Bakteriophage Lambda: Struktur, Lebenszyklus und Auswirkungen auf E. coli

Struktur

Der Bakteriophage λ (Lambda) ist ein kleiner, nicht umhüllter Virus, der nur Escherichia coli infiziert. Seine Struktur besteht aus einem ikosaedrischen Proteinkapsid, das ein lineares, doppelsträngiges DNA-Genom von etwa 48 kb beherbergt. Das Kapsid ist aus acht Strukturproteinen aufgebaut, und das Virus heftet sich über Schwanzfasern an die bakterielle Oberfläche, die sich von einem kontraktilem Schwanz erstrecken.

Schwanz und Anheftung

Die Schwanzfasern erkennen und binden an Lipopolysaccharid-Rezeptoren auf der äußeren Membran von E. coli. Sobald sie gebunden sind, injiziert der kontraktile Schwanz das λ-Genom ins Zytoplasma. Das Design des Kapsids schützt die DNA während dieses Prozesses und ermöglicht es dem Phagen, intakt zu bleiben, während er von einer Wirtszelle zur nächsten übergeht.

Infektion und Integration

Nach der Injektion zirkuliert λ-DNA innerhalb der Wirtszelle. Diese kreisförmige Form schützt sie vor Abbau und dient als Vorlage für die Replikation. Das Virus kann zwischen dem lytischen Weg, der zur Zelllyse führt, oder dem lysogenen Weg wählen, bei dem das Genom als Prophage in das Wirtschromosom integriert wird.

Replikation (Theta-Replikation)

Wenn der lytische Zyklus gewählt wird, unterliegt λ-DNA einer Theta-Replikation – einem bidirektionalen Replikationsprozess, der mehrere Kopien des Genoms ergibt. Diese Kopien sammeln sich an, bis die Zelle sie nicht mehr aufrechterhalten kann, was die Lyse und die Freisetzung von Nachkommenphagen auslöst.

Zelltod, Ruhe und Induktion

Nach der Lyse stirbt die infizierte E. coli-Zelle ab und gibt neue Phagenpartikel in die Umwelt ab. Im lysogenen Zustand bleibt λ inaktiv, bis ein Stresssignal – wie UV-Bestrahlung – den lytischen Zyklus induziert, wodurch der Prophage excised, repliziert und den Wirt tötet.