Meselson-Stahlov experiment bol klasický experiment, ktorý uskutočnili Matthew Meselson a Franklin Stahl v roku 1958 s použitím DNA z E. coli. Svojím experimentom poskytli priame dôkazy, že replikácia DNA je semikonzervatívna (polokonzervatívna): každá dcérska molekula DNA obsahuje jeden starý (pôvodný) a jeden novo syntetizovaný reťazec.

Základná myšlienka

DNA je dvojvláknová štruktúra – dve špirály spojené do dvojitej helixy. Pri semikonzervatívnej replikácii sa dvojvláknová molekula rozdelí a každé vlákno slúži ako templát pre syntézu druhého vlákna; výsledkom sú dve molekuly, z ktorých každá obsahuje jedno staré a jedno nové vlákno.

Možné modely replikácie

  • konzervatívna replikácia: Pôvodná molekula zostane nedotknutá a vzniknú dve úplne nové molekuly.
  • polokonzervatívna (semikonzervatívna) replikácia: Každá dcérska molekula obsahuje jedno staré a jedno nové vlákno.
  • disperzná (rozptýlená) replikácia: Obidve vlákna každé dcérskej molekuly sú zmesou starých a nových úsekov (fragmentov), pričom staré a nové nukleotidy sú rozptýlené pozdĺž oboch vlákien.

Postup experimentu Meselsona a Stahla

Na rozlíšenie týchto možností použili Meselson a Stahl značkovanie dusíkovými izotopmi. Baktérie najprv pestovali v médiu obsahujúcom 15N (ťažší izotop dusíka), takže ich DNA sa po niekoľkých generáciách stala „ťažkou“ (obsahovala 15N). Potom tieto bunky presunuli do média obsahujúceho ľahší izotop (14N) a nechali ich replikovať. Po jednotlivých generačných cykloch izolovali DNA a analyzovali ju pomocou rovnovážnej centrifugácie v roztoku CsCl (metóda separácie podľa hmotnostnej hustoty).

Pozorované výsledky

Výsledky boli charakteristické:

  • Po jednom kolobehu replikácie (jedna generácia v 14N) sa v CsCl gradientu objavil iba jeden pás s intermediárnou hustotou (hybridný pás), čo znamená, že každá molekula obsahovala kombináciu 15N a 14N.
  • Po dvoch kolobehách sa objavili dva pásy: jeden ľahký (obsahujúci hlavne 14N) a jeden intermediárny (hybridný). Tento vzor vedel vysvetliť iba polokonzervatívny model.

Prečo to vylučuje ostatné modely

  • Ak by bola replikácia konzervatívna, po prvom cykle by sme videli dva pásy – jeden ťažký (pôvodná 15N/15N) a jeden ľahký (nové 14N/14N). Pozorovaný jediný hybridný pás preto konzervatívny model vylučuje.
  • Ak by bola replikácia disperzná, očakávali by sme po každom cykle jediné pásmo, ktoré by sa postupne približovalo k ľahšej hustote, nie však vznik dvoch oddelených pásov po druhom cykle. Preto disperzný model tiež nezodpovedal pozorovaniam.

Dôležitosť experimentu

Meselson-Stahlov experiment je považovaný za jeden z najčistejších a najúčinnejších dôkazov mechanizmu replikácie DNA a významne potvrdil predpovede modelu Watsona a Cricka. Metóda izotopového značenia a rovnovážnej centrifugácie sa odvtedy stala dôležitým nástrojom pri štúdiu nukleových kyselín a bunkových procesov.

Všeobecne teda platí: semikonzervatívna replikácia zabezpečuje, že genetická informácia sa verne prenáša z generácie na generáciu tým, že každá dcérska DNA zachováva jeden starý reťazec ako templát pre nový.