溶菌サイクル

溶菌サイクル（/ ˈlɪtɪk / LIT -ik ）は、ウイルスの複製サイクル（細菌ウイルスまたはバクテリオファージを指す）の2つのうちの1つであり、もう1つは溶原サイクルである。溶菌サイクルは、感染した細胞とその細胞膜の破壊をもたらす。溶菌サイクルのみを経ることができるバクテリオファージは、毒性ファージ（温和性ファージとは対照的）と呼ばれる。

溶菌サイクルでは、ウイルスDNAは細菌細胞内に独立した遊離分子として存在し、宿主細菌DNAとは別個に複製される。一方、溶原サイクルでは、ウイルスDNAは宿主ゲノムに組み込まれる。これが溶菌サイクルと溶原サイクルの決定的な違いである。ただし、どちらの場合も、ウイルス／ファージは宿主DNAの複製機構を利用して複製される。

溶菌サイクルは、付着、侵入、転写、生合成、成熟、溶菌の6つの段階に分けられることが多い。

1. 付着– ファージは宿主細胞の表面に付着し、そのDNAを細胞内に注入する。
2. 侵入– ファージは細胞膜を貫通して宿主細胞にDNAを注入する。
3. 転写– 宿主細胞のDNAが分解され、細胞の代謝がファージ生合成の開始に向けられる。
4. 生合成– ファージDNAは細胞内で複製され、新しいファージDNAとタンパク質が合成される。
5. 成熟段階– 複製された物質が組み立てられ、完全に形成されたウイルスファージ（それぞれが頭部、尾部、尾部繊維から構成される）となる。
6. 溶解とは、細胞壁または細胞膜が破裂し、崩壊してウイルスを放出する過程のことである。動詞「溶解する」は、溶解の過程を指す。

宿主細胞に感染するには、ウイルスはまず細胞膜と（存在する場合）細胞壁を通して自身の核酸を細胞内に注入する必要があります。ウイルスは、細胞表面の受容体に付着するか、単純な機械的力によってこれを行います。結合は静電相互作用によるもので、pHとイオンの存在によって影響を受けます。次に、ウイルスは遺伝物質（一本鎖または二本鎖のRNAまたはDNA）を細胞内に放出します。一部のウイルスでは、この遺伝物質は環状で、細菌のプラスミドを模倣しています。この段階で細胞は感染し、免疫系の標的にもなります。これは主に細胞表面の受容体によって促進されます。バクテリオファージ感染の開始時に起こる一連の事象、すなわち吸着（付着）からビリオンから宿主細胞へのDNA放出（侵入）まで の過程は、Molineuxによってレビューされています。^{[ 1 ]}

転写と生合成の段階で、ウイルスは細胞の複製と翻訳のメカニズムを乗っ取り、それらを利用してさらに多くのウイルスを作ります。ウイルスの核酸は宿主細胞の代謝機構を利用して大量のウイルス成分を作ります。^{[ 2 ]}

DNAウイルスでは、DNAがメッセンジャーRNA （mRNA）分子に転写され、それが細胞のリボソームを誘導するために使用されます。最初に翻訳されるポリペプチドの1つが宿主のDNAを破壊します。レトロウイルス（RNA鎖を注入するウイルス）では、逆転写酵素がウイルスRNAをDNAに転写し、それが再びRNAに転写されます。ウイルスDNAが宿主細胞を支配すると、宿主細胞の機構を誘導してウイルスDNAとタンパク質を合成し、増殖を開始します。

生合成は（例えばT4の場合）mRNA産生の3つの段階とそれに続くタンパク質産生の段階で制御される。^{[ 3 ]}

初期段階

酵素はRNAポリメラーゼによって宿主の転写プロセスを改変する。他の改変の中でも、T4ウイルスは抗シグマ因子を生成することで宿主のシグマ因子を変化させ、宿主プロモーターが認識されなくなり、代わりにT4中間タンパク質が認識されるようになる。タンパク質合成においては、シャイン-ダルガノ配列GAGGが初期遺伝子の翻訳を支配している。^{[ 4 ]}

