Információ

Hershey és Chase kísérlet

Hershey és Chase kísérlet



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

http://www.youtube.com/watch?v=3QJ4CjFsflA

Ez egy link a Hershey és Chase kísérlethez. E kísérlet alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a DNS a genetikai anyag. De hogyan következtethetünk arra, hogy a DNS a genetikai anyag? Csak azt bizonyították, hogy a vírus DNS-e behatol a baktériumokba, nem pedig a vírus fehérjeburkába.

A vírus DNS-e később elpusztítja a baktériumokat, mert a vírus szaporodik bennük. Ez azt bizonyítja, hogy a DNS a genetikai anyag?


Ez levonás kérdése. Tudjuk:

  1. A sejtbe belépő vírusok több másolatot is képesek készíteni magukról.
  2. Az csak egy vírus egy része, amely ténylegesen bejut a sejtbe, a DNS (vagy RNS, a kérdéses vírustól függően).

E két tény alapján azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a DNS - mivel a vírus egyetlen része, amely bejut a sejtbe - valamilyen módon tartalmazza a vírus új másolatainak előállításához szükséges információkat, és ezért ez a genetikai anyag. a vírusnak.


Ez egy fontos kísérlet volt, de nem győzött meg mindenkit.

Még Hershey és Chase sem állította ezt a következtetést, bár sokakat meggyőzött. A legtöbb mol bio osztályon vagy a "The Double Helix" olvasásakor láthatja, hogy sok tény mutatott a DNS-re, de kétségek maradtak. Egyes vírusok csak RNS-t tartalmaztak, DNS-t nem, de még mindig replikálódtak. Volt egy olyan iskola is, amely úgy vélte, hogy a fehérjék lehetnek a genetikai anyag.

Watson és Crick volt az, aki végül mindenkit meggyőzött arról, hogy a DNS a genetikai öröklődés médiuma. Ennek változatos okai vannak, az egyik valószínűleg az, hogy az atomi szerkezetek olyan világosan érthetőek, és olyan egyszerűnek tűnnek egy nedves laborkísérlethez képest, amely sok más kísérletre épül. Folyamatosan jönnek a kérdések: "honnan tudod, hogy elég sokáig ráztad a lombikot?", "Mi van, ha kis mennyiségű maradék vírusfehérje került bele?" Minden olyan kinyilatkoztatás esetében, mint például Hershey és Chase, sok olyan eset van, amikor valaki túl gyorsan leállította az inkubációt, vagy felírt egy olvashatatlan számot, és a közzététel után derült ki.

És láthatod, mennyit adott nekünk a szerkezet egy csapásra: a DNS szerkezete egy olyan mechanizmust ihletett meg, amellyel a DNS replikációja bizonyos hibajavítással előállítható, a központi dogmát (DNS -> RNS -> fehérje). Több éven át igyekeztek bebizonyítani, hogy a genetikai kód létezik, majd kielemezték a pontos kodonokat és azt a tényt, hogy 3 bázis hosszúak. De mindezt megjósolták a szerkezet megtalálásakor. Sokkal világosabb, hogy mi történik.


Biológia: Hershey–Chase kísérlet

Az Hershey–Chase kísérletek 1952-ben Alfred Hershey és Martha Chase végzett kísérletsorozatot, amely segített megerősíteni, hogy a DNS genetikai anyag. Míg a DNS-t 1869 óta ismerték a biológusok, sok tudós akkoriban még azt feltételezte, hogy a fehérjék hordozzák az öröklődéshez szükséges információt, mivel a DNS inert molekulának tűnt, és mivel a sejtmagban található, szerepe foszfortárolónak számított. Kísérleteik során Hershey és Chase kimutatta, hogy amikor a DNS-ből és fehérjéből álló bakteriofágok megfertőzik a baktériumokat, DNS-ük bejut a gazdabaktérium sejtjébe, de fehérjéjük nagy része nem. Hershey és Chase, valamint az azt követő felfedezések mind annak bizonyítására szolgáltak, hogy a DNS az örökítőanyag.

Hershey 1969-ben megosztotta az élettani és orvosi Nobel-díjat Max Delbrückkel és Salvador Luriával „a vírusok genetikai szerkezetével kapcsolatos felfedezéseikért”. Α]


Felkészülés a kísérletre-

Két izotóppal jelölt T2 bakteriofág részecskét állítottunk elő. Az egyiket 32P-vel jelölték a DNS foszfátcsoportjában, a másikat 35S-vel a fehérjeburok kéntartalmú aminosavaiban.

JEGYZET: A DNS nem tartalmaz ként és a vírusfehérje nem tartalmaz foszfort.

A jelölt fág két tételét ezután hagytuk megfertőzni a jelöletlen baktériumok különálló szuszpenzióit. A fággal fertőzött sejtek minden szuszpenzióját keverőben kevertük, hogy a víruskapszidokat lenyírjuk a baktériumokról.

A baktériumok és az üres vírusköpenyek (ún "szellem") azután elválasztották egymástól centrifugálás.


Hershey-Chase kísérlet

Az Hershey-Chase kísérlet Alfred Hershey és Martha Chase 1952-ben végzett kísérletsorozata, amely a DNS-t a fágok és végső soron minden szervezet genetikai anyagaként azonosította. A fág egy kis vírus, amely baktériumokat fertőz meg. Egy fehérjerétegből áll, amely körülveszi a genetikai anyagot.

1958-ra az olyan kísérletek és elemzések, mint az Avery-MacLeod-McCarty kísérlet, a Hershey-Chase kísérlet, a Watson-Crick szerkezet és a Meselson-Stahl kísérlet kimutatta, hogy a DNS a genetikai információ molekulája.

