel der Wirtszelle auf die Produktion von Phagenbauteilen umgestellt. So wird die Zellteilung und die Synthese von bakterieller DNA augenblicklich nach der Injektion der viralen DNA eingestellt, indem mit Hilfe von zelleigenen Enzymen die virale DNA in eine mRNA transkribiert wird und Proteine synthetisiert werden, welche die bakterieneigene DNA-Synthese unterbrechen, die bereits vorhandene bakterielle DNA in Bruchstücke zerlegen und hieraus neue Phagen-DNA synthetisieren. Im weiteren Verlauf der Infektion werden auch sogenannte „späte“ Gene transkribiert, welche die Synthese von Strukturproteinen (wie Kopf, Schwanzrohr, Schwanzfasern etc.) bewirken. Diese Bauteile werden in der Wirtszelle zunächst einzeln, und dann zu neuen Phagen zusammengesetzt. Das Auftreten des ersten assemblierten Phagen beendet die Eklipse. Von jetzt an werden Phagen assembliert, bis der Innendruck der Wirtszelle ein bestimmtes Maß übersteigt und die bereits durch ein Lysozym-ähnliches Enzym, welches parallel zum Zusammenbau der Phagenpartikel synthetisiert wird, die Zellwand aufreißt. Dadurch werden die neu gebildeten Phagen freigesetzt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Lysis. Phagen, die bei einer Wirtszelle eine Lysis auslösen, nennt man virulent.