Hershey-Chaseův experiment (1952): potvrzení DNA jako genetického materiálu
Hershey-Chaseův experiment (1952) – klíčové důkazy, které potvrdily DNA jako nositele dědičnosti. Přehled průlomového pokusu a jeho dopad na moderní genetiku.
Hershey-Chaseovy experimenty byly sérií experimentů, které v roce 1952 zahájili Alfred Hershey a Martha Chaseová. Cílem těchto jednoduchých, ale účinných pokusů bylo rozhodnout, zda je nositelem genetické informace u virů a bakterií bílkovina, nebo DNA. Výsledek potvrdil, že dědičnou informací disponuje DNA, což mělo zásadní vliv na další rozvoj molekulární biologie.
Pozadí
Už dříve, v roce 1944, ukázali Oswald Avery, Colin MacLeod a Maclyn McCarty, že transformační princip u Streptococcus pneumoniae je DNA. Nicméně toto zjištění nebylo zcela všeobecně přijato. Hershey a Chase zvolili jiný systém — bakteriofágy (viry napadající bakterie) — aby ukázali, která část viru vstupuje do bakteriální buňky a zprostředkovává vznik nových částic viru (virů).
Metoda — jak experiment fungoval
Hershey a Chase použili bakteriofága T2, který napadá Escherichia coli. Klíčovým nápadem bylo značit dva hlavní typy makromolekul odlišnými radioizotopy:
- 35S (sulfur-35) pro značení bílkovin — bílkoviny obsahují síru (v aminokyselinách cystein, methionin), DNA neobsahuje síru.
- 32P (fosfor-32) pro značení DNA — DNA obsahuje fosfátovou kostru, bílkoviny neobsahují fosfor ve stejné podobě.
Průběh experimentu shrnutě:
- Fágy jsou vyráběny v médiu obsahujícím buď 35S (označí se proteiny viru), nebo 32P (označí se DNA viru).
- Označené fágy se nechají infikovat E. coli; po krátké době, kdy fágy připojí a vtlačí svoji informaci do buňky, jsou kultury odstředěny a směsi ošetřeny v mixéru (blender), aby se odtrhly váčky s fágovými obaly od bakteriálních buněk.
- Pomocí centrifugace se oddělí buňky (pellet) od volných obalů fágů (supernatant). Následně se měří radioaktivita v pelletu a supernatantu.
Výsledky
Hlavní pozorování bylo následující:
- U fágů značených 35S (proteiny) se většina radioaktivity nacházela v supernatantu po rozstřihnutí: obaly fágů zůstaly odděleny a do buněk se nezanesly.
- U fágů značených 32P (DNA) se většina radioaktivity nacházela v pelletu (v buňkách): DNA vstoupila do bakterií.
- Když bakterie, do nichž vstoupila 32P-DNA, začaly produkovat nové fágy, potomci obsahovali radioaktivní fosfor (32P), nikoli radioaktivní síru (35S).
Tato data jasně ukázala, že to byla DNA, která nesla informaci potřebnou pro tvorbu nových virionů, nikoli proteinový obal.
Význam a důsledky
Hershey-Chaseův experiment přinesl silné a jednoduché důkazy, že DNA je nositelem dědičné informace u bakteriofágů a — podle obecné extrapolace — u organismů obecně. Ve spojení s objevem struktury DNA Jamesem Watsonem a Francisem Crickem (1953) a s dalšími molekulárněbiologickými objevy umožnil tento výsledek rychlý rozmach výzkumu genetiky na molekulární úrovni.
Alfred Hershey se v roce 1969 podělil o Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství za "objevy týkající se genetické struktury virů". Martha Chaseová přispěla zásadním způsobem k provedení experimentu, i když Nobelova cena byla udělena jen některým autorům spojeným s danými objevy.
Poznámky a omezení
Experiment byl elegantní svou jednoduchostí, nicméně nepřímo opíral výsledky o předpoklady, že označení bylo specifické (35S pro proteiny, 32P pro DNA) a že žádná významná část jiných molekul nevstupuje do buněk. Následující práce a rekonstrukce ukázaly tyto předpoklady jako oprávněné a výsledky potvrdily.
Celkově Hershey-Chaseovy experimenty představují jeden z klíčových okamžiků ve vědě o dědičnosti — jasný důkaz, který pomohl ukončit debatu o tom, zda je nositelem genetické informace protein nebo nukleová kyselina.
Experiment
Metoda
Hershey a Chase použili fág T2, bakteriofág. Fág infikuje bakterii tak, že se na ni přichytí a vpraví do ní svůj genetický materiál.
Označili DNA fága radioaktivním fosforem-32. Poté sledovali fágy při infikování bakterie E. coli. Zjistili, že radioaktivní prvek, který zůstal na DNA fága, se nacházel pouze v bakterii, nikoli ve fágu, což znamená, že DNA se dostala do bakterie.
Při druhém pokusu Hershey a Chase označili fágový protein radioaktivní sirkou 35. Po připojení fága k bakterii byl radioaktivní prvek nalezen ve fágu, ale ne v bakterii. To znamená, že proteiny fága zůstaly na vnější straně bakterie. Tyto výsledky ukázaly Hersheymu a Chaseovi, že genetický materiál, který infikuje bakterii, je DNA.
Otázky a odpovědi
Otázka: Kdo provedl experiment Hershey-Chase?
Odpověď: Hershey-Chaseův experiment provedli Alfred Hershey a Martha Chaseová.
Otázka: Jaký byl účel experimentu Hershey-Chase?
Odpověď: Účelem Hershey-Chaseova experimentu bylo potvrdit, že DNA je genetický materiál živých organismů.
Otázka: Kdy byly experimenty Hershey-Chase provedeny?
Odpověď: Experimenty Hershey-Chase byly provedeny v roce 1952.
Otázka: Kdo je Friedrich Miescher a jaký byl jeho přínos ke studiu DNA?
Odpověď: Friedrich Miescher byl švýcarský lékař, který při svých pokusech na bílých krvinkách neboli leukocytech v letech 1868-69 zjistil, že DNA je genetický materiál živých organismů.
Otázka: Za co získal Alfred Hershey Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu?
Odpověď: Alfred Hershey získal Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství za objevy týkající se genetické struktury virů.
Otázka: Proč bylo potvrzení DNA jako genetického materiálu v živých organismech důležité?
Odpověď: Potvrzení DNA jako genetického materiálu živých organismů bylo důležité, protože umožnilo lépe pochopit, jak se genetické znaky předávají z generace na generaci.
Otázka: Jak experimenty Hershey-Chase potvrdily, že DNA je genetickým materiálem živých organismů?
Odpověď: Hershey-Chaseovy experimenty potvrdily, že DNA je genetickým materiálem živých organismů, protože prokázaly, že DNA viru je tím, co infikuje bakteriální buňku a vede k produkci nových virových částic.
Vyhledávání