A diferencia del ciclo lítico, los fagos que infectan bacterias a través del ciclo lisogénico no matan inmediatamente a su célula huésped. En su lugar, combinan su genoma con el genoma del huésped, permitiendo a las bacterias replicar el ADN del fago junto con el genoma bacteriano. La copia incorporada del genoma del fago se denomina profago. Algunos profagos pueden reactivar e introducir el ciclo lítico. Esto a menudo ocurre en respuesta a una perturbación, como daño en el ADN, pero también puede transpirar en ausencia de señales externas.

Conversión lisogénica

En algunos casos, los genes codificados por profagos pueden alterar el fenotipo de la bacteria infectada, un proceso conocido como conversión lisogénica. Algunos fagos codifican proteínas o toxinas llamadas factores de virulencia que pueden facilitar infecciones bacterianas. A través de la conversión lisogénica, normalmente las bacterias no patógenas pueden llegar a ser altamente virulentas a través de la infección por un fago portador de factores de virulencia.

Por ejemplo, estos fagos son en gran parte responsables de la patogenicidad de las especies bacterianas que causan botulismo (Clostridium botulinum), difteria (Corynebacterium diphtheriae), y el cólera (Vibrio cholerae). Sin la conversión lisogénica, estas bacterias no suelen causar enfermedades.

Un ejemplo particularmente bien estudiado de conversión lisogénica es el de la cepa Escherichia coli O157:H7. Varios retiros masivos de alimentos han provenido de la contaminación por E. coli O157:H7. Esta cepa de E. coli ha sido infectada por un fago que codifica la toxina similar a Shiga (Stx), que puede causar sangrado intestinal e insuficiencia renal. En el ciclo lisogénico, no se produce Stx, y las bacterias no causan enfermedad. El fago debe volver a entrar en el ciclo lítico para que se produzca Stx. Desafortunadamente, ciertos antibióticos pueden desencadenar la inducción del profago y la consiguiente producción de Stx, dificultando el tratamiento de estas infecciones. La investigación actual está investigando nuevas terapias que impiden el inicio del profago.