中間段階

ウイルス核酸（ウイルスの種類によってDNAまたはRNA）。

後期

頭部や尾部を構成するタンパク質を含む構造タンパク質。

感染後約25分で、約200個の新しいウイルス粒子（ウイルス体）が形成されます。十分な数のウイルス粒子が成熟・蓄積すると、特殊なウイルス性タンパク質が細胞壁を溶解するために用いられます。細胞壁ではもはや抑えきれない高い内部浸透圧によって細胞は破裂（溶解）します。これにより、子孫ウイルス粒子が周囲の環境に放出され、他の細胞に感染して新たな溶解サイクルが始まります。

ファージゲノムには、溶菌サイクルと溶原サイクルのどちらが発生するかを制御する遺伝子が3種類存在する。1つ目は即時初期遺伝子、2つ目は遅延初期遺伝子、3つ目は後期遺伝子である。以下では、よく研究されている大腸菌の温和性ファージラムダについて述べる。

1. 即時初期遺伝子：これらの遺伝子は、宿主RNAポリメラーゼによって認識されるプロモーターから発現され、Cro、cII、およびNが含まれます。CIIは、主要な溶原性抑制遺伝子cIの発現を刺激する転写因子であり、CroはcIの発現を抑制する因子です。溶菌・溶原の決定は主にCroとCIIの競合によって影響を受け、十分なCI抑制因子が作られるかどうかが決定されます。十分なCI抑制因子が作られると、CIは初期プロモーターを抑制し、感染は溶原経路に移行します。Nは、遅延初期遺伝子の転写に必要な抗終結因子です。
2. 遅延初期遺伝子：これには複製遺伝子O とP、および後期遺伝子の転写を担うアンチターミネーターをコードするQが含まれる。
3. 後期遺伝子：

Qを介した後期転写の開始は、溶菌経路が選択された場合、感染後約6～8分で始まる。単一の後期プロモーターから25以上の遺伝子が発現し、4つの並行した生合成経路が生じる。これらの経路のうち3つは、ビリオンの3つの構成要素、すなわちDNAが詰まった頭部、尾部、および側尾部線維の産生に関係する。ビリオンはこれらの構成要素から自己集合し、最初のビリオンは感染後約20分で出現する。4番目の経路は溶菌に関係する。ラムダでは、5つのタンパク質が溶菌に関与している。すなわち、遺伝子S由来のホリンとアンチホリン、遺伝子R由来のエンドリシン、および遺伝子RzとRz1由来のスパニンタンパク質である。野生型ラムダでは、溶菌は約50分で起こり、約100個の完成したビリオンが放出される。溶菌のタイミングはホリンとアンチホリンタンパク質によって決定され、後者は前者を阻害する。概説すると、ホリンタンパク質は細胞質膜に蓄積し、突然ミクロンサイズの穴を形成することで溶菌が引き起こされる。エンドリシンRはペリプラズムに放出され、そこでペプチドグリカンを攻撃する。スパニンタンパク質RzとRz1はそれぞれ細胞質膜と外膜に蓄積し、ペプチドグリカンの網目構造を通してペリプラズムを横断する複合体を形成する。エンドリシンがペプチドグリカンを分解すると、スパニン複合体が遊離し、外膜の破壊を引き起こす。ラムダ感染における溶菌には、エンドリシンによるペプチドグリカンの破壊とスパニン複合体による外膜の破壊の両方が必要である。

溶解阻害：T4様ファージは、感染細胞が別のT4（または近縁の）ビリオンによる重複感染を受けた場合にT4ホリンを阻害する2つの遺伝子rIとrIIIを持っています。重複感染が繰り返されると、T4感染が溶解せずに数時間継続し、ビリオンが通常の10倍のレベルまで蓄積される可能性があります。^{[ 5 ]}