Адсорбция бактериофага
Первая стадия развития по литическому пути – адсорбция фага на фагоспецифических рецепторах бактериальной клетки. Этот процесс происходит посредством специфических рецепторов, располагающихся на кончике нити, хвостика или шипа фага.
На клеточной стенке бактерии присутствуют фагоспецифические рецепторы, которые фаг способен распознавать. Для одних бактериофагов такие рецепторы находятся в липопротеидном слое клеточной стенки, для других – в липосахаридном слое, для третьих – на пилях или жгутиках.
Базальная пластинка с шипами (статья Бактериофаги) прикрепляется к стенке бактериальной клетки. В месте контакта с помощью фермента лизоцима, содержащегося в шипах и базальной пластинке, вызывается лизис клеточной стенки. Параллельно ионы кальция активируют АТФ-азу, содержащуюся в белках чехла, что приводит к его сокращению в два раза. В результате, внутренний стержень прокалывает клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану на разрушенном участке.
Отмечается, что адсорбция фага является пусковым моментом его жизненного цикла и отличается специфичностью. Это дает возможность использовать бактериофаги для идентификации бактерий.
Инъекция нуклеиновой кислоты
Вторая стадия развития по литическому пути – инъекция нуклеиновой кислоты бактериофага в клетку-хозяина. Около 10% фаговой нуклеиновой кислоты активно впрыскивается при сокращении чехла хвоста. Остальная часть генетического материала втягивается в цитоплазму бактериальной клетки благодаря транскрипции и работе трансляционного аппарата. Белки капсида, чехла и стержня остаются снаружи клеточной стенки и внутрь клетки не попадают.
Репликация нуклеиновых кислот
Третья стадия развития бактериофага по литическому пути – совместная репликация нуклеиновой кислоты бактериофага и бактериальной клетки.
Нуклеиновая кислота бактериофага направляет синтез ферментов, используя белоксинтезирующий аппарат бактерии. Затем каким-либо способом инактивируются
ДНК и РНК хозяина, и впоследствии ферменты фага окончательно расщепляют ее. После этого РНК фага полностью подчиняет клеточный аппарат синтеза белка.
Репликация геномной ДНК или РНК бактериофага не отличается от общего механизма репликации. Степень зависимости нуклеиновой кислоты фага от хромосомы клетки определено набором генов у фага. Крупные фаги производят репликацию не зависимо от бактериальных генов, средние – частично нуждаются в их помощи. Мелкие – почти полностью зависимы от хромосомных генов клетки-хозяина.
После начала репликации синтезируются поздние вирусные информационные РНК, что приводит к образованию второго набора вирус-специфических белков, в том числе и субъединиц вирусного капсида.
Морфогенез фагов
Четвертая стадия развития бактериофага по литическому пути – морфогинез фагов. Этот процесс представляет собой сборку вновь синтезированных вирионов (заключение нуклеиновой кислоты в белковую оболочку).
Морфогенез мелких фагов протекает по типу самосборки. У крупных – морфогинез требует активности десятков генов и происходит при участии нескольких самостоятельных линий. Так для фага Т4 этот процесс требует активности более 40 генов и протекает при участии трех линий. На одной, при участии 20 генов, идет сборка хвоста. На второй, при участии 16 генов – головка фага. На третьей, при участии 5 генов – сборка ворсин. Соединение хвоста и головки участия генов не требует, но не происходит до тех пор пока головка и отросток не будут смонтированы полностью. Ворсины присоединяются к хвосту только после его полного соединения с головкой.
Последовательность и согласованность всех процессов внутриклеточного размножения обеспечивается благодаря строгому генетическому контролю со стороны нуклеиновой кислоты фага.
Лизис клетки
Пятая и заключительная стадия развития бактериофага по литическому пути – лизис клетки. Клетка лопается под воздействием лизоцима и высвобождает от 200 до 1000 новых фаговых частиц, способных инфицировать другие бактерии.
Выход вновь синтезированных фагов из клетки может происходить несколькими способами:
- путем почкования (характерно для фага М13 – единственного, не вызывающего гибель клетки при выходе из нее);
- путем лизиса клетки изнутри – осуществляется ферментом лизоцим и вызывает гибель клетки.
Лизоцим синтезируется, как поздний вирус-специфический белок и воздействует на пептидогликановый слой стенки клетки бактерии. Это приводит к разрыву стенки и выходу синтезированных фагов.
Лизис бактерии может происходить и извне, как следствие адсорбции большого количества фагов на одной и той же клетке. При этом не наблюдается размножение фагов. Это объясняется тем, что обычно после внедрения одного фагового генома в клетку, у нее возникает состояние иммунитета к суперинфекции данным фагом и проникновение других фаговых геномов становится невозможным.