ไลโซเจนีหรือวัฏจักรไลโซเจนิกเป็นหนึ่งในสองวัฏจักรของ การสืบพันธุ์ ของไวรัส ( อีกวัฏจักรไลติก ) ไลโซเจนีมีลักษณะเฉพาะคือการรวมกรดนิวคลีอิกของแบค ทีริโอเฟจ เข้ากับจีโนม ของแบคทีเรียเจ้าบ้านหรือการก่อตัวของรีพลิคอน วงกลม ในไซโตพลาสซึม ของแบคทีเรีย ในสภาวะนี้ แบคทีเรียยังคงมีชีวิตอยู่และสืบพันธุ์ได้ตามปกติ ในขณะที่แบคทีริโอเฟจอยู่ในสภาวะพักตัวในเซลล์เจ้าบ้าน สารพันธุกรรมของแบคทีริโอเฟจที่เรียกว่าโปรเฟจสามารถส่งต่อไปยังเซลล์ลูกได้ในแต่ละการแบ่งเซลล์ครั้งถัดไป และเหตุการณ์ในภายหลัง (เช่นรังสี UVหรือการมีอยู่ของสารเคมีบางชนิด) สามารถปลดปล่อยมันออกมา ทำให้เกิดการแพร่กระจายของฟาจใหม่ผ่านวัฏจักรไลติก^{[ 1 ]}

วงจรไลโซเจนิคสามารถเกิดขึ้นได้ในยูคาริโอตเช่น กัน แม้ว่าวิธีการรวม DNA จะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่นไวรัส HIVสามารถติดเชื้อในมนุษย์แบบไลซิส หรืออยู่ในสภาวะสงบ (ไลโซเจนิค) เป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของเซลล์ที่ติดเชื้อ โดยยังคงความสามารถในการกลับไปสู่การไลซิสในภายหลังได้^{[ 2 ]}

ความแตกต่างระหว่างวัฏจักรไลโซเจนิคและวัฏจักรไลติกคือ ในวัฏจักรไลโซเจนิค การแพร่กระจายของดีเอ็นเอของไวรัสเกิดขึ้นผ่านการสืบพันธุ์แบบโปรคาริโอติกตามปกติ ในขณะที่วัฏจักรไลติกเกิดขึ้นทันทีมากกว่า โดยส่งผลให้มีการสร้างสำเนาของไวรัสจำนวนมากอย่างรวดเร็วและเซลล์ถูกทำลาย ความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งระหว่างวัฏจักรไลติกและวัฏจักรไลโซเจนิคคือ วัฏจักรไลโซเจนิคจะไม่ทำให้เซลล์เจ้าบ้านแตกสลายทันที^{[ 3 ]}ฟาจที่จำลองตัวเองโดยใช้วัฏจักรไลติกเท่านั้นเรียกว่าฟาจก่อโรค ในขณะที่ฟาจที่จำลองตัวเองโดยใช้ทั้งวัฏจักรไลติกและไลโซเจนิคเรียกว่าฟาจเท มเพอเรต ^{[ 1 ]}

ในวัฏจักรไลโซเจนิค DNA ของฟาจจะรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียก่อนเพื่อสร้างโปรฟาจ เมื่อแบคทีเรียสืบพันธุ์ โปรฟาจก็จะถูกคัดลอกและมีอยู่ในเซลล์ลูกแต่ละเซลล์ เซลล์ลูกสามารถจำลองตัวเองต่อไปได้โดยมีโปรฟาจอยู่ หรือโปรฟาจสามารถออกจากโครโมโซมของแบคทีเรียเพื่อเริ่มต้นวัฏจักรไลติก^{[ 1 ]}ในวัฏจักรไลโซเจนิค DNA ของโฮสต์จะไม่ถูกไฮโดรไลซ์ แต่ในวัฏจักรไลติก DNA ของโฮสต์จะถูกไฮโดรไลซ์ในระยะไลติก

