Home

Pomimo tego że – jak pisałem tutaj – DNA odkryte zostało w 1869 roku, przez wiele lat nierozumiana pozostawała jego funkcja. Chociaż praca Gregora Mendla, będąca fundamentem genetyki, opublikowana została w 1866 roku, szybko popadła w zapomnienie:  na powrót zasady genetyki mendlowskiej zostały odkryte przez trzech badaczy, Hugo de Vries, Carla Corrensa oraz Ericha Tschermaka, dopiero na początku XX w.

Jednak od stwierdzenia, że abstrakcyjny koncept genu jest odpowiedzialny za dziedziczenie do stwierdzenia, że geny są zbudowane z DNA, daleka jest droga. Genetyka rozwijała się w najlepsze przez pierwsze 40 lat XX w. zmierzając ku nieuniknionemu, czyli zidentyfikowania, która z wielu znanych chemicznych substancji obecnych w komórkach jest nośnikiem informacji genetycznej. Jeszcze pod koniec dziewiętnastego stulecia August Weismann opracował teorię dziedzicznej plazmy zarodkowej, według której w komórce musiała znajdować się jakaś część, jakiś element, zawierające dziedziczoną informację. W latach 1908-1915 Thomas Morgan przeprowadził serię eksperymentów na muszkach owocówkach, dzięki którym wykazał, że geny zmagazynowane są na chromosomach – identyfikując tym samym „plazmę” Weismanna. W tym samym mniej więcej czasie Alfred Sturtevant stworzył pierwszą genetyczną mapę chromosomów. Pod koniec lat 20. brytyjski mikrobiolog Frederick Griffith opisał słynny eksperyment nazywany dzisiaj jego imieniem, w którym po raz pierwszy zademonstrował zjawisko transformacji DNA – czyli wymiany materiału genetycznego pomiędzy mikroorganizmami1.

Wyjaśnijmy w skrócie, na czym polegał eksperyment Griffitha. Griffith badał dwa szczepy dwoinki zapalenia płuc. Bakteria ta istnieje w dwóch formach – posiadającej otoczkę (forma S) oraz bezotoczkowej (forma R). Ponieważ otoczka zawiera polisacharydy – cukry, które umożliwiają bakterii skuteczne unikanie układu immunologicznego gospodarza – forma S tej bakterii jest znacznie groźniejsza niż forma R. Brytyjczyk zaobserwował, że jeśli myszy wstrzyknie się uśmierconą ciepłem formę S, to zwierzęciu nic się nie dzieje – martwe bakterie są nieszkodliwe. W swoim kluczowym eksperymencie zmieszał on jednak martwą formę S z żywą formą R – u zwierząt zaś doszło do zakażenia jak gdyby zaatakowała je forma S. Griffith wywnioskował, że czynnik odpowiedzialny za wirulentność formy S został w jakiś sposób przeniesiony do formy R: to właśnie jest zjawisko transformacji u bakterii.

Chociaż jednak Griffith wykazał, że pomiędzy bakteriami może dochodzić do wymiany informacji genetycznej, wciąż nie było jasne, jakie są podstawy molekularne tego zjawiska – innymi słowy, co dokładnie transportowane jest pomiędzy bakteriami. Trudno go jednak o to winić – dopiero pół dekady później Belg Jean Brachet pokazał, że DNA stanowi część chromosomów. Wreszcie w 1941 roku Edward Tatum i George Beadle przeprowadzili serię eksperymentów na pleśni: traktowali ją promieniowaniem X i obserwowali jakie zmiany mają miejsce w metabolizmie grzyba, czyli na przykład które enzymy ulegają dezaktywacji na skutek napromieniowania. Badania te doprowadziły ich do postawienia hipotezy, że każdemu genowi odpowiada jedno białko – hipotezę tę Francis Crick nazwał później centralnym dogmatem biologii molekularnej.

Wyimek z notatek Cricka (ok. 1956) definiujący hipotezę "jeden gen - jedno białko" jako centralny dogmat biologii molekularnej.

Wyimek z notatek Cricka (ok. 1956) definiujący hipotezę „jeden gen – jedno białko” jako centralny dogmat biologii molekularnej.

Wreszcie, zaledwie kilka lat po publikacji Tatuma i Beadle’a, genetyka wkroczyła w nową erę: erę DNA. W 1944 roku Kanadyjczycy Oswald Avery oraz Colin MacLeod oraz Amerykanin Maclyn McCarty opisali doświadczenie znane dzisiaj pod nazwą – niespodzianka! – doświadczenie Avery’ego-MacLeoda-McCarty’ego. W swoich badaniach swoich panowie odkryli, co było tym magicznym elementem w doświadczeniach Griffitha, który odpowiadał za transformację bakterii.

Avery, MacLeod i McCarty podjęli się zadania wyizolowania cząsteczki odpowiedzialnej za ten transfer genów. W tym celu zabili dwoinki w formie S za pomocą ciepła, a następnie strawili bakterie. Potem pokazali, że mogą transformować bakterie w formie R za pomocą tego roztworu – składnik transformacji (ang. transformation principle) musiał być jego częścią.

