A λ fág – a fágok egyik legismertebb modellszervezete

A λ fág – az E. coli bakteriofágja – a genetikai kapcsoló tankönyvi modellje. A fág az úgynevezett mérsékelt fágok közé tartozik, mivel kétféle életciklusra képes: a lítikus életciklus során, melyet minden ismert fág képes végrehajtani, a vírus önmaga nagymértékű sokszorozására készteti a gazdaszervezetet, majd felszakítva annak membránját, a sok újonnan keletkezett fág részecske kiszabadul, és újabb sejteket fertőz meg. A lizogén életciklus során a fág DNS-e helyspecifikus rekombinációval beépül a baktérium genomba, és a baktériummal együtt szaporodik, vagyis ahányszor a baktérium lemásolja a genomját, mindig lemásolja a kromoszómán található profágot is (a gazda genomjába beépült fág genomot profágnak nevezzük). A profág immunitást ad a baktériumnak az azonos fajhoz tartozó fágok ellen, azaz például a λ profágot tartalmazó baktériumokat a λ fág nem képes megfertőzni.

A profág bizonyos, a baktérium genomját károsító hatásokra képes aktiválódni, ekkor genomja kivágódik a baktérium genomjából, és megindul a fágrészecskék képzése, azaz visszatér a lítikus ciklus. A λ fág esetében a baktérium fertőzés során a két útvonal közti választás egyrészt függ a sejt állapotától, másrészt pedig az alapján dől el, hogy mennyi a fágok és a baktériumok egymáshoz viszonyított aránya: minél nagyobb a fágok aránya, annál valószínűbb a lizogén útvonal (6.5. ábra). Az is előfordulhat, hogy a baktérium genomjából elvész a fág, ezt gyógyulásnak (curing) nevezzük.

6.5. Ábra A lambda fág szaporodási ciklusa.

Egy fágoldat töménységét titernek nevezzük, ami azt jelenti, hogy 1 ml oldatban hány fertőzőképes fág van jelen (azaz egy egységes baktérium pázsiton hány plakk jön létre, mivel minden plakk egyetlen fág fertőzésének eredménye). Hasonló módon definiáljuk a baktériumok koncentrációját, amit a CFU/ml (CFU: colony forming unit) jellemez, ami azt mondja meg, hogy 1 ml baktérium tenyészet hány kolóniát képes létrehozni egy lemezen, tekintve, hogy egy adott kolónia egyetlen baktériumsejt leszármazottja. Mindkettő mennyiséget hígítási sor segítségével, és a kapott plakkok vagy kolóniák megszámolásával lehet meghatározni.

A fágrészecskék és a baktériumsejtek arányát angol szakszóval multiplicity of infction (MOI) értéknek nevezzük. (Ez egy arány, tehát egy mértékegység nélküli szám.) Például az 1 MOI azt jelenti, hogy minden baktériumra egy fág jut. A 0,2 MOI azt jelenti, hogy átlagosan 0,2 fág jut egy baktériumra, más szóval minden ötödik sejtre jut egy fág (azaz ötödannyi fág vesz részt a fertőzésben, mint baktérium). Az 1 fölötti MOI azt jelenti, hogy több fág van a rendszerben, mint baktériumsejt.

Mivel az ilyen fertőzésnél sosem egyenletes a fágok eloszlása, még 1-nél nagyobb MOI esetén is mindig lesz olyan baktérium, amit nem fertőzött meg fág, és mindig lesz olyan baktériumsejt, amit az átlagnál jóval több fág fertőz meg egyidejűleg. A Poisson-eloszlás alapján kiszámolható azon sejtek valószínűsége (P(n)), melyek m MOI esetén n darab fággal vannak megfertőzve:

Vagyis például 2 MOI esetében a meg nem fertőzött (n = 0) sejtek  a teljes populáció 13,5%-át teszik ki (P(n)=0,135). Minderre szükség lehet akkor, ha például olyan kísérletet akarunk tervezni, aminél fontos, hogy a meg nem fertőzött sejtek száma minimális legyen, vagy éppen ellenkezőleg, a többszörösen fertőzőtt sejtek számát szeretnénk egy adott limit érték alatt tartani, például azt szeretnénk, hogy a sejtek maximum 1%-a legyen többszörösen fertőzve. Ilyen módon a megfelelő MOI beállítható.

(Tipp a tanuláshoz: Jelen sorok szerzője szerint a lítikus és a lizogén elnevezések elkülönítése, memorizálása gyakorta okoz gondot. Valójában mindkettő a „lízis” szóból ered, és a fág azon tulajdonságára utal, hogy képes lizálni a sejteket, azaz a sejtek kilyukadéssal járó pusztulását előidézni. A lizogén útvonalnál az az elnevezés logikája, hogy „lízisre képes” baktérium jön létre (általában a –génvégződés valami képességre, lehetőségre, létrehozó képességre utal, mint például az „onkogén”, azaz rákkeltő, rák „létrehozó” anyag). A lítikus fág tehát mindenképpen elvégzi a lízist, a lizogén azonban egy olyan baktériumot hoz létre, amiben később lejátszódhat a lízis, azaz megvan benne a lízis képessége. Ami tulajdonképpen nem más, mint a profág.)