Hershey–Chasen kokeet – miten todistettiin DNA perintöaineena
Hershey-Chase-kokeet olivat Alfred Hersheyn ja Martha Chasen vuonna 1952 aloittama koesarja, jonka tarkoituksena oli selvittää, mikä osa viruksesta toimii perintöaineena.
Kokeet sijoittuvat laajempaan tieteelliseen kontekstiin: DNA:n olemassaolon solun sisällä oli havaittu jo 1800-luvun lopulla, kun sveitsiläinen lääkäri Friedrich Miescher löysi "nukleiinia" valkosoluilla eli leukosyyteillä tekemissään kokeissa vuosina 1868–69. Myöhemmin vuonna 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod ja Maclyn McCarty osoittivat, että bakteerien muuntumisessa (transformaatiossa) perinnöllinen muutos johtui DNA:sta, mutta kysymys siitä, oliko DNA myös virusten ja muiden organismien perintöaine, vaati vielä lisätodisteita.
Kokeiden periaate ja toteutus
Hershey ja Chase käyttivät kokeissaan T2-bakteriofagia, eli bakteerien infektoivia viruksia, ja E. colia isäntäsoluna. He merkitsivät viruksen proteiinit radioaktiivisella rikki-isotoopilla (35S), koska rikki esiintyy proteiineissa mutta ei DNA:ssa, ja merkitsivät viruksen DNA:n radioaktiivisella fosforilla (32P), koska fosfori kuuluu DNA:han mutta ei proteiineihin. Näin he pystyivät seuraamaan, kumpi molekyyliryhmä siirtyy infektion yhteydessä bakteeriin.
Käytännössä kokeessa annettiin merkittyjen fagien infektoida E. coli -soluja. Infektion jälkeen käsiteltiin näytteitä “sekoittimella” (blender) irrottaakseen viruskuoret bakteerisolujen pinnalta, minkä jälkeen näytteet sentrifugoitiin. Tulos mitattiin radioaktiivisuuden jakautumisena: 32P-signaali löytyi pääosin pelletissä (bakteerisolujen kokoon kerääntyneenä), kun taas 35S-signaali oli suurimmaksi osaksi supernatantissa (irronneissa viruskuorissa, ns. “ghosts”). Lisäksi uudet syntyneet virukset sisälsivät radioaktiivista fosforia, ei rikkiä.
Tulokset ja merkitys
Hershey–Chasen havainnot osoittivat suoraan, että DNA, ei proteiini, siirtyy viruksesta isäntäsoluun ja kantaa perinnöllistä informaatiota, joka tarvitaan uusien virusten tuottamiseen. Tämä koe oli yksi ratkaisevista todisteista DNA:n roolista yleisenä perintöaineena ja vahvisti aikaisempien tutkimusten (mm. Avery ym.) johtopäätöksiä selkeässä, yksinkertaisessa järjestelmässä.
Työllä oli suuri vaikutus molekyylibiologian kehitykseen. Alfred Hershey sai yhdessä kollegoidensa kanssa tunnustusta työstään ja hänelle myönnettiin vuonna 1969 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinto " virusten geneettistä rakennetta koskevista löydöksistään" (palkinto jaettiin samana vuonna useille tutkijoille, jotka edistivät ymmärrystä virusten replikaatiomekanismeista). Martha Chase ei saanut Nobel-palkintoa, mutta hänen työnsä oli olennaista kokeiden toteuttamisessa ja tulosten saamisessa.
Jälkivaikutukset
Hershey–Chase-kokeet auttoivat suuntaamaan tutkimusta DNA:n rakenteen ja toiminnan ymmärtämiseen, mikä johti nopeasti uudenlaiseen genetiikan ja molekyylibiologian vaiheeseen. Seuraavina vuosikymmeninä kehittyivät mm. DNA:n sekvensointimenetelmät, geenien ilmentymisen tutkimus ja geenitekniikka, joiden pohjana oli käsitys DNA:sta perinnöllisenä informaatioaineena.
Koe
Menetelmä
Hershey ja Chase käyttivät T2-faagia, bakteriofagia. Faagi tarttuu bakteeriin kiinnittymällä siihen ja ruiskuttamalla perintöaineksensa siihen.
He merkitsivät faagin DNA:n radioaktiivisella fosfori-32:lla. Sitten he seurasivat faageja, kun ne tartuttivat E. coli -bakteeria. He havaitsivat, että faagin DNA:han jäänyt radioaktiivinen alkuaine oli vain bakteerissa eikä faagissa, mikä tarkoittaa, että DNA oli päässyt bakteeriin.
Toisessa kokeessa Hershey ja Chase merkitsivät faagiproteiinin radioaktiivisella Sulfur-35:llä. Kun faagi oli kiinnittynyt bakteeriin, radioaktiivinen alkuaine löytyi faagista, mutta ei bakteerista. Tämä tarkoittaa, että faagin proteiinit jäivät bakteerin ulkopuolelle. Nämä tulokset osoittivat Hersheylle ja Chaselle, että bakteereihin tarttuva perintöaines on DNA.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Kuka suoritti Hershey-Chase-kokeen?
V: Hershey-Chase-kokeen suorittivat Alfred Hershey ja Martha Chase.
K: Mikä oli Hershey-Chase-kokeen tarkoitus?
V: Hershey-Chase-kokeen tarkoituksena oli vahvistaa, että DNA oli elävien olentojen perintöaines.
K: Milloin Hershey-Chase-kokeet suoritettiin?
V: Hershey-Chase-kokeet tehtiin vuonna 1952.
K: Kuka on Friedrich Miescher ja mikä oli hänen panoksensa DNA:n tutkimukseen?
V: Friedrich Miescher oli sveitsiläinen lääkäri, joka havaitsi DNA:n olevan elävien olentojen perintöainesta valkosoluilla eli leukosyyteillä vuosina 1868-69 tekemissään kokeissa.
K: Mistä Alfred Hershey jakoi Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon?
V: Alfred Hershey sai fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon virusten geneettistä rakennetta koskevista löydöksistään.
K: Miksi DNA:n vahvistaminen elävien olentojen perintöainekseksi oli tärkeää?
V: DNA:n vahvistaminen elävien olentojen geneettiseksi materiaaliksi oli tärkeää, koska sen avulla voitiin paremmin ymmärtää, miten geneettiset ominaisuudet siirtyvät sukupolvelta toiselle.
K: Miten Hershey-Chase-kokeet vahvistivat, että DNA on elävien olentojen geneettinen materiaali?
V: Hershey-Chase-kokeet vahvistivat DNA:n olevan elävien olentojen geneettinen materiaali osoittamalla, että viruksen DNA on se, joka tartuttaa bakteerisolun, mikä johtaa uusien viruspartikkelien tuottamiseen.