Oswald Avery 1943-ban kimutatta, hogy a DNS valószínűleg a kromoszóma genetikai anyaga, nem pedig a fehérje, a kérdést döntően az 1952-es Hershey-Chase kísérlet-Az egyik a sok hozzájárulás közül az úgynevezett fágcsoporttól, amelynek középpontjában a fizikusból lett biológus Max Delbrýck áll.

A DNS-t genetikai anyagnak bizonyították

s, de hogy a DNS miként szolgált génként, még nem volt biztos. A DNS-nek információt kell hordoznia a szülősejttől a leánysejtig. Tartalmaznia kell információkat az önmaga replikálásához. Kémiailag stabilnak, viszonylag változatlannak kell lennie.

bizonyítja, hogy a fágok (és minden más organizmus) genetikai információi DNS-nek minősülnek 1953 A DNS szerkezetét kettős hélixként határozták meg James Watson és Francis Crick 1958 A Meselson-Stahl kísérlet bizonyítja, hogy a DNS félig konzervatív módon replikálódik 1961 A genetikai kód .


Hershey és Chase kísérlet – Biológia

küldetése, hogy a biokémiát szórakoztatóvá és mindenki számára hozzáférhetővé tegye

Manapság sokan természetesnek tekintjük, hogy a DNS az örökletes információ forrása, de ez valójában egy nagyon friss felfedezés, amely meglehetősen ellentmondásos volt, amikor az 1950-es években bejelentették. De hogyan dőlt el a fehérje/DNS vita? Egy turmixgéppel és egy Martha Chase nevű nővel (erről ebben a kísérő CSHL WiSE WiSE szerdai darabban tudhat meg többet).

A legtöbb tudós az 1950-es évek közepe előtt úgy gondolta, hogy a genetikai információkat fehérjéken keresztül tárolják és továbbítják, nem nukleinsavakon (DNS és RNS). Ez ésszerű hipotézis volt, mert a nukleinsavak 4 betűs kódjával ellentétben a fehérjék egy nagyobb (20 betűs) aminosavak ábécéjéből állnak. És bár a DNS 4 bázisa meglehetősen hasonló, a 20 aminosavnak nagyon eltérő kémiai tulajdonságai vannak. Sok tudós úgy gondolta, hogy ez a sokféleség teszi a fehérjéket a genetikai tárolás jobb jelöltjévé. Nem minden tudós volt azonban meggyőződve

Korai bizonyítékok az &ldquogénekre a DNS&rdquo tábor: 1928-ban Frederick Griffith kimutatta, hogy a "transzformáló elv" átvihető a virulens, betegségeket okozó baktériumokról ártalmatlan, nem virulens baktériumokra, "az egykor jóindulatú baktériumokat gyilkos gépekké alakítva".

A Rockefeller Intézet tudósainak egy csoportja (Oswald Avery, Colin MacLeod és Maclyn McCarty) kibővítette a munkát, és 1944-ben bejelentette egy kísérlet eredményeit, amely támogatta a „DNS-tábort”. Kimutatták, hogy a DNS-t elpusztító enzimek inaktiválódnak. az &ldquotransforming elv,&rdquo, míg a fehérjéket, de a DNS-t nem pusztító vegyi anyagoknak nem volt hatása. Ennek ellenére nagy volt a szkepticizmus. Egyszerűen csak lehetségesnek tűnt, hogy a földi élet sokfélesége egy 4 betűből álló ábécével írható le.

A vita rendezésére Martha Chase és kollégája, Alfred Hershey a Cold Spring Harbor Laboratory-ban (CSHL) (ahol doktoranduszként dolgozom) egy elegáns, de erőteljes kísérletet dolgoztak ki, amely minden idők egyik legnagyobb molekuláris biológiai kísérletévé vált, gyakran a &ldquoHershey-Chase kísérlet&rdquo vagy a &ldquoWaring turmixgép kísérlet.&rdquo

A turmixgépen kívül (igen, olyan, mint amilyen a konyhájában van), vagy ez valamiért a laborunkban van (bár kétlem, hogy az egyet (bár egyszer Carol Greider és rsquos pipettákat is használtam) kísérletben egy speciális vírustípust használtak, amelyet bakteriofágnak vagy röviden &ldquophage&rdquo-nak neveztek, és amely baktériumokat fertőz meg.

Ha a &ldquophage&rdquo ismerősen hangzik, az azért lehet, mert ezek a baktériumokat fertőző vírusok sokat jelennek meg a biokémiában, mivel a baktériumokat &ldquofactory&rdquo használjuk például DNS előállítására, és a fehérjéket és a fágokat erre tervezték, így sok olyan &ldquofelszereléssel&rdquo rendelkezünk, amit szeretnénk. . Gyakran használjuk a fág &ndash &ndquopieces&rdquo részét, mint például a DNS-másoló gépezetüket (polimeráz). De ezek a tudósok az érintetlen fágot használták.

Abban az időben ismert volt, hogy amikor egy fág megfertőz egy baktériumot, az a baktérium felszínén dokkol, majd beinjektálja a baktériumot, miközben a fág kívül hagyja a baktériumot (1. ábra). Ez az injektált &ldquostuff&rdquo olyan genetikai információt tartalmaz, amely arra utasítja a baktériumot, hogy több vírust termeljen. A baktérium követi ezeket az utasításokat, több vírust termel, majd felrobban (lizizál), és felszabadítja ezeket a vírusokat, hogy több baktériumot fertőzzen meg. De mi&rsquo ebben a &ldquostuff&rdquo? Fehérjék, nukleinsavak vagy mindkettő? Chase és Hershey tudta, hogy ennek a kérdésnek a megválaszolása segít megválaszolni azt a nagyobb kérdést, hogy miből áll a genetikai információ, ezért kidolgoztak egy tervet.

