Hershey-Chase'i eksperiment: DNA kui viiruste geneetiline materjal (1952)
Hershey-Chase'i eksperimendid olid katsete seeria, mida alustasid 1952. aastal Alfred Hershey ja Martha Chase.
Need katsed pidid kinnitama, et DNA on elusolendite geneetiline materjal, mille oli varem avastanud Šveitsi arst Friedrich Miescher oma katsetes valgeliblede ehk leukotsüütidega aastatel 1868-69. Hershey jagas 1969. aasta Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemiat oma "avastuste eest seoses viiruste geneetilise struktuuriga".
Katseseade ja loogika
Hershey ja Chase kasutasid lihtsat, ent elegantset eksperimendikujundit, et eristada, kas viiruse pärilik informatsioon on kantud valgusest või DNA-st. Nad töötasid T2-bakteriofaagiga, mis nakatab baktereid (E. coli) ja koosneb peamiselt valgukestast ehk kapuutsist ja DNA-st sisemuses.
Meetod ja olulised sammud
- Erimärgistamine: DNA märgistati radioaktiivse fosforiga (32P), sest DNA sisaldab fosforit, kuid valgud mitte. Valgukest märgistati radioaktiivse väävliga (35S), sest paljud aminohapped sisaldavad väävlit, kuid DNA mitte.
- Fagide kasvatamine: Fagid kasvatati vastavas radioaktiivses keskkonnas, kuni nende DNA või valgukestad olid märgistunud.
- Nakkus: Märgistatud fagid lasti nakatada E. coli baktereid ja lasti lühikest aega paljuneda, et fagid saaksid DNA-sisu rakkudesse viia, kui see on vajalik paljunemiseks.
- Eraldamine: Segu pandi kõrgsageduslikult segades (blenderiga) ja seejärel tsentrifuugiti, et eemaldada fagikestad rakkude pinnalt. Rakkude mass (pellet) ja ülejäänud vedelik (supernatant) eraldati.
- Radioaktiivsuse mõõtmine: Mõõdeti radioaktiivsust nii pelletis kui supernatandis. Kui DNA kandis pärilikku materjali, pidi 32P olema rakkudes; kui valgud kandis, pidi 35S olema rakkudes.
Tulemused ja järeldus
Tõendid olid selged: pärast lühikest infektsiooni leidus enamik 32P signaalist rakkudes (pelletis), samas kui enamik 35S signaalist oli supernatandis koos tühjade valgukestadega. See näitas, et DNA, mitte fagikesta valgud, sisenes bakteri hulka ja kandis infot, mis oli vajalik uute fagide sünteesiks. Seega kinnitasid Hershey ja Chase, et DNA on viiruse (ja laiemalt pärilikkuse) geneetiline materjal.
Tähtsus ja ajalooline kontekst
Hershey-Chase'i eksperimendid (1952) olid oluline kinnitav tõend varem 1944. aastal esitatud Avery–MacLeod–McCarty tulemuste kohta, mis viitasid samuti DNA-le pärilikkuse kandjana, kuid mida mõned teadlased pidasid tollal veel vastuoluliseks. Hershey ja Chase kasutasid lihtsat bakteriofaagisüsteemi ja selgeid märgistamismeetodeid, mis aitasid vaidluse kiiresti lahendada.
See töö toimus samal ajal, kui Watson ja Crick (1953) kirjeldasid DNA kaksikheeliksi struktuuri, mis andis molekulaarsel tasandil mehhanismi selle kohta, kuidas DNA saab geneetilist infot säilitada ja kopeerida. Alfred Hershey oli üks kolmest teadlasest, kes jagasid 1969. aasta Nobeli füsioloogia- või meditsiinipreemiat oma tööde eest viiruste geneetilise struktuuri alal (auhind jagati Max Delbrücki, Alfred Hershey ja Salvador Luria vahel).
Piirangud ja järgnevad uuringud
Kuigi Hershey-Chase'i tulemused olid tugeva tõendiga ning laialt aktsepteeritud, olid need saadud bakterite ja viiruste mudelis. Hilisemad uuringud on kinnitanud DNA rolli pärilikkuses kõigis eluvormides, sealhulgas eukarüootides. Meetodid, mida kasutasid Hershey ja Chase, on tänapäeval klassikalisteks näideteks, kuidas simple eksperimendi kujundus suudab lahendada fundamentaalseid bioloogilisi küsimusi.
Eksperiment
Meetod
Hershey ja Chase kasutasid bakteriofaagi T2. Faag nakatab bakterit, kinnitudes sellele ja süstides sellesse oma geneetilist materjali.
Nad märgistasid faagi DNA radioaktiivse fosfor-32-ga. Seejärel jälgisid nad faagide nakatumist E. coli'ga. Nad leidsid, et faagi DNA-le jäänud radioaktiivne element oli ainult bakteris, mitte aga faagis, mis tähendab, et DNA oli bakterisse sattunud.
Teises katses märgistasid Hershey ja Chase faagivalgu radioaktiivse Sulfur-35-ga. Pärast faagi kinnitamist bakterile leiti radioaktiivne element faagis, kuid mitte bakteris. See tähendab, et faagi valgud jäid bakterist väljapoole. Need tulemused näitasid Hersheyle ja Chase'ile, et bakterit nakatav geneetiline materjal on DNA.
Küsimused ja vastused
Küsimus: Kes viis läbi Hershey-Chase'i eksperimendi?
V: Hershey-Chase'i katse viisid läbi Alfred Hershey ja Martha Chase.
K: Mis oli Hershey-Chase'i katse eesmärk?
V: Hershey-Chase'i katse eesmärk oli kinnitada, et DNA on elusolendite geneetiline materjal.
K: Millal viidi läbi Hershey-Chase'i katse?
V: Hershey-Chase'i katsed viidi läbi 1952. aastal.
K: Kes on Friedrich Miescher ja milline oli tema panus DNA uurimisse?
V: Friedrich Miescher oli Šveitsi arst, kes avastas aastatel 1868-69 oma katsetes valgeliblede ehk leukotsüütidega, et DNA on elusolendite geneetiline materjal.
K: Mille eest Alfred Hershey jagas Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinda?
V: Alfred Hershey jagas Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinda oma avastuste eest, mis puudutasid viiruste geneetilist struktuuri.
K: Miks oli oluline DNA kui elusolendite geneetilise materjali kinnitamine?
V: DNA kui elusolendite geneetilise materjali kinnitamine oli oluline, sest see võimaldas paremini mõista, kuidas geneetilised tunnused põlvest põlve edasi antakse.
K: Kuidas kinnitasid Hershey-Chase'i katsed, et DNA on elusolendite geneetiline materjal?
V: Hershey-Chase'i katsed kinnitasid DNA-d kui elusolendite geneetilist materjali, näidates, et viiruse DNA on see, mis nakatab bakterirakke, mille tulemusel tekivad uued viiruseosakesed.