แบคทีริโอเฟจเป็นไวรัสที่ติดเชื้อและจำลองตัวเองภายในแบคทีเรีย ฟาจเทมเพอเรต (เช่นแลมบ์ดาฟาจ ) สามารถสืบพันธุ์ได้โดยใช้ทั้งวัฏจักรไลติกและวัฏจักรไลโซเจนิค^{[ 4 ]}

วิธีที่ฟาจตัดสินใจว่าจะเข้าสู่รอบใดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ^{[ 5 ]}ตัวอย่างเช่น หากมีฟาจที่ติดเชื้ออื่นๆ หลายตัว (หรือหากมีจำนวนมาก) ฟาจก็มีแนวโน้มที่จะใช้รอบไลโซเจนิค ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการช่วยลดอัตราส่วนโดยรวมของฟาจต่อโฮสต์ และป้องกันไม่ให้ฟาจฆ่าโฮสต์ของมัน อีกทั้งยังเพิ่มศักยภาพในการอยู่รอดของฟาจ ทำให้สิ่งนี้เป็นรูปแบบหนึ่งของการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ฟาจอาจออกจากโครโมโซมและเข้าสู่รอบไลติกหากสัมผัสกับสารที่ทำลายดีเอ็นเอ เช่น รังสี UV และสารเคมี ปัจจัยอื่นๆ ที่มีศักยภาพในการกระตุ้นการปล่อยฟาจแบบเทมเพอเรต ได้แก่ อุณหภูมิ pH ความดันออสโมติก และความเข้มข้นของสารอาหารต่ำ^{[ 6 ]}อย่างไรก็ตาม ฟาจอาจกลับเข้าสู่รอบไลติกได้เองโดย ธรรมชาติ ^{[ 7 ]}

บางครั้งสามารถตรวจจับได้ว่าฟาจเข้าสู่รอบใดโดยดูจากสัณฐานวิทยาของคราบจุลินทรีย์ในจานเพาะเลี้ยงแบคทีเรีย^{[ 8 ]}โดยทั่วไป คราบจุลินทรีย์ที่ใสกว่าบ่งชี้ถึงการสลายตัวที่มีประสิทธิภาพมากกว่า ในขณะที่คราบจุลินทรีย์ที่ขุ่นมัวบ่งชี้ถึงการสลายตัวที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า คราบจุลินทรีย์ที่ขุ่นมัวอาจบ่งชี้ว่าฟาจสามารถผ่านวงจรไลโซเจนิคได้ อย่างไรก็ตามยังมีสาเหตุอื่นๆ ที่ทำให้คราบจุลินทรีย์ดูขุ่นมัวได้

วิธีการตรวจจับฟาจที่หลุดออกมาจากวงจรไลโซเจนิค ได้แก่ การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน การสกัด DNA หรือการขยายพันธุ์บนสายพันธุ์ที่ไวต่อการตรวจจับ^{[ 6 ]}

ผ่านวงจรไลโซเจนิค จีโนมของแบคทีริโอเฟจจะไม่ถูกแสดงออก แต่จะถูกรวมเข้ากับจีโนมของแบคทีเรียเพื่อสร้างโปรฟาจ [ ^{9 ] ใน}รูปแบบที่ไม่ทำงาน โปรฟาจจะถูกส่งต่อทุกครั้งที่เซลล์เจ้าบ้านแบ่งตัว หากโปรฟาจทำงาน พวกมันสามารถออกจากโครโมโซมของแบคทีเรียและเข้าสู่วงจรไลติก ซึ่งพวกมันจะผ่านกระบวนการคัดลอก DNA การสังเคราะห์โปรตีน การประกอบฟาจ และการสลายตัว^{[ 5 ]} เนื่องจากข้อมูลทางพันธุกรรมของแบคทีริโอเฟจถูกรวมเข้ากับข้อมูลทางพันธุกรรมของแบคทีเรียในรูปของโปรฟาจ แบคทีริโอเฟจจึงจำลองตัวเองแบบพาสซีฟเมื่อแบคทีเรียแบ่งตัวเพื่อสร้างเซลล์แบคทีเรียลูก^{[ 9 ]}ในสถานการณ์นี้ เซลล์แบคทีเรียลูกจะมีโปรฟาจและเรียกว่าไลโซเจน ไลโซเจนสามารถอยู่ในวงจรไลโซเจนิคได้หลายชั่วอายุคน แต่สามารถเปลี่ยนไปสู่วงจรไลติกได้ตลอดเวลาผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำ^{[ 9 ]}ในระหว่างการเหนี่ยวนำ DNA ของโปรฟาจจะถูกแยกออกจากจีโนมของแบคทีเรียและถูกถอดรหัสและแปลเพื่อสร้างโปรตีนหุ้มสำหรับไวรัสและควบคุมการเจริญเติบโตแบบไลติก^{[ 9 ]}

