I batteriofagi (fago) sono virus che infettano specificamente i batteri. Hanno un ciclo di vita a due fasi, che risiedono in uno stato dormiente all’interno del genoma ospite (ciclo lisogenico) o dirottano il macchinario cellulare ospite per la propria replica (ciclo litico). Qui esploreremo i passi importanti del ciclo litico.
Qual è il ciclo litico?,
Mentre il risultato finale del ciclo litico è la produzione di nuova progenie di fagi e la morte della cellula batterica ospite, questo è un processo multistep che coinvolge un coordinamento preciso della trascrizione genica e dei processi fisici. Il fago deve identificare una cellula batterica ospite sensibile e adatta a cui è in grado di attaccarsi. Dopo l’introduzione del materiale genetico del fago nella cellula, il genoma ospite è distrutto ed il fago utilizza il macchinario cellulare ospite per fare le copie del suo proprio genoma e sintetizzare le componenti strutturali., Nuovi fagi sono assemblati prima che la cellula ospite finalmente lises e la progenie fago rilasciato nell’ambiente circostante per trovare nuove cellule bersaglio.
Fasi del ciclo litico
Attacco del fago
Per entrare in una cellula batterica ospite, il fago deve prima attaccarsi al batterio (chiamato anche adsorbimento). Il contatto iniziale tra fago e batterio avviene spesso attraverso collisioni casuali e il legame iniziale è reversibile. Non tutte le combinazioni di batteri-fagi hanno recettori compatibili e proteine leganti i recettori, quindi questo è un processo selettivo., Diverse specie di fagi mirano a una gamma di diverse molecole sulle cellule batteriche, tra cui parti di polisaccaridi, proteine e altre strutture superficiali cellulari come pili. Per quanto ne sappiamo, queste molecole bersaglio rientrano tutte nella categoria dei componenti della parete cellulare batterica o delle strutture sporgenti.
Le proteine leganti i recettori dei fagi sono più frequentemente associate alle code dei fagi, ma sono state identificate in altre località del fago. Dopo il legame reversibile, il fago si lega irreversibilmente alla cellula, non sempre attraverso lo stesso recettore della fase iniziale di legame., Questo processo di legame in due fasi può essere utile soprattutto nei casi in cui il dominio di legame irreversibile è meno facile da accedere, migliorando la probabilità di accoppiamento con la cella bersaglio corretta.
I batteri hanno un certo numero di modi per difendersi dall’attacco dei fagi che si concentrano attorno a mascherare i recettori con capsule mucoidi o strati di melma, producendo inibitori competitivi o bloccando altrimenti l’accesso. I recettori dei fagi sono spesso identificati da mutazioni che rendono i batteri resistenti alla lisi dei fagi., Il Database dei recettori dei fagi (PhReD) fornisce un utile repository di recettori noti sulle superfici delle cellule ospiti.
Ingresso di cellule batteriche
Il successo dell’adsorbimento innesca le fasi successive dell’infezione che richiedono l’iniezione del materiale genetico del fago nella cellula ospite. Per questo il fago deve penetrare nella cellula batterica. Le prove hanno suggerito che l’attaccamento e la penetrazione sono coordinati dalla piastra di base nel fago dalla coda. Le code dei fagi variano ampiamente in natura, ma le più sofisticate hanno un tubo per la consegna di materiale genetico circondato da una guaina contrattile., La guaina si contrae come una molla arrotolata e poi sul rilascio guida il tubo nella cellula batterica. Nel fago T4, l’intero complesso della piastra di base-coda-tubo è costituito da circa un milione di atomi, che costituiscono 145 catene di 15 diverse proteine. La cellula fago vuoto che viene lasciato al di fuori del batterio è chiamato il fantasma o ciambella.
Replicazione dei fagi
Una volta all’interno, il fago sintetizza proteine precoci tra cui endonucleasi ed esonucleasi che degradano il genoma ospite. Sono quindi in grado di utilizzare il macchinario della cellula ospite per sintetizzare proteine e produrre progenie., I nucleotidi rilasciati possono essere riciclati dal fago per la replicazione della propria progenie (ad esempio fago T7) o escreti dalla cellula ospite (ad esempio fago T5). Piccole modifiche chimiche (nel caso del fago T4, modificazione chimica delle citidine virali) al genoma del fago consentono di differenziare il suo materiale genetico dal genoma ospite e prevengono l’auto-degradazione durante questo processo. Altre proteine precoci includono quelle necessarie per la replicazione del genoma del fago., L’RNA non è suddiviso, quindi il fago può anche produrre inibitori che impediscono all’RNA polimerasi ospite di interferire con le polimerasi virali durante l’infezione successiva. Il genoma del fago appena sintetizzato produce proteine tardive tra cui le subunità del capside e la coda. Questo processo può avvenire in pochi minuti di batteri infettati.
La nascita di nuovi fagi
Una volta che tutti i componenti sono stati sintetizzati devono essere assemblati in fagi maturi. Le proteine del capside si assemblano per formare teste vuote in cui il DNA condensato del fago è imballato., Le parti della coda si assemblano indipendentemente dalla struttura della testa e l’ultimo passo nella sintesi è unire le teste riempite alle code per formare il fago della progenie.
Gli enzimi prodotti dal fago indeboliscono gradualmente la parete cellulare batterica e alla fine le cellule batteriche lisano, rilasciando in media 100-200 progenie di fagi nell’ambiente circostante.
A causa della natura delle infezioni, i fagi litici non alterano il fenotipo o il genotipo delle cellule che infettano., Tuttavia, esercitano una pressione selettiva sulla popolazione batterica, eliminando gli ospiti sensibili e promuovendo la propagazione della resistenza, per trasferimento genico, ad esempio, all’interno della popolazione batterica.
Guarda il ciclo litico in azione.