Bacteriofaag-λ, ook wel lambda-faag, is een bacteriofaag die de bacterie Escherichia coli infecteert. Het virus bezit een dubbelstrengs DNA-genoom van circa 48,5 kilobasen, verpakt in een icosaëdrische kop (capside) met een staartstructuur die binding aan de bacteriële gastheer mogelijk maakt. De faag werd ontdekt door Esther Lederberg in 1950. Faag-λ behoort tot de best bestudeerde bacteriofagen en vormt een relatief oud modelsysteem binnen de moleculaire biologie.
De infectiecyclus van deze bacteriofaag bestaat uit twee delen: een lytische cyclus en een lysogene cyclus. In de lytische cyclus wordt het faag-DNA gerepliceerd, nieuwe virusdeeltjes gevormd en valt de bacteriële cel uiteen (lyse). In de lysogene cyclus integreert het faag-DNA als een profaag in het chromosoom van E. coli, waar het samen met het gastheergenoom wordt gerepliceerd zonder directe schade aan de cel.
Het schakelen tussen de lytische en lysogene cyclus wordt gereguleerd door een goed gekarakteriseerd genetisch controlesysteem. Door deze nauwkeurig afgestelde genregulatie is de λ-faag van groot belang geweest voor het begrip van transcriptie, recombinatie en genoomorganisatie. Daarnaast heeft de faag toepassingen gevonden in de biotechnologie, onder meer als vector voor klonering van DNA.
Structuur thumb|upright=0.8|left|Structuur van lambda-faag, met eiwitten en aantal kopieën van ieder eiwitmolecuul in het virion Het λ-faagvirusdeeltje bestaat uit een kop (head) en een staart (tail). De kop of capside bevat het genetisch materiaal en de staartstructuur is betrokken bij de hechting aan de bacteriële gastheer, en vormt een kanaal voor introductie van het faag-DNA in het cytoplasma. Het complete virusdeeltje (virion) is opgebouwd uit 12–14 verschillende typen eiwitten, zes structuureiwitten (H, J, U, V, Stf, Tfa) en zeven accessoire eiwitten (I, K, L, M, Z, G/T) die nodig zijn voor de assemblage.
Het genoom van de λ-faag is lineair dubbelstrengs DNA en bestaat uit 48.502 baseparen. Aan beide 5'-uiteinden bevinden zich enkelstrengs segmenten van 12 nucleotiden (sticky ends), die de cos-site vormen. Na infectie circulariseert het faag-DNA in het cytoplasma door baseparing van deze cos-sequenties middels DNA-ligase. Dit circulaire DNA-molecuul kan zich repliceren via rolling-circle replication. Uiteindelijk wordt een lineair stukje faaggenoom gevormd dat zich kan integreren in het bacteriële chromosoom (vorming van een profaag).
Infectiecyclus Lytische cyclus miniatuur|Lyse van de lambda-faag op een plaat met E. coli-cellen is zichtbaar als 'gaatjes' in de kolonie (plaque assay)
Tijdens een infectie bindt de bacteriofaag zich specifiek aan receptoren op het oppervlak van E. coli. Na vasthechting 'injecteert' de faag zijn DNA vanuit de capside via de staart in het cytoplasma van de bacteriële cel. Eenmaal in de cel kan het faag-DNA twee verschillende infectieroutes volgen, afhankelijk van de fysiologische toestand van de gastheercel en de omgevingscondities.
In de meeste gevallen treedt de lytische cyclus in werking. Het virale DNA neemt dan de cellulaire machinerie van de bacterie over, wordt gerepliceerd en stuurt de productie van virale eiwitten aan. Deze componenten assembleren tot nieuwe faagdeeltjes. Uiteindelijk leidt dit proces tot lyse (uiteenbarsten) van de bacteriële cel, waarbij grote aantallen nieuw gevormde virions vrijkomen, klaar om nieuwe bacteriën te infecteren.
Lysogene cyclus Onder bepaalde omstandigheden kan het faag-DNA echter integreren in het chromosoom van de gastheercel, de lysogene route. In deze geïntegreerde toestand wordt het virale DNA een profaag genoemd. De bacterie, die in dit geval een lysogeen wordt genoemd, blijft leven en deelt zich normaal. Het profaag-DNA wordt daarbij samen met het bacteriële genoom gerepliceerd en doorgegeven aan de dochtercellen, zonder dat er nieuwe faagdeeltjes worden geproduceerd.
De lysogene toestand is niet permanent. Wanneer de lysogene bacterie onder stress komt te staan, bijvoorbeeld door DNA-schade of andere ongunstige omstandigheden, kan de profaag worden geactiveerd. Het virale DNA wordt dan weer uit het bacteriële chromosoom verwijderd en schakelt over naar de lytische cyclus. Hierdoor worden alsnog nieuwe faagdeeltjes gevormd, wat uiteindelijk leidt tot lysis van de gastheercel. Het dynamische schakelen tussen lysogenie en lysis vormt een belangrijk voorbeeld van virale regulatie.
Zie ook Modelorganisme
Categorie:Bacteriofaag