ตัวอย่างของไวรัสที่ใช้ประโยชน์จากวัฏจักรไลโซเจนิคคือไวรัสเริม (Herpes Simplex Virus) ^{[ 11 ]}หลังจากเข้าสู่วัฏจักรไลติกและติดเชื้อในมนุษย์แล้ว ไวรัสจะเข้าสู่วัฏจักรไลโซเจนิค ซึ่งทำให้ไวรัสสามารถเดินทางไปยังเซลล์ประสาทรับความรู้สึกของระบบประสาทและไม่ถูกตรวจพบเป็นเวลานาน ในกรณีของโรคเริมที่อวัยวะเพศ ภาวะแฝงจะเกิดขึ้นในปมประสาทรากหลังส่วนเอวและกระดูกสันหลังส่วนล่าง ซึ่งเป็นเซลล์ประสาทของเส้นประสาทไขสันหลัง^{[ 12 ]}จากนั้นไวรัสเริมสามารถออกจากระยะพักตัวนี้และกลับเข้าสู่วัฏจักรไลติก ทำให้เกิดอาการของโรค ดังนั้น แม้ว่าไวรัสเริมจะสามารถเข้าสู่วัฏจักรไลติกและไลโซเจนิคได้ แต่ภาวะแฝงช่วยให้ไวรัสอยู่รอดและหลบเลี่ยงการตรวจจับของระบบภูมิคุ้มกันได้เนื่องจากการแสดงออกของยีนไวรัสต่ำ

สิ่งมีชีวิตต้นแบบสำหรับการศึกษาไลโซเจนีคือแลมบ์ดาฟาจ การรวมโปรฟาจ (หรือที่รู้จักกันในชื่อการรวมตัวกันแบบโฮโมโลกัส) การรักษาไลโซเจนี การเหนี่ยวนำ และการควบคุมการตัดจีโนมของฟาจในการเหนี่ยวนำนั้นได้อธิบายไว้โดยละเอียดในบทความเกี่ยวกับแลมบ์ดาฟาจ^{[ 13 ]}

แบคทีริโอเฟจเป็นปรสิตเพราะมันติดเชื้อโฮสต์ ใช้กลไกของแบคทีเรียในการจำลองตัวเอง และในที่สุดก็ทำลายแบคทีเรีย ฟาจแบบเทมเพอเรตสามารถนำไปสู่ทั้งข้อดีและข้อเสียสำหรับโฮสต์ผ่านวงจรไลโซเจนิค ในระหว่างวงจรไลโซเจนิค จีโนมของไวรัสจะถูกรวมเข้าเป็นโปรฟาจ และตัวยับยั้งจะป้องกันการจำลองของไวรัส อย่างไรก็ตาม ฟาจแบบเทมเพอเรตสามารถหลุดพ้นจากการยับยั้งเพื่อจำลองตัวเอง ผลิตอนุภาคไวรัส และทำลายแบคทีเรียได้^{[ 14 ]}การที่ฟาจแบบเทมเพอเรตหลุดพ้นจากการยับยั้งจะเป็นข้อเสียสำหรับแบคทีเรีย ในทางกลับกัน โปรฟาจอาจถ่ายทอดยีนที่เพิ่มความรุนแรงและความต้านทานของโฮสต์ต่อระบบภูมิคุ้มกัน นอกจากนี้ ตัวยับยั้งที่ผลิตโดยโปรฟาจที่ป้องกันไม่ให้ยีนของโปรฟาจแสดงออกจะให้ภูมิคุ้มกันแก่แบคทีเรียโฮสต์จากการติดเชื้อแบบทำลายล้างโดยไวรัสที่เกี่ยวข้อง^{[ 14 ]}

