Experimenty Hershey-Chase (1952): dôkaz, že DNA je genetický materiál
Strhujúci prehľad experimentov Hershey-Chase (1952): dôkaz, že DNA je genetický materiál, jeho význam pre genetiku a Nobelovu cenu.
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:
- Fágy sa nechali replikovať v médiu obsahujúcom buď 32P (na značenie DNA), alebo 35S (na značenie bielkovín).
- Značené fágy infikovali baktérie E. coli.
- Po krátkej inkubácii boli kultúry silne premiešané v mixéri (tzv. "blender"), aby sa odstránili pripevnené obaly fágov od povrchu baktériálnych buniek.
- Potom nasledovalo rýchle odstredivé obmývanie – ťažšie baktérie sa usadili v pele, zatiaľ čo ľahšie prázdne obaly fágov zostali v supernatante.
- 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.
Experiment
Metóda
Hershey a Chase použili fág T2, bakteriofág. Fág infikuje baktériu tak, že sa k nej pripojí a vstrekne do nej svoj genetický materiál.
DNA fága označili rádioaktívnym fosforom 32. Potom fágy sledovali, kým infikovali E. coli. Zistili, že rádioaktívny prvok, ktorý zostal na DNA fága, sa nachádzal len v baktérii, a nie vo fágu, čo znamená, že DNA sa dostala do baktérie.
V druhom experimente Hershey a Chase označili fágový proteín rádioaktívnou sírou-35. Po pripojení fága k baktérii sa rádioaktívny prvok našiel vo fágu, ale nie v baktérii. To znamená, že proteíny fága zostali na vonkajšej strane baktérie. Tieto výsledky ukázali Hersheymu a Chaseovi, že genetický materiál, ktorý infikuje baktériu, je DNA.
Otázky a odpovede
Otázka: Kto uskutočnil experiment Hershey-Chase?
Odpoveď: Experiment Hershey-Chase uskutočnili Alfred Hershey a Martha Chase.
Otázka: Čo bolo cieľom experimentu Hershey-Chase?
Odpoveď: Cieľom Hersheyho a Chaseho experimentu bolo potvrdiť, že DNA je genetický materiál živých organizmov.
Otázka: Kedy sa uskutočnili experimenty Hershey-Chase?
Odpoveď: Experimenty Hershey-Chase sa uskutočnili v roku 1952.
Otázka: Kto je Friedrich Miescher a aký bol jeho prínos k štúdiu DNA?
Odpoveď: Friedrich Miescher bol švajčiarsky lekár, ktorý v rokoch 1868 až 69 pri svojich pokusoch na bielych krvinkách alebo leukocytoch zistil, že DNA je genetický materiál živých organizmov.
Otázka: Za čo získal Alfred Hershey Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu?
Odpoveď: Alfred Hershey získal Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za svoje objavy týkajúce sa genetickej štruktúry vírusov.
Otázka: Prečo bolo potvrdenie DNA ako genetického materiálu v živých organizmoch dôležité?
Odpoveď: Potvrdenie DNA ako genetického materiálu živých organizmov bolo dôležité, pretože umožnilo lepšie pochopiť, ako sa genetické znaky prenášajú z generácie na generáciu.
Otázka: Ako experimenty Hershey-Chase potvrdili, že DNA je genetickým materiálom živých organizmov?
Odpoveď: Hershey-Chaseove experimenty potvrdili DNA ako genetický materiál živých organizmov tým, že dokázali, že DNA vírusu je to, čo infikuje bakteriálnu bunku, čo vedie k produkcii nových vírusových častíc.
Prehľadať