БИОЛОГИЯ Том 3 - руководство по общей биологии - 2004

23. НЕПРЕРЫВНОСТЬ ЖИЗНИ

23.6. ДНК

23.6.1. Данные, указывающие на роль ДНК в наследственности

В начале XX в. Саттон и Бовери высказали мысль, что именно хромосомы передают генетическую информацию от одного поколения другому. Однако прошло еще много лет, прежде чем было выяснено, что именно служит генетическим материалом — ДНК или белок хромосом. Ученые были склонны считать, что белок — единственное вещество, молекулы которого обладают достаточным структурным разнообразием, чтобы служить генетическим материалом.

Данные по бактериям

В 1928 г. английский микробиолог Фредерик Гриффит сделал наблюдение, которое впоследствии сыграло важную роль в решении этой проблемы. Во времена, когда еще не было антибиотиков, пневмония нередко приводила к смертельному исходу. Гриффит пытался получить вакцину против пневмококка — возбудителя одной из форм пневмонии. Были известны две формы этой бактерии, из которых одна покрыта студенистой капсулой и вирулентна (вызывает заболевание), а другая не имеет капсулы и невирулентна. По-видимому, капсула каким-то образом защищала бактерию от иммунной системы человека.

Гриффит надеялся, что если ввести больному бескапсульную или убитую нагреванием ин- капсулированую форму, то его организм начнет вырабатывать антитела, которые смогут предохранить от заболевания пневмонией. В ряде экспериментов Гриффит вводил мышам обе формы бактерий и получил результаты, представленные в табл. 23.3. При вскрытии погибших мышей в них были обнаружены живые инкапсулированные формы. На основе этих результатов Гриффит сделал вывод, что от убитых нагреванием инкапсулированных форм живым бескапсульным формам, очевидно, передается какой-то фактор, заставляющий их вырабатывать капсулы и становиться вирулентными. Однако природа этого трансформирующего фактора оставалась неизвестной вплоть до 1944 г., когда его удалось выделить и идентифицировать.

Таблица 23.3. Результаты экспериментов Гриффита

На протяжении 10 лет Эвери, Мак-Карти и Мак-Леод занимались выделением и очисткой молекул, входящих в состав убитых нагреванием инкапсулированных клеток пневмококка и изучали их способность трансформировать бескапсульные клетки. Удаление полисахаридной капсулы и белковой фракции из клеточных экстрактов не оказывало влияния на трансформацию, но добавление фермента дезоксирибонуклеазы (ДНКазы), гидролизующей ДНК, препятствовало ей. Способность высокоочищенных экстрактов ДНК из инкапсулированных клеток вызывать трансформацию показала, что трансформирующим фактором Гриффита была ДНК. Несмотря на эти результаты многие ученые все еще отказывались признать, что генетическим материалом служит ДНК, а не белок. В начале пятидесятых годов множество дополнительных данных, полученных при изучении вирусов, наконец, продемонстрировали, что носителем генетической информации служит ДНК.

Данные по вирусам

В 40-е годы XX века вирусы стали одним из главных объектов экспериментальных генетических исследований. Вирусные частицы имеют очень простое строение; они состоят из белковой оболочки и заключенной в ней молекулы нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК (разд. 2.4.2). Это делает их идеальным материалом для изучения вопроса о том, что служит генетическим материалом — белок или нуклеиновая кислота. В 1952 г. Херши и Чейз приступили к ряду экспериментов на вирусах особого типа, заражающих бактериальные клетки и называемых бактериофагами. Бактериофаг Т₂ проникает в клетку кишечной палочки (Escherichia coli), обитающей в кишечнике человека, и заставляет ее за очень короткий срок образовать множество частиц фага Т₂. Херши и Чейз культивировали частицы фага Т₂ в клетках Е. coli, которые росли на среде с радиоактивными изотопами либо серы (³⁵S), либо фосфора (³²Р).

Белки фага содержат серу, но не содержат фосфора, а ДНК содержит фосфор, но не содержит серы. Поэтому фаговые частицы, образовавшиеся в Е. coli, меченных радиоактивной серой, включили ее в свои белковые оболочки, тогда как частицы, образовавшиеся в Е. coli, меченных радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную ³²Р.

Мечеными частицами фага Т₂ заражали немеченые клетки Е. coli и спустя несколько минут встряхивали эти клетки в смесителе, чтобы отделить фаговые частицы от стенок бактериальной клетки. Затем бактерии инкубировали и проверяли на радиоактивность. Результаты представлены на рис. 23.19.

Рис. 23.19. Схема экспериментов Алфреда Херши и Марты Чейз, проведенных на фаге Т₂ и Е. coli.

На основе полученных данных Херши и Чейз сделали вывод, что в бактериальную клетку проникает не белок, а фаговая ДНК, которая и дает начало многочисленному фаговому потомству. Эти эксперименты показали, что наследственным материалом служит ДНК. Результаты электронно-микроскопических исследований и более полные данные о жизненном цикле вирусов подтверждают, что в бактериальную клетку проникает только ДНК фага. Жизненный цикл вирусных и фаговых частиц описан в разд. 2.4.3 и 2.4.5.