ระบบอีกระบบหนึ่งที่เรียกว่าarbitriumได้รับการอธิบายเมื่อเร็ว ๆ นี้สำหรับแบคทีริโอเฟจที่ติดเชื้อแบคทีเรียสกุลBacillus หลาย ชนิด ซึ่งการตัดสินใจระหว่างการสลายเซลล์และการสร้างไลโซเจนจะถูกส่งผ่านระหว่างแบคทีเรียโดยปัจจัยเปปไท ด์ ^{[ 15 ] [ 16 ]}

ในการปฏิสัมพันธ์บางอย่างระหว่างฟาจไลโซเจนิคและแบคทีเรีย อาจเกิดการเปลี่ยนแปลงไลโซเจนิคขึ้น ซึ่งอาจเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงฟาจก็ได้ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นเมื่อฟาจเทมเพอ เรตเหนี่ยว นำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในฟีโนไทป์ ของ แบคทีเรียที่ติดเชื้อซึ่งไม่ใช่ส่วนหนึ่งของวัฏจักรฟาจปกติ การเปลี่ยนแปลงมักเกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ภายนอก โดยทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ไม่สามารถผ่านฟาจอื่นได้ หรือแม้กระทั่งเพิ่มความสามารถในการก่อโรคของแบคทีเรียต่อโฮสต์ ในลักษณะนี้ แบคทีริโอฟาจเทมเพอเรตยังมีบทบาทในการแพร่กระจายปัจจัยก่อโรคเช่น เอ็กโซท็อกซินและเอ็กโซเอนไซม์ ในหมู่แบคทีเรีย การเปลี่ยนแปลงนี้จะคงอยู่ในจีโนมของแบคทีเรียที่ติดเชื้อ และถูกคัดลอกและส่งต่อไปยังเซลล์ลูก

การแปลงสภาพไลโซเจนิคแสดงให้เห็นว่าช่วยให้ เกิดการสร้าง ไบโอฟิล์มในBacillus anthracisได้^{[ 17 ]}สายพันธุ์ของB. anthracisที่กำจัดฟาจทั้งหมดแล้วไม่สามารถสร้างไบโอฟิล์มได้ ซึ่งเป็นชุมชนแบคทีเรียที่ยึดเกาะกับพื้นผิวที่ช่วยให้แบคทีเรียเข้าถึงสารอาหารได้ดีขึ้นและอยู่รอดได้ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย^{[ 18 ]}นอกเหนือจากการสร้างไบโอฟิล์มในB. anthracisแล้ว การแปลงสภาพไลโซเจนิคของBacillus subtilis , Bacillus thuringiensisและBacillus cereusยังแสดงให้เห็นถึงอัตราหรือขอบเขตของการสร้างสปอร์ที่เพิ่มขึ้น^{[ 17 ]}การสร้างสปอร์ทำให้เกิดเอนโดสปอร์ซึ่งเป็นรูปแบบของแบคทีเรียที่อยู่ในสภาวะสงบทางเมตาบอลิซึมและมีความทนทานสูงต่ออุณหภูมิ รังสีไอออนไนซ์ การขาดน้ำ ยาปฏิชีวนะ และสารฆ่าเชื้อ^{[ 17 ]}

