박테리오파지(Bacteriophage 또는 Phage)는 세균을 감염시키는 바이러스로, 숙주의 세포 기구를 이용해 복제합니다. 박테리오파지는 외부 환경에 따라 Lytic 또는 Lysogenic 경로 중 하나를 선택하여 복제합니다.
- 🟧 Lytic Cycle
- 감염 후 숙주 세균을 파괴하며 빠르게 증식
- 🟨 Lysogenic Cycle
- 세균의 유전체에 조용히 통합되어 공생
Lytic Cycle
빠르게 복제된 후 숙주 세포를 파괴하며 퍼짐.
Lytic cycle은 박테리오파지가 감염한 후, 세균 세포 안에서 자신의 유전물질을 복제하고 새로운 파지를 생성하여 숙주 세포를 파괴(lysis)하고 빠져나오는 과정입니다. 빠른 바이러스 증식을 가능하게 하지만, 숙주 세포는 반드시 죽게 됩니다.
| 🟧 Lytic cycle |
| 박테리오파지가 숙주 세균에 감염한 후, -> 바이러스 구성 요소를 빠르게 합성하여 새로운 파지를 조립하고 -> 숙주 세포를 파괴(lysis)하여 비리온을 방출 |
| 🟧 과정 요약 |
| – Attachment: 파지가 세균 표면의 수용체에 부착 – Penetration: 유전체를 세균 안으로 주입 – Synthesis: 바이러스 DNA 복제 및 단백질 합성 – Assembly: 구성 성분 조립하여 새로운 비리온 형성 – Release: 세포 용해를 통해 다수의 파지가 방출됨 |
| 🟧 결과 |
| – 감염된 세포는 반드시 죽음 – 바이러스 수가 빠르게 증가함. |
T4 Bacteriophage
T4 Bacteriophage 는 대장균(E. coli)을 숙주로 하는 대표적인 박테리오파지입니다. Lytic cycle만을 수행하는 virulent phage로, 감염 시 항상 숙주세포를 파괴합니다.
Lysogenic Cycle
세균 염색체에 자신의 유전체를 통합한 채 조용히 존재하며 공생하다가 특정 조건에서 활성화
Lysogenic cycle은 파지 유전체가 세균 염색체에 통합되어 조용히 공존하는 상태입니다. 이 상태에서 바이러스는 복제되지 않으며, 숙주 세포의 분열과 함께 파지 DNA도 복제되어 후세대에 전달됩니다. 외부 자극이 없는 한 세포는 파괴되지 않으며, 바이러스는 오랫동안 잠복할 수 있습니다.
| 🟨 Lysogenic Cycle |
| 박테리오파지 유전체가 숙주 세균의 염색체에 통합되어, 세포 분열과 함께 조용히 복제되는 잠복 전략입니다. * 박테리오파지의 유전체가 숙주 세균의 염색체 안에 통합되어 있는 상태를 Prophage(프로파지)라고 합니다. |
| 🟨 과정 요약 |
| – Attachment / Penetration: 파지가 세포에 부착하고 유전체를 주입 – Integration: 파지 DNA가 세균 염색체에 통합 → Prophage 형성 – Maintenance: 세포는 정상적으로 분열하며, prophage도 함께 복제됨 |
| 🟨 결과 |
| – 숙주 세포는 살아 있고 대사활동에 영향 없음 – 동일 파지에 대한 superinfection immunity를 가짐 – 특정 자극(예: UV) 시 Induction이 일어나 prophage가 빠져나와 Lytic cycle로 전환 가능 |
프로파지 (Prophage)
파지 DNA가 숙주 세포의 염색체에 삽입되어 세포와 함께 복제되며 오랜 시간 동안 유지됨.
Prophage는 Lysogenic cycle 중에 형성되는 상태로, 박테리오파지의 유전체가 숙주 세균의 염색체 안에 통합되어 있는 상태를 말합니다. 이때 파지는 복제나 단백질 합성을 하지 않고 잠복(latency) 상태로 존재합니다.
Lysogenic Conversion – Corynebacterium diphtheriae
Prophage에 의해 독소 생성 능력이 생김.
Corynebacterium diphtheriae는 디프테리아(diphtheria)를 유발하는 그람양성 간균입니다. 세균 자체는 병원성이 약한데, 파지(prophage)에 의해 획득한 독소 유전자가 강한 병원성(=독소 생성 능력)을 만들어냅니다. 이렇게 Prophage에 의해 숙주세포의 형질이 변하는 현상을 Lysogenic conversion이라고 합니다.
Induction (유도)
조용히 있던 Prophage가 재활성화되어 다시 lytic cycle을 개시 .
Induction이란, 숙주 세포 염색체에 통합되어 있던 Prophage가 재활성화되어 Lytic cycle로 전환되는 과정을 말합니다.
즉, 조용히 공생 중이던 바이러스 유전체가 다시 활성 감염 상태로 돌아가는 현상입니다.
Prophage 상태의 파지는 원래 숙주 대사에 간섭하지 않고 조용히 유지되지만자극이 가해지면 Prophage가 깨어나 Lytic cycle을 개시합니다
대표적인 유도 자극으로는
- 자외선(UV radiation)
- DNA 손상 약물 (예: Mitomycin C)
- 영양 결핍
- 기타 환경 스트레스
이 있습니다.
Replication Cycle 선택 요인
Temperate phage는 외부 환경에 따라 Lytic 또는 Lysogenic 경로 중 하나를 선택합니다.
Bacteriophage는 단순한 구조지만, 환경 변화에 따라 복제 전략을 유동적으로 선택하는 고도의 생존 전략을 보여줍니다
| 🟧 숙주 세포가 풍부한 경우 Lytic cycle을 선택하여 빠르게 복제하고 퍼지는 것이 유리합니다 |
| 🟨 숙주 세포가 부족한경우 Lysogenic cycle을 통해 숙주 세포를 살려두고, 이후 환경이 좋아질 때까지 생존을 유지하는 것이 더 유리합니다. |