Badacze strawili otoczkę bakterii za pomocą enzymu SIII i sprawdzili, czy bakteria bez otoczki też jest w stanie dokonać transformacji – i oczywiście (dla nas, nie dla nich) okazało się, że i owszem. Bakterie bez otoczki poddali działaniu enzymów trawiących białka – trypsyny i chymotrypsyny. Także i to nie miało wpływu na zdolność do transformacji. Wreszcie za pomocą alkoholu wytrącili z roztworu kwasy nukleinowe, a następnie rozpuścili je w wodzie. Ponieważ już wcześniej odkryli, że ani cukry z otoczki, ani białka nie są składnikiem transformacji, powoli zaczęli podjrzewać, że winne mogą być kwasy nukleinowe. RNA w nowym roztworze zniszczyli za pomocą enzymu rybonukleazy, a następnie sprawdzili, czy za pomocą takiego roztworu – w którym nie pozostało już nic oprócz DNA – da się dokonać transformacji. I – Eureka! – dało się. Aby ostatecznie potwierdzić to odkrycie, DNA zniszczyli za pomocą kolejnego enzymu – deoksyrybonukleazy. Tak spreparowanym roztworem nie byli w stanie transformować form R bakterii.

Po raz pierwszy w ten sposób zademonstrowali, że za materiał genetyczny transportowany pomiędzy bakteriami jest zbudowany z DNA; że DNA jest esencją genów. Niestety znaczenie odkrycia umknęło ich współczesnym i pozostało przez wiele lat niedoceniane. Biorąc pod uwagę dalszy rozwój biologii molekularnej, praca Avery’ego i kolegów była jednym z największych przełomów XX w. Arne Tiselius – szwedzki biochemik, który Nobla z chemii w 1948 roku otrzymał za badania nad elektroforezą i jej zastosowaniem do badania białek – powiedział kiedyś, że Oswald Avery był jednym z najbardziej tego zasługujących badaczy, którym nigdy nie przyznano Nagrody Nobla.

Skąd jednak wziął się ten opór materii? Otóż w latach 40. wielu naukowców wciąż jeszcze święcie wierzyło, że składnikiem transformacji są białka. Niektórych nie przekonały nawet doświadczenia Avery’ego – sądzili, że DNA może pełnić rolę pomocniczą, ale z całą pewnością nie stanowi substancji materiału genetycznego. Ponieważ rola DNA była wówczas całkiem nierozpoznana, bardzo niewiele osób w zasadzie zajmowało się badaniami nad tą cząsteczką.

Rozpoznanie zasług zaczęło przychodzić dopiero we wczesnych latach 50. – z całą pewnością trochę wiarygodności odkryciom Avery’ego dodało opisanie struktury DNA w 1953 r., chociaż dodać trzeba, że praca Cricka i Watsona w momencie publikacji nie wywołała wcale takiego larum, jak chcielibyśmy dzisiaj wierzyć, i sama też musiała czekać na zrozumienie i akceptację. Ostatecznie jednak Avery docenienia ze strony Szwedzkiej Akademii nie doczekał. Zmarł w 1955 r.

Krater księżycowy Avery nosi jego imię.

Przypisy:

1. Dokonał tego w jednej z tych uroczych prac z pierwszej połowy XX w. – podpisanej jednym nazwiskiem, długiej na ponad 30 stron, i z kwiecistą, filozoficzną niemal dyskusją.

2. The Significance of Pneumococcal Types (1928), F. Griffith, J Hyg 27(2): 113–159

3. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types (1944), O.T. Avery, C.M. MacLeod, M. McCarty, J Exp Med 79(2): 137-158

4. Osvald T. Avery and the Nobel Prize in Medicine (2002), P. Reichard, J Biol Chem 277: 13355-13362.

Autor: Rafał Marszałek, nicprostszego.pl

Reklamy

3 thoughts on “Genetyczna dostawa

  1. Ach przypomniała mi się młodość i lekcja w Liceum – odpowiadałem z tego tematu. Mam nadzieje, że nasi nastepcy, aktualnie przygotowujący się do matury skorzystają z Twojego teksu.

    Nie wiem – Rafale- czy można o to prosić, ale czy nie chciałbyś uzupełnić wpisu o dwa zdania dotyczące postaci Augusta Weismanna? To własnie on, działając w czasie między Mendlem a de Viesem opracowal koncepcję „plazmy dziedzicznej” – częsci komórki odpowiedzialnej za dziedziczenie. Podejrzewał (i słusznie), że ową plazmą są chomosomy. Można go uznać za protoplastę dociekań nad biochemiczną istotą dziedziczenia.

    Dlaczego o to proszę? Pierwszy powód to uczniowie/maturzyści. W wykorzystywanych przez nich serwisach typu bryk.pl są różne bzdury (co ciekawe korzystają z nich nawet dziennikarze prasy popularnej i dzisiaj je powielili).

    Drugi powód to historia: W latach stalinowskich największa obelgą wobec biologa było nazwanie go „wajsmanistą” i „morganistą”. Obrzędowość propagandowa personifikowała każda wrogą doktrynę – w opozycji do pozytywnej nauki Pawłowa-Miczurina-Stalina-Łysenki działali wrodzy „wajsmaniści” i „morganiści”. Nie wiem dlaczego z całej plejady badaczy akurat ci dwaj najwięcej się narazili, w każdym razie „wajsmanista” (w takiej pisowni) przeniknął do podręczników biologii, a dziś tej frazy nie zna Google.

  2. Pingback: Podwójna helisa, czyli #DNADay 2018 – nic prostszego

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Connecting to %s