A kísérlet kulcsa az volt, hogy kitaláljuk, hogyan lehet megkülönböztetni a nukleinsavakat és a fehérjéket. Amint azt tegnap láttuk, az atomok (az elemek alapegységei, mint a szén (C), a hidrogén (H), az oxigén (O) kisebb részekből, úgynevezett szubatomi részecskékből és pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból állnak egy központi magban, amelyet körülvesz. negatív töltésű elektronok felhője.

Az elemeket a protonok száma határozza meg (például a szénnek MINDIG 6 protonja van), de a neutronok és elektronok száma változhat. Ha megváltoztatja az elektronok számát, megváltoztatja a töltést, így az atomok eltérően működhetnek, de ha megváltoztatja a neutronok számát, mivel a neutronok semlegesek, az atom ugyanúgy működik.

Legalábbis &ldquokívül atom&rsquo&rdquo &ndash belül konfliktus alakulhat ki, ha jelentős egyensúlyhiány áll fenn a protonok száma és a neutronok száma között, a + protonokat egymás taszításában megakadályozó &ldquoenyv&rdquo feszültté válik, így az atommag ellehetetlenül. És a sugárzás kiengedésével stabillá válhat. Erről bővebben a végén, de nem akarok túl messzire elkalandozni a történettől.

Az összes nukleáris instabilitás mélyen az atommagban történik, így a többi molekula nem látja ezeket a belső démonokat, és így normálisan kölcsönhatásba lépnek velük. Így kicserélhetjük az &ldquonormal&rdquo atomokat radioaktív izotópokra, hogy jelölőként működjenek, és mérjük az általuk kibocsátott sugárzást, hogy nyomon követhessük, hová jutnak a jelölt dolgok. Néha címkézzük a dolgokat, miután már elkészültek, például amikor forró ATP-t használok a szintetizált RNS-molekulák végeinek radioaktív jelölésére. De radioaktív atomok is beépíthetők az előállítási folyamat során, ha radioaktív &ldquoépítőkockákat&rdquo használ.

Ha radioaktívan meg akarja jelölni bizonyos elemek atomjait a biológiailag előállított molekulákban, amint előállításuk folyamatban van, akkor az adott elem radioaktív izotópját beépítheti egy szervezetbe és táptalajba. Amikor a szervezet új fehérjéket és nukleinsavakat állít elő, a radioaktív izotópot beépíti ezekbe, és megjelöli őket.

A C, H és O szinte az összes fő molekulában megtalálható, amelyekkel a biokémikusok foglalkoznak (nukleinsavak (DNS és RNS), fehérjék, lipidek (zsírok és olajok), stb.). Tehát ezeknek az atomoknak a jelölése olyan lenne, mintha kiemelőt vennének egy egész oldal &ndash nem túl hasznos. Valami specifikusabbra van szükségünk a különböző típusú molekulákhoz. Tehát milyen más elemeket találunk a biokémiai &ldquomakromolekulákban&rdquo? Néhány gyakori a nitrogén (N), a kén (S) és a foszfor (P).

Hershey és Chase meg akarja különböztetni a DNS-t és a fehérjéket. Mindkettőben van nitrogén, úgyhogy jelölje ki a listából. De mi a helyzet a kénnel és a foszforral?

P-t találsz olyan helyeken, mint az RNS és a DNS (ahol minden betűben (nukleotid) szerepel), de a fehérjebetűk (aminosavak) egyikében sem található foszfor (bár a foszfor beépülhet a fehérjékbe, miután létrejöttek, amikor a fehérjék ún. A kinázok levesznek egy RNS-betű (ATP) egy részét, és egy foszfátcsoportot ragasztanak rájuk, és ez a foszforiláció megváltoztathatja a fehérje alakját és aktivitását, de ez a foszfát hozzáadása csak néha történik bizonyos molekuláknál, és azután, hogy létrejöttek.)

Tehát használhatjuk a P-t a nukleinsavak jelölésére, de nem a fehérjéket, mivel ezek készülnek.

Hogyan jelöljük a fehérjéket? Fordítsd kénné. A DNS- vagy RNS-betűk egyike sem tartalmaz ként, és a legtöbb fehérjebetű sem, de néhány metionin (Met, M) és cisztein (Cys, C) igen.

tehát &ndash A nukleinsavak és az aminosavak egyaránt tartalmaznak szenet, nitrogént és oxigént, de a nukleinsavak foszfort is tartalmaznak, míg az aminosavak nem, egyes aminosavak pedig ként tartalmaznak, míg a nukleinsavak nem. Ezért a radioaktív foszfor nukleinsavak, míg a radioaktív kén fehérjék szelektív jelölésére használható.

A Chase & Hershey radioaktív foszfort (P-32) vagy radioaktív ként (S-35) tartalmazó tápközegben baktériumokat termesztett, és megfertőzte ezeket a baktériumokat egy T2 nevű fággal. A baktériumok mindkét tápközegben többet termeltek a T2 fágból, de a P-32 tápközegben lévő baktériumok által termelt T2 radioaktívan jelölt nukleinsavakat, míg az S-35 baktériumok által termelt T2 radioaktívan jelölt fehérjéket tartalmazott.

Chase & Hershey izolálta ezeket a jelölt vírusokat, és normál tápközegben tenyésztett baktériumok megfertőzésére használta őket. Hagyták, hogy a T2 csatlakozzon a baktériumokhoz, és befecskendezzék a titokzatos anyagot, majd mielőtt a baktérium lizálódott, keverővel lenyírták a T2 héját a baktériumsejtekről, és a kapott keveréket centrifugálták, hogy elválasztsák a nehezebb baktériumokat ( amely most a T2&rsquos genetikai &ldquostuff&rdquo) tartalmazza a könnyebb T2 &ldquosburokból.&rdquo Ezután megmérték, hogy mennyi radioaktivitás van az egyes részekben.

