Эксперимент Фредерика Гриффита (1928 г.)
Первые неоспоримые доказательства генетической роли ДНК были получены при исследовании двух различных штаммов пневмококков. Эти штаммы отличались по внешнему виду и способности вызывать тяжелые заболевания:
- S-штамм (от англ. Smooth — «гладкий»). Являлся вирулентным (болезнетворным). Бактерии этого штамма имели защитную полисахаридную капсулу, которая спасала их от иммунитета хозяина.
- R-штамм (от англ. Rough — «шероховатый»). Являлся авирулентным (не вызывающим заболевания). Клетки были лишены капсулы и легко уничтожались иммунной системой.
Гриффит провел серию последовательных испытаний на лабораторных мышах, чтобы проследить патогенность каждого варианта.
- Введение живого R-штамма никак не вредило мышам, они оставались живы.
- Введение живого S-штамма ожидаемо приводило к развитию инфекции, и мыши погибали.
- Введение убитых нагреванием (теплом) S-бактерий показывало, что мертвые патогены безопасны — мыши выживали.
- Решающий этап: мышам ввели смесь, состоящую из абсолютно безопасных живых R-бактерий и убитых нагреванием S-бактерий.
Результат последней инъекции оказался поразительным — смесь оказалась губительной, и подопытные животные погибли. При вскрытии из тканей мертвых мышей исследователи выделили живые бактерии S-штамма.
Вывод Гриффита: Произошла передача наследственных свойств от убитых вирулентных клеток к живым авирулентным. Живые бактерии «шероховатого» типа превратились в «гладкую» форму, восстановив способность синтезировать защитную капсулу. Этот процесс передачи свойств назвали трансформацией. Приобретенный признак (наличие капсулы) стойко наследовался всем последующим потомством.
Доказательство природы трансформирующего фактора (1944 г.)
Спустя несколько лет Освальд Эвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти задались целью определить точную химическую природу загадочного фактора, вызывающего трансформацию бактерий. Для этого они применили метод ферментативной обработки экстрактов из убитых клеток, избирательно разрушая различные классы молекул.
Исследователи оценивали, как обработка влияет на процесс передачи наследственных признаков:
- При воздействии протеолитическими ферментами (трипсином и химотрипсином), которые специфически расщепляют белки, способность вызывать трансформацию полностью сохранялась.
- При обработке культуры дезоксирибонуклеазой — ферментом, который избирательно разрушает структуру ДНК, — процесс трансформации прекращался и утрачивал свою активность.
Эти результаты позволили сделать важнейший вывод: трансформирующий агент представляет собой высокомолекулярную ДНК. Ученые доказали, что именно нуклеиновые кислоты отвечают за передачу признаков, а белки не являются носителями наследственной информации в данном процессе, вопреки популярным на тот момент гипотезам.
Роль РНК и универсальность генетического кода
По мере развития науки накапливались новые данные. В дальнейших исследованиях, проводимых с использованием бактериофагов и вируса табачной мозаики (ВТМ), ученые установили, что генетический аппарат может иметь и другое строение. Было доказано, что у целого ряда вирусов носителем генетической информации выступает РНК (рибонуклеиновая кислота).
Опираясь на эксперименты с пневмококками, фагами и растительными вирусами, биологи сформулировали фундаментальный вывод: нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) являются единственными и универсальными носителями наследственной информации во всех известных живых организмах, включая бактерии, растения, животных и неклеточные формы жизни.
Чтобы не путать штаммы пневмококка: S-штамм (Smooth/гладкий) — «Смертельный» (вызывает гибель из-за капсулы). R-штамм (Rough/шероховатый) — «Ручной» или безопасный (нет капсулы, мышь живет).
Вопросы с занятий и экзамена
Что такое трансформация бактерий?
Это процесс передачи наследственных свойств от одних клеток (даже погибших) к другим. В ходе трансформации живые клетки поглощают чужеродный материальный фактор и приобретают новые, ранее не свойственные им генетические признаки, которые передаются потомству.
Почему бактерии S-штамма вызывали гибель мышей, а R-штамма — нет?
Клетки S-штамма обладают защитной полисахаридной капсулой, которая блокирует действие иммунной системы хозяина, делая их патогенными (вирулентными). Бактерии R-штамма лишены такой оболочки, поэтому иммунитет легко их распознает и уничтожает.
Как опыты Эвери исключили белки из списка носителей наследственности?
Ученые обработали экстракт бактерий протеолитическими ферментами (трипсином и химотрипсином), которые разрушают любые белки. Несмотря на отсутствие целых молекул белка, передача наследственных свойств (трансформация) успешно продолжалась, что доказало непричастность белков к этому процессу.
Что ещё разобрать по теме
- Строение и функции полисахаридной капсулы у пневмококков
- Механизм проникновения свободной ДНК в живую бактериальную клетку
- Особенности действия фермента дезоксирибонуклеазы
- Организация наследственного аппарата у вируса табачной мозаики (ВТМ)
- Различия в строении генетического материала эукариот и прокариот
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Доказательства роли нуклеиновых кислот» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Молекулярная генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.