นอกจากนี้ ยังพบว่าแบคทีเรียที่ไม่ก่อโรคสามารถเปลี่ยนเป็นเชื้อก่อโรคที่มีความรุนแรงสูงได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงแบบไลโซเจนิคด้วยปัจจัยก่อโรคที่อยู่บนโปรฟาจไลโซเจนิค^{[ 19 ]}ยีนก่อโรคที่บรรจุอยู่ในโปรฟาจในรูปขององค์ประกอบทางพันธุกรรมอิสระที่แยกจากกัน ซึ่งเรียกว่าโมรอนจะให้ข้อได้เปรียบแก่แบคทีเรีย ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อไวรัสทางอ้อมผ่านการอยู่รอดของไลโซเจนที่เพิ่มขึ้น^{[ 17 ]}

ตัวอย่าง:

• Corynebacterium diphtheriaeผลิตสารพิษของโรคคอตีบได้ก็ต่อเมื่อติดเชื้อฟาจ β เท่านั้น ในกรณีนี้ ยีนที่เข้ารหัสสารพิษจะถูกพาไปโดยฟาจ ไม่ใช่แบคทีเรีย ^{[ 20 ]}
• เชื้อ Vibrio choleraeเป็นสายพันธุ์ที่ไม่เป็นพิษ แต่สามารถกลายเป็นสายพันธุ์ที่เป็นพิษและผลิตสารพิษอหิวาต์ ได้ เมื่อติดเชื้อไวรัสแบคทีริโอเฟจ CTXφ
• เชื้อ Shigella dysenteriaeซึ่งเป็นสาเหตุของโรคบิดมีสารพิษที่แบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก คือ Stx1 และ Stx2 โดยยีน ของสารพิษเหล่านี้ ถือเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของโปรฟา จแลมบ์ดอย ด์
• แบคทีเรีย Streptococcus pyogenesผลิตสารพิษ ภายนอกที่ก่อให้เกิดไข้ ซึ่งได้มาจากการเปลี่ยนแปลงแบบไลโซเจนิค ทำให้เกิดไข้และผื่นแดง ซึ่งเรียกว่าไข้สการ์เลต
• แบคทีเรียClostridium botulinum บางสายพันธุ์ ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคโบทูลิซึม จะสร้างสารพิษโบทูลินัมจากยีนที่ถูกถ่ายทอดโดยฟาจ

มีการเสนอแนวทางในการต่อสู้กับการติดเชื้อแบคทีเรียบางชนิดโดยการปิดกั้นการเหนี่ยวนำโปรฟาจ (การเปลี่ยนจากวัฏจักรไลติกไปสู่วัฏจักรไลโซเจนิค) โดยการกำจัด ตัวแทนการเหนี่ยวนำ ในร่างกาย^{[ 19 ]}สารออกซิเจนที่ว่องไว (ROS) เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นสารออกซิไดซ์ที่รุนแรงซึ่งสามารถสลายตัวเป็นอนุมูลอิสระและทำให้เกิดความเสียหายต่อดีเอ็นเอของแบคทีเรีย ซึ่งนำไปสู่การเหนี่ยวนำโปรฟาจ^{[ 19 ]}กลยุทธ์หนึ่งที่เป็นไปได้ในการต่อสู้กับการเหนี่ยวนำโปรฟาจคือการใช้กลูตาไธ โอน ซึ่งเป็น สารต้านอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่งที่สามารถกำจัดอนุมูลอิสระระดับกลางได้^{[ 19 ]}อีกแนวทางหนึ่งอาจเป็นการทำให้เกิดการแสดงออกของตัวยับยั้ง CI มากเกินไป เนื่องจากโปรฟาจจะเหนี่ยวนำขึ้นก็ต่อเมื่อความเข้มข้นของตัวยับยั้ง CI ต่ำเกินไป^{[ 19 ]}