Kísérlet tervezése során fontos átgondolni, hogy milyen eredményekre számíthatna a különböző esetekben, ezért gondolja át ezt egy percre. Két kísérleti körülményünk van, a jelölt fehérje és a jelölt DNS, és ezek mindegyikénél összehasonlítjuk a radioaktivitást 2 populációban (T2 &ldquoshells&rdquo és baktériumok). 2 fő hipotézisünk van (a genetikai információ fehérjékből és nukleinsavakból áll). (Természetesen az is előfordulhat, hogy az &ldquostuff&rdquo mindkettőt tartalmazza, de ezt az egyszerűség kedvéért itt figyelmen kívül hagyjuk).

Szóval mit találtak? Amikor megjelölték a nukleinsavat, szinte az összes radioaktivitás a bakteriális részben volt, míg amikor a fehérjét jelölték, majdnem az összes radioaktivitás a T2 részben volt (2b. ábra). Ez azt mondta nekik, hogy a baktériumokba injektált anyag nukleinsavakat tartalmazott, de fehérjéket NEM! És mivel ez a "T2" genetikai információ tartalmazta, ez az információ nukleinsavakból, NEM fehérjékből áll.

Amint azt ma már tudjuk, a DNS három egymást követő bázisból (kodonoknak nevezett) tárolja az információkat, amelyek egy aminosavat kódolnak, így biztosítva a komplex információk tárolásához szükséges sokféleséget. Továbbá minden nukleinsav bázis komplementer egy másik bázissal, így az információ könnyen másolható és továbbítható. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik a nukleinsavat a munkához (sőt, mivel a „nagy adatok” forradalma hatalmas mennyiségű adatot generál, a tudósok jelenleg szintetikus DNS felhasználásán dolgoznak bizonyos részük tárolására!).

A kísérleti eredmények nem pontosan ezt a kivágást és szárítást jelentették, és csak egy (fontos) kísérletsorozat volt, amely hozzáadott egy darabot ahhoz a rejtvényhez, hogy miből álltak a genetikai információk, de nagy szerepet játszottak abban, hogy a DNS forrása genetikai információ. A kísérlet 1969-ben elnyerte Hershey Nobel-díjat. Martha Chase nem szerepelt, és Hershey még az üdvözlő beszédében sem ismerte el hozzájárulását. Remélem, hogy ez a cikk segített jobban megérteni és értékelni ennek az úttörő élménynek az eleganciáját, és remélem, hogy amikor a Hershey-Chase kísérletre gondol, Martha Chase-re fog gondolni!

A Blender-kísérlet csak egy volt a számos kísérlet közül, amelyeket Hershey & Chase leírt a cikkében. Olyan dolgokat is tettek, mint megerősítették egy másik tudós, Thomas Anderson megállapításait, miszerint a fágok DNS-t tartalmaznak a fehérjeburok belsejében. És megmutatták, hogy szétválaszthatja a fehérjét és a DNS-részeket, és hogy a fehérjetartalmú részek megtapadhatnak a baktériumokhoz (adszorbeálódnak a bakteriális membránokhoz), de a DNS-részek nem. És hogy a DNS a baktériumok belsejébe kerül. És hogy a fehérjeburok megvédte a DNS-t a DNS-rágóktól (DNS-ázoktól), és ha DNS-ázt ad a felszabaduló DNS-hez, az lebomlik, de ha egy ép fág belsejébe kerül, akkor ez rendben van. A tudomány lépésekben zajlik, és azok a kísérletek és a tudóstársak által végzett kísérletek is nagyon fontos lépések voltak, de nem használtak turmixgépet, így kevesebb tényezőre kell emlékezni a történelemre.

Bővebben a felhasznált radioizotópokról. Van néhány fajta sugárzás. Az alfa-bomlás a hélium atom megfelelőjét adja (2 proton és 2 neutron), a béta-bomlás neutront cserél protonra (béta-plusz bomlás esetén) vagy protont neutronra (béta-mínusz bomlás esetén (más néven pozitron). emisszió), és kibocsát egy elektront és antineutrínót (béta-plusban) vagy egy anti-elektront és neutrínót (béta-mínuszban), hogy megőrizze a töltést és a furcsa apró fizikai dolgokat. Mind a P32, mind az S35 lebomlik a béta-mínusz bomláson keresztül.

Mindkettő (alfa és béta) magában foglalja a protonok számának megváltoztatását, így megváltoztatják az atomok és rsquos azonosságát. De a sugárzás egy harmadik típusa, a gamma-bomlás, nem bocsát ki semmilyen fizikai részecskét, ehelyett csak energiát szabadít fel, sugárzás formájában és minden elektromágneses sugárzást (EMR) és mindent, a mikrohullámtól az infravörösön át a látható fényen át az ultraibolya (UV) sugárzásig. a röntgensugárzástól a gammasugárzásig az &ldquosame&rdquo &ndash kis energiacsomagok (fotonok), amelyek hullámokban haladnak át az űrben &ndash csak abban különböznek, hogy mennyi energiájuk van.

Minél több az energia, annál nagyobb a frekvencia, és annál rövidebb a hullámhossz (több fel-le mozgás ugyanazon távolság megtételéhez). A gamma-sugarak olyanok, mint a szteroidokon végzett röntgensugarak, és valójában nagy energiájúak, ezért veszélyesek. A gamma sugarak kibocsáthatók önmagukban is, de gyakran a bomlás egyéb elemváltó formái mellett bocsátanak ki.


