Роль нуклеиновых  кислот как носителей генетической    информации

 


Большую роль в выяснении химической природы генов сыграли опыты Ф.Гриффитса  (1928), обнаружившего у пневмококков (Streptococcus pneumonia) явление трансформации.    Известно    несколько    типов    пневмококков, различающихся по виду и размеру колоний, наличию или отсутствию плотной полисахаридной капсулы, защищающей их от фагоцитоза. При росте на питательной среде пневмококки,  окруженные  капсулой,  образуют  крупные гладкие колонии. Такие пневмококки, отнесенные к типу S (от англ. smooth — гладкий), являются возбудителем пневмонии у человека и некоторых животных, в том числе мышей. Примерно одна из 107 клеток пневмококков  может  спонтанно  превратиться   (мутировать)   в форму, лишенную полисахаридной капсулы. Бескапсульные пневмококки непатогенны, поскольку быстро уничтожаются путем фагоцитоза в организме зараженного животного или человека. На поверхности питательной среды такие бактерии, отнесенные к типу R  (от англ. rough — шероховатый),  образуют  мелкие шероховатые колонии,  которые легко отличить от гладких колоний, образуемых пневмококками типа S. Пневмококки, кроме того, различаются по типу поверхностных антигенов, определяемому особенностями капсульного липополисахарида (например, тип IIIS, IIR и др.), что служит еще одним важным признаком, наследующимся в потомстве. Введение мышам убитых нагреванием пневмококков типа IIIS либо живых пневмококков типа IIR не вызывало гибели животных. Напротив, введение живых бактерий типа IIIS, как и предполагалось, привело к развитию тяжелой пневмонии и гибели большинства зараженных мышей. Неожиданными оказались результаты опытов, в которых мышам вводили смесь убитых бактерий типа IIIS  и  невирулентных пневмококков типа IIR. В этом случае многие животные также погибли от пневмонии, а из организма погибших мышей были высеяны живые пневмококки типа IIIS . Такое превращение некапсульных форм бактерий в вирулентные капсульные не зависело от организма хозяина, поскольку наблюдалось и в опытах in vitro, когда в пробирку, содержащую живые R-клетки, добавляли убитые клетки типа IIIS  либо экстракты из них. В обоих случаях при высеве бактерий из пробирок на чашки Петри с питательной средой формировались не только шероховатые колонии, образованные бескапсульными бактериями, но обнаруживались и гладкие колонии, состоящие из клеток капсульных бактерий. Частота появления последних значительно превышала частоту спонтанного мутирования бактерий из IIR-типа в IIIS-тип.

         Эксперименты Гриффитса выявили существование некоего «трансформирующего начала»,  превращающего  клетки  пневмококков типа IIR в клетки типа IIIS. Однако сами по себе эти эксперименты не выявили химической природы вещества, обеспечивающего стойкое, наследуемое в потомстве превращение бактерий одного типа в другой. Это было сделано лишь спустя 16 лет, когда О.Эвери, К.Мак-Леод и М.Мак-Карти (1944) показали, что если ДНК, выделенную из убитых нагреванием пневмококков типа IIIS, смешать с живыми бактериями типа IIR, то последние приобретают способность формировать на агаре гладкие крупные колонии, состоящие из бактерий типа IIIS.

         Следует иметь в виду, что в 20-40-годах XX века господствовало представление, согласно которому основным веществом наследственности является белок. Поэтому для доказательства того, что ДНК действительно являлась трансформирующим началом в опытах Гриффитса, препараты ДНК из пневмококков типа IIIS делили на порции, каждую из которых обрабатывали дезоксирибонуклеазой (ДНК-азой), рибонуклеазой или протеазой — ферментами, разрушающими соответственно ДНК, РНК или белки, а затем применяли для трансформации клеток типа IIR в тип IIIS. Оказалось, что только обработка ДНК-азой полностью снимала трансформирующую активность препаратов ДНК. С другой стороны, по мере очистки ДНК от примесей белка частота трансформации увеличилась. Эта очистка была доведена до такой степени, что в препарате ДНК, полностью сохранившем трансформирующую активность, белка было в 10000 раз меньше, чем ДНК. Обе группы фактов явились доказательством того, что генетическая информация, кодирующая капсульный полисахарид и его антигенную специфичность у пневмококков, находится в ДНК. Дальнейшее развитие  этот  важнейший  вывод  получил  в  экспериментах  А.Херши и  М. Чейз (1952). В качестве объекта генетических исследований был использован один из вирусов бактерий — бактериофаг Т2, состоящий лишь из белковой оболочки, или чехла — капсида, и упакованной в него молекулы ДНК.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: