Experimenty Hershey-Chase boli sériou experimentov, ktoré v roku 1952 začali Alfred Hershey a Martha Chase.

Tieto experimenty mali potvrdiť, že DNA je genetický materiál živých organizmov, ktorý predtým objavil švajčiarsky lekár Friedrich Miescher pri svojich pokusoch na bielych krvinkách alebo leukocytoch v rokoch 1868 až 69. Hershey sa v roku 1969 podelil o Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za "objavy týkajúce sa genetickej štruktúry vírusov".

Priebeh experimentu

Hershey a Chase pracovali s baktériovými vírusmi (bakteriofágmi) typu T2, ktoré infikujú baktériu Escherichia coli. Kľúčovou myšlienkou bolo rozdielne značenie nukleovej kyseliny a bielkovín pomocou rádionuklidov:

  • DNA sa značila rádioaktívnym fosforom (32P), pretože DNA obsahuje atómy fosforu v kostre svojich nukleotidov.
  • Bielkoviny sa značili rádioaktívnym sírou (35S), pretože aminokyseliny obsahujúce síru (napr. cysteín, metionín) sú v bielkovinách prítomné, zatiaľ čo DNA síru neobsahuje.

Postup bol v skratke tento:

  1. Fágy sa nechali replikovať v médiu obsahujúcom buď 32P (na značenie DNA), alebo 35S (na značenie bielkovín).
  2. Značené fágy infikovali baktérie E. coli.
  3. Po krátkej inkubácii boli kultúry silne premiešané v mixéri (tzv. "blender"), aby sa odstránili pripevnené obaly fágov od povrchu baktériálnych buniek.
  4. Potom nasledovalo rýchle odstredivé obmývanie – ťažšie baktérie sa usadili v pele, zatiaľ čo ľahšie prázdne obaly fágov zostali v supernatante.
  5. Rozdelené frakcie boli analyzované na rádioaktivitu: sledovali, kde sa nachádza 32P a kde 35S.

Výsledky

Výsledky ukázali, že pri experimentoch so značenými DNA (32P) sa rádioaktivita nachádzala väčšinou v pele baktérií – to znamenalo, že DNA vstúpila do buniek. Pri značených bielkovinách (35S) sa väčšina rádioaktivity nachádzala v supernatante, teda v odobratých prázdnych obaloch fágov. To naznačovalo, že bielkovinový obal nebol prenášačom dedičnej informácie do hostiteľskej bunky. Navyše potom vznikajúce nové fágy obsahovali rádioaktívnu DNA, keď pôvodná DNA fágov bola značená 32P, čo ďalej podporovalo záver, že genetická informácia sa prenáša pomocou DNA.

Význam a kontext

Hershey-Chaseove experimenty priniesli presvedčivý dôkaz v prospech toho, že DNA je nositeľom genetickej informácie, a významne prispe­li k ukončeniu dlhotrvajúcej debaty, či sú nositeľmi dedičnosti bielkoviny alebo nukleové kyseliny. Ich výsledky dopĺňali predchádzajúce práce, najmä experimenty Averyho, MacLeodyho a McCartyho (1944), ktoré už naznačovali úlohu DNA pri transformácii bakteriálnych vlastností.

Hoci Hershey a Chase pracovali s vírusmi a baktériami, princíp bol všeobecne prijatý a rýchlo ovplyvnil ďalší rozvoj molekulárnej biológie. Objav dvojitej špirály DNA (Watson a Crick, 1953) a následné práce o mechanizme replikácie poskytli štrukturálne a molekulárne vysvetlenie tejto funkcie DNA.

Poznámky k metodike a historický význam

  • Výber izotopov 32P a 35S bol premyslený: umožnil jednoznačne rozlíšiť, či sa dedičná informácia prenáša v komponente obsahujúcom fosfor (DNA) alebo v komponente obsahujúcom síru (bielkoviny).
  • Experiment bol relatívne jednoduchý, opakovateľný a založený na priamom meraní rádioaktivity, čo prispelo k jeho presvedčivosti.
  • Alfred Hershey sa v roku 1969 podelil o Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za "objavy týkajúce sa genetickej štruktúry vírusov" (cenu si delil s kolegami, ktorí významne prispeli k porozumeniu genetiky vírusov).

Hershey-Chaseove experimenty sú učebnicovým príkladom elegantného dizajnu experimentu, ktorý pomocou jednoduchých, jasne definovaných krokov dokáže zodpovedať zásadnú biologickú otázku a položiť základy modernej molekulárnej genetiky.