Ahogy Judson idézi, H.F. A teremtés nyolcadik napja: A forradalom megteremtői a biológiában, 275 (Simon és Schuster, New York 1979).

Hershey, A. D. és Rotman, R. Genetika 34, 44–71 (1949).

Hershey, A. D. és Chase, M. J. Gen. Physiol. 36, 39–56 (1952).

Avery, O.T., MacLeod, C.M. és McCarty, M. J. Exp. Med. 79, 137–158 (1944).

Hershey, A.D., szerk. A lambda bakteriofág. (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York 1971).

Cairns, J., Stent, G.S. és Watson, J.D. A fág és a molekuláris biológia eredete. (Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York 1966).

Kendrew, J. Sci. Am. 216, 141–43 (1967).

Stent, G.S. Tudomány 160, 390–395 (1968).

Lwoff, A. és Ullmann, A. A molekuláris biológia eredete: tisztelgés Jacques Monod előtt. (Academic Press, New York 1979).


Manuel Varela: A Hershey-Chase kísérletekről

1) Alfred Hershey és Martha Chase azon dolgoztak, hogy megerősítsék, hogy a DNS genetikai anyag. Miért ilyen áttörés ez?

A kísérleti munkája Drs. Martha Chase és Alfred Hershey a XX. század egyik legfontosabb tudományos áttörését képviseli. Munkájuk megerősítette azt az elképzelést, inkább utalásként, hogy a DNS az újonnan készített gének örökítőanyaga az élő szervezetek későbbi generációiba.

Chase és Hershey kísérleti eredményei segítettek a kulcsfontosságú kutatóknak abban, hogy erőfeszítéseiket a DNS-re, mint a genetikai anyag alkotóelemére összpontosítsák. Mielőtt befolyásos munkájukat felfedték volna a tudományos közösség előtt, a genetika és az öröklődés iránt érdeklődő kutatók többsége szilárdan meg volt győződve arról, hogy a fehérje az elsődleges jelölt az öröklődésre. Abban az időben, egészen az 1950-es évek elejéig, az a helytelen elképzelés, hogy a fehérje a fő genetikai anyag, valójában a fehérje összetettsége miatt valószínűnek tűnt. Például a fehérje 20 megkülönböztető aminosavmolekulából áll, míg a DNS csupán egy foszfátot, egy cukrot és a négy különböző nitrogénbázis egyikét tartalmazza, amelyeket adeninnek, citozinnak, guaninnak és timinnek neveznek. Ennek eredményeként úgy gondolták, hogy a DNS túl egyszerű anyag ahhoz, hogy öröklődést adjon az élőlényeknek, azok összes bonyolultságával együtt.

Annak érdekében, hogy akkoriban még jobban összezavarják a kérdést, a fehérje és a DNS találkozott a korai DNS-tisztítási kísérletek során. Ezeket a tisztított anyagokat nukleoproteinként ismerték, és úgy gondolták (ismét tévesen), hogy a nukleoprotein fehérje része az öröklődési anyag.

Nem sokkal azután, hogy a Chase-Hershey-adatok ismertté váltak, körülbelül kilenc hónappal később James Watson és Francis Crick kidolgozta ma már híres kettős spirális modelljét a DNS szerkezetére. Mindkét személyes emlékiratában Watson és Crick is közvetlenül a Chase-Hershey-eredményeket tulajdonította a DNS szerkezetének tisztázására irányuló fő törekvésüknek.

2) Watson és Crick úgy tűnt, hogy Hershey és Chase nyomdokaiba lépnek munkájukkal. MIT találtak?

1953 áprilisában Crick és Watson kiadta híres tanulmányát Természet feltárva a tudományos világ többi része előtt, milyen volt a DNS molekuláris szerkezete. Földrengető volt – legalábbis a genetika, a molekuláris biológia, a biokémia, a sejtbiológia és még a fizika szakértőinél is így volt.

Watsont alaposan megismerték a Chase-Hershey-kísérlet bonyolult működésével.

Mivel Hershey nem tudott részt venni a genetikai témájú fontos tudományos szimpóziumon, a munka elolvasása Watsonra hárult, aki alapvetően felállt a találkozón, és felolvasta a jelenlévőknek a Chase-Hershey tanulmányt. Watson később megjegyezte, hogy a Chase-Hershey-mű nem kapott sok figyelmet a szimpózium idején. De a Hershey írásában található részletek elegendőek voltak ahhoz, hogy teljesen meggyőzzék Watsont, majd később Cricket is, hogy a DNS valóban a genetikai anyag.

Az érdekfeszítő történetet arról, hogy Crick és Watson hogyan fejtette meg az élet titokzatos titkát, azaz a DNS-szerkezetet, Watson „mondj el mindent” című könyve tette rendkívül népszerűvé.A kettős spirálRöviden, azt találták, hogy a DNS szerkezetében a cukor és a foszfát molekulák a kettős spirális lánc külső oldalán találhatók, mint egy kétszeresen csavart létra sínjei, és hogy a nitrogénbázisok, az A, C, G és T, AT és GC bázispárokat hozott létre a molekula belsejében.

A DNS kettős hélix szerkezetének felfedezése után nem sokkal később próbára tették a javasolt Crick-Watson modellből adódó előrejelzéseket és magának a modellnek a szerkezeti természetét. Watson és Crick DNS-modellszerkezete ellenáll az idő kritikai elemzésének.

3) Hershey és Chase valami úgynevezett “bakteriofággal” dolgozott. Mik is ezek pontosan, és hogyan illeszkednek a képbe?

A bakteriofágok olyan vírusok, amelyek kifejezetten baktériumokat céloznak meg, és főként az ilyen típusú mikrobákat fertőzik meg. A görög kifejezés fagein azt jelenti, hogy „enni”, a bakteriofág elnevezés tehát azt jelenti, hogy „baktériumot enni”. Elég gyakran előfordul, hogy egy bakteriofág által megfertőzött baktérium lizál, azaz felrobbantással elpusztul.

A bakteriofágok nagyon specifikusak a baktériumokra, sőt, bizonyos bakteriofágok csak egy baktériumfaj bizonyos törzseit fertőzhetik meg. Mivel az ilyen bakteriofágok vagy „fágok” kötődnek a baktériumokhoz, fágspecifikus nukleinsav-genomjaikat injektálják bakteriális gazdáikba, majd arra utasítják a baktériumot, hogy hagyjon fel bakteriális anyagok előállításával, és főként új fáganyagok előállítására összpontosítson. Miután az összes fág rész szintetizálódott, proteáz enzimek segítségével egy kicsit feldolgozható, majd az érett fertőzésre kész virionok sok másolatává összeállítható. Végül az amplifikált vírusrészecskék kiszabadulnak a baktériumból, és újrakezdik ciklusukat, új bakteriális gazdákhoz kötődve.

Chase és Hershey kihasználta a E. coli baktérium-specifikus fág, az úgynevezett T2, a T-páros fágok tagja, amelyeknek vírusfeje és hosszabb farka van, mint az úgynevezett T-páratlan fágoknak. A T2 fág vírusfej szerkezete tartalmazza a kettős szálú DNS genomot. A T2 farok kötődési helyekkel rendelkezik a külső sejtfalon található receptorokhoz E. coli.

Lényegében a fágoknak mindössze két összetevője van: a DNS és a fehérje – a két elsődleges jelölt, amelyről úgy gondolták, hogy felelősek a genetikai öröklődésért. A nagy kérdés az volt, hogy a DNS vagy a fehérje alkotja-e az örökítőanyagot.

Frederick Griffith transzformációs munkája és az Oswald Avery, Colin MacLeod és Maclyn McCarty tudományos trió nyomon követett tanulmánya a DNS-re, mint úgynevezett transzformáló elvre mutatott rá, vagyis arra, hogy a DNS az öröklődési anyag. A fehérje öröklődési anyagának gondolatának hívei azonban hatékonyan kritizálták az átalakítási munkát, mivel nem tudták biztosan megmondani, hogy minden kísérletükben az összes vagy bármely szennyező fehérje (mindegy, hogy milyen apró mennyiségben) még mindig ott van. Úgy tűnik, Avery, MacLeod és McCarty nem tudta lerázni magáról ezt az egyetlen kritikát. Így megmaradt az az elképzelés, hogy „a gének fehérjék”.

Itt jön szóba Chase és Hershey. Egyszerűen fogalmazva, a T2 fágvírusaik csak két komponenst tartalmaztak: DNS-t és fehérjét.

Chase és Hershey úgy érvelt, hogy T2 fágjaik bármely része (DNS vagy fehérje) bekerült a baktériumba a citoplazmába, annak öröklődési anyagnak kell lennie.

4) A Hershey-Chase kísérleteket gyakran a “blender” kísérleteknek nevezik. Meg tudod ezt magyarázni?

Chase és Hershey a Waring által gyártott turmixgép konyhai változatának lényegében megfelelőt használtak a radioaktív T2 fágok leválasztására E. coli sejtfalak. A terepen dolgozó kutatók akkoriban tudták, hogy a T2 fág a külső falakhoz kötődik E. coli sejteket. Ha Chase és Hershey a Waring-keverő segítségével szétroncsolhatta a baktérium külső oldalán maradt T2 fáganyagot, akkor a kutatók meg tudnák határozni, hogy milyen anyag került a baktériumokba – DNS vagy fehérje.

Híres kísérletüket itt ismertetjük röviden.

Először Chase és Hershey radioaktívvá tette a T2 fágot. Ennek célja annak megállapítása, hogy a vírus mely része jutott be a vírusba E. coli baktériumok a fágfertőzés során. Egy lombikban Chase és Hershey tenyésztett E. coli radioaktív foszfor (32 P) jelenlétében, hogy radioaktívan jelölje meg DNS-ét – emlékezni fog arra, hogy a DNS kettős spirális láncának részeként foszfátok is vannak. Egy másik lombikban tenyésztettek E. coli radioaktív kén (35 S) jelenlétében, hogy radioaktívan jelölje meg fehérjét – arra is emlékszik, hogy a fehérjék aminosavakból állnak, és a kén megtalálható bizonyos oldalláncokban, például a metioninban és a ciszteinben.

Ezután Chase és Hershey megfertőzte a radioaktív baktériumok két tételét, mindegyiket T2 fággal – egy E. coli 32 P-DNS-t és a másikat E. coli 35 S-proteint tartalmazó tétel. A radioaktív baktériumok T2 fág fertőzései során a fágok lelkesen vették fel a radioaktív anyagokat. Vagyis a két fertőzés radioaktívan jelölt T2 fágot termelt. Az egyik tételben T2 fág volt 32 P-DNS-sel, a másikban pedig T2 fág 35 S-proteinnel.

Ezután Chase és Hershey új tételeket fertőzött meg E. coli mindegyik radioaktív T2 fággal, az egyik fág 32P-DNS-sel és a másik fág 35S-proteint tartalmaz. Ezután a ma már híres Waring keverőket használták a fertőzések felkavarására úgy, hogy lenyírták a radioaktív vírusok kiürült héjait a fertőzési folyamat különböző időpontjaiban. Ezután centrifugálták a két radioaktív T2 fág és baktérium keverékét. A baktériumok a centrifuga kémcsövek fenekére kerültek, amelyek sejtbelsejükön az injektált (öröklődési) vírusanyagot tartalmazták, míg a felülúszókban az extracelluláris közegben visszamaradt vírusanyag.

Végül egy Geiger sugárzásszámláló gép segítségével Chase és Hershey megmérték a felülúszókban kibocsátott sugárzás mennyiségét, amely a baktériumok sejtfalának felületéről leválás után visszamaradt és a baktériumon kívül maradt vírusanyagot képviseli. E. coli a turmixgép által.

Chase és Hershey megfigyelte, hogy a felülúszóban több 35 S-protein volt, mint 32 P-DNS. Ez azt jelenti, hogy a felülúszóban a hozzáadott 35 S-T2 fehérje csaknem 80%-a le volt nyírva. E. coli és körülbelül 3 perc keverés után a felülúszóba. Ezzel szemben a teljes hozzáadott32P-T2 DNS-nek csak körülbelül 30%-a távolodott el E. coli 3 perces keveréssel a felülúszóba – a DNS többi része látszólag a baktériumok belsejében volt –, a keverő nem tudta lenyírni, mert zárva volt a E. coli.

Így úgy tűnt, hogy a T2 fág DNS túlnyomó többsége bekerült a baktériumokba, míg a T2 fehérje kívül maradt. Ezeket az eredményeket úgy értelmezték, hogy a T2 fág fehérje beburkolta a fág DNS-t, és DNS-t fecskendezett a sejtekbe, így az üres fehérjedobozok, az úgynevezett szellemek, a baktériumsejtek külső oldalán maradtak.

Adataikat a Journal of General Physiology 1952 szeptemberében. Egy példátlan gyakorlatban Martha Chase a híres mű jóhiszemű szerzője volt, és neve örökre a legendás Hershey-Chase kísérlet egyik kulcstudósaként vonul be a tudomány történetébe. A genetikával, biokémiával és mikrobiológiával foglalkozó tankönyvek rutinszerűen részletesen leírják a kísérletet.

Arra a következtetésre jutottak, hogy az injektált fág anyag DNS volt. Ezért az öröklődési anyagnak DNS-nek kellett lennie!

Bár a befecskendezett DNS-anyag nem volt 100%-ban teljes, mivel a baktériumok belsejében is találtak radioaktív fehérjét, ez nem volt elég ahhoz, hogy meggyőzze a tudományos közösséget arról, hogy a DNS az élet genetikai anyaga. A fehérjebiokémikusok későbbi bánatára azonban elég volt Watsont és Cricket meggyőzni arról, hogy a DNS az élet titkának kulcsa. Igazuk volt azoknak a hívőknek, akik szerint a gének DNS-ből állnak.

5) Miért tekintik a bakteriofágokat "mintaszervezeteknek" kutatási célokra?

A fágok számos fontos okból valóban modellszervezetek voltak a tudományos kutatásokhoz.

Először is, a fágokat viszonylag egyszerűen lehetett manipulálni a laboratóriumban. Szinte korlátlan ideig eltarthatók hűtőszekrényben, miközben folyékony húslevesben szuszpendálják.

Second, the phage bacterial hosts were almost just as simple to handle in the laboratory setting. One merely had to make broth in test tubes and culture flasks or prepare Petri plates with agar in them, in order to grow bacteria.

Third, the phages were easy to enumerate. One had only to mix the pure phages with bacteria in melted agar and pour onto an agar plate. The bacteria would grow to form a layer called a bacterial lawn. The phage would lyse the bacteria in the lawn, forming a hole in the lawn layer, called a plaque. Investigators could count the number of plaques formed in the lawn on the Petri plates and determine the viral titer in terms of plaque-forming units per volume.

Fourth, for both bacteria and their associated phages, mutational variants were easy to find and isolate. Such mutants, whether bacterial or viral, could be studied in detail using conjugation times and the blender to map the locations of the genetic determinants.

Importantly, bacteriophages were used early on in molecular biology as gene cloning vehicles. One of the earliest of these DNA cloning phages was called M13 virus, which readily infects certain strains of E. coli. Gene cloning into phage M13 facilitated the early efforts in DNA sequencing, which at the time required that the DNA template being sequenced to have a single-stranded version of it. Phage M13 readily fit this bill. Such efforts with the phages led ultimately led to improvements in sequencing efficiency and in the final elucidation of entire base-sequences of genomes for a great many organisms, including those of humans.

6) Hershey apparently shared the Nobel Prize for Physiology or Medicine with two other scientists- Max Delbruck and Salvador Luria–What happened to Martha Chase? Did she not receive any recognition?

Unfortunately, Dr. Martha Chase did not receive anything near the accolades that were enjoyed by Drs. Hershey, Delbruck and Luria. Chase did not garner a Nobel. In fact, historians of the sciences describe Chase as a tragic figure.

Martha Cowles Chase was born in Cleveland, OH, on the 30 th day of the month of November, in 1927. At the time of the famous Chase-Hershey experiments, in 1952, Chase had been a recent college graduate and was Hershey’s laboratory assistant at Cold Spring Harbor, in NY. She had earned her BS degree from the College of Wooster in 1950. While Hershey was the lab chief, Chase was the person who actually performed the now famous Chase-Hershey T2-E.coli experiments.

Because of her technical and scientific acumen in the laboratory setting, Chase was invited to work at Oak Ridge National Laboratory in TN in 1953, after she completed her T2 phage work in E. coli. Next, while working briefly at the University of Rochester, NY, Chase would spend each summer participating in the very famous Phage Group discussions. In 1959, Chase enrolled in the Ph.D. program at the University of Southern California. She took her doctorate in genetics in 1964.

Regrettably, Dr. Chase developed early onset dementia in the late-1960s, losing some of her short-term memory and eventually causing her to lose her job and end her scientific career. Further, to make matters worse, Chase had to stand by watch Hershey get the Nobel and was never mentioned by name even once in Hershey’s Nobel lecture, delivered on the evening of December 12, 1969. Chase died on the 8 th day in the month of August in 2003, at the age of 75.

7) Martha Chase was also a geneticist. Did she make any contributions to that area?

Dr. Chase’s primary and widely known contribution to genetics was in personally conducting the famous Hershey-Chase blender experiments, which showed that phage T2 DNA was the biological material that entered into the host E. coli bacteria, thus, strongly implying that DNA was the genetic material.

Dr. Chase conducted further experiments while at Rochester in which she and colleague A.H. Doermann examined genetic recombination in phage T4 and genome replication in the bacteriophage. They studied how closely linked genetic elements along the T4 chromosome did not seem to undergo genetic crossover as frequently as those genes that were located further apart along the phage genome. They also noticed that genetic recombination accompanied DNA replication during T4 phage progeny production. This work was important because other investigators were able to extend the recombination-replication connection to E. coli and later to many other organisms. In fact, human DNA replication involves recombination events during DNA replication. I think their genetic work was key also to understanding physical gene mapping, another important advance in the field of genetics.

8) What have I neglected to ask?

Many of Hershey’s scientific colleagues who knew him personally, have often written in their personal memoirs about the so-called notion of ‘Hershey’s Heaven.’ While individual accounts vary in their details, the main gist of the phenomenon refers to the intense satisfaction inherent in performing experiments in the laboratory or in making key important discoveries. Hershey was said to have mentioned this to visiting dignitaries and colleagues. I have to admit myself that some of my own happiest scientific moments were experienced at my laboratory bench conducting experiments and in writing about my own scientific discoveries.

There is a sense of not only cherishing deep satisfaction in making new scientific discoveries that perhaps no one else in the world has done, but also in knowing that there’s a good chance that your discovery may somehow be important in making the world a better place. In a most agreeable way, many scientific endeavors have helped to make a prettier world for all of us.

9) What is the relevance today of the Hershey-Chase experiments?

Many writers of science have wondered why the not-so-clear-cut data generated by the famous Hershey-Chase blender experiment clearly convinced a certain few key investigators, but not many others, of the potential for DNA to hold the hereditary role in biology. The fact remains, however, that shortly after the publication of the Hershey-Chase paper in 1952, the DNA structure had been largely solved by Watson and Crick. The rest of the world took it from there. The scientific works of Frederick Griffith and of the trio Avery, MacLeod and McCarty, were at the time (1940s) not enough to convince the ‘protein geneticists’ while the Hershey-Chase data were indeed effectively sufficient to do so in the 1950s.

The elegance of the Hershey-Chase experiment is literally one for the history books, as well as for the science books. Their work stimulated an unprecedented body of work all dealing with DNA, the secret to life. The Hershey-Chase experiment paved the way to the DNA structure, DNA recombination technology, gene cloning, DNA genetic manipulation, DNA and protein sequencing, genome determination projects, protein structure, protein biochemistry, and bioinformatics, to name only a few.


Hershey-Chase Experiment Prove that DNA is the Genetic Material

Ban ben 1952, Alfred D. Hershey és Martha Chase performed a confirmatory experiment using T2 bakteriofág to prove DNA as genetic material. Bacteriophage T2 is a tailed virus of Escherichia coli.

Viruses are the simplest living organisms and their reproduction is totally dependent on the metabolic machinery of the host. The viruses infect the bacteria and are called as bacteriophage. Bacteriophage T2 which infects the bacteria is composed of about 50% protein coat and 50% with an inner core of DNA. The bacteriophage T2 attaches the host bacterium by means of a tail. It enters its DNA into the cytoplasm of bacteria and the protein coat remains outside the cell. After half an hour, the bacteria cell bursts and numerous phages come out of the bacterial cell. This is due to fact that phage DNA lyses the bacterial cell and uses its metabolic machinery for synthesizing more of their DNA copies and protein coats. Thus, the parental DNA of the virus carries the genetic information which directs the synthesis of both DNA molecules and the protein coats of the progeny.

Hershey and Chase allowed to grow both bacteriophage T2 and E. coli cells in a medium supplemented with radioactive isotopic phosphorous P 32 or radioactive sulfur S 35 . E. coli growing on a medium containing either P 32 or S 35 were infected by the T2 fág. Then radio-labelled T2 phages were recovered from the respective culture medium by centrifugation. The progeny phages contained S 35 protein and P 32 labelled DNA. Both types of phages were allowed to infect E. coli cells separately growing on a fresh normal medium. After some times (20 minutes) when infection was over, the empty phage coat proteins were recovered from the infected bacterial cells by agitation using a kitchen blender. The phage coat proteins were separated from infected cells by low speed centrifugation. The phage particles are present in supernatant and bacterial cells settled as pellets. Radioactivity in these two fractions was measured in both sets of an experiment.

It was found that the bacterial cells showed radioactivity when P 32 labelled phage infected E. coli cells. When S 35 labelled phage was used to infect E. coli, the empty phage showed radioactivity but not the bacterial cells. The progeny phage also contained P 32 in DNA but not S 35 in coat protein.

Hershey and Chase concluded that T2 phage delivered its DNA into bacterial cell leaving the coat protein outside the sejtfal. Progeny phage particles were produced inside the cell and consisted of P32 in their DNA and unlabelled protein coat. It showed that DNA acts as genetic material. That is why it synthesises a new protein coat and replicates DNA.


Nézd meg a videót: THE MOST BEAUTIFUL EXPERIMENT IN BIOLOGY: Meselson u0026 Stahl, The Semi-Conservative Replication of DNA (Augusztus 2022).