发现DNA作为遗传物质的使用链球菌引起的肺炎

引用:奥康纳,C。 (2008)发现使用肺炎链球菌DNA作为遗传物质。自然教育 1 (1):104

科学界是一个惊喜与细菌肺炎链球菌临床研究时发现的DNA作为遗传物质。

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没有人能够预测,实验旨在了解细菌性肺炎导致的发现DNA遗传物质。在二十世纪早期,在抗生素的出现,肺炎球菌感染声称比现在更多的生命。研究人员因此大西洋两岸的积极参与学习链球菌引起的肺炎负责临床感染的细菌。在早期,它变得明显,多种菌株肺炎链球菌负责导致细菌pnuemonia。研究人员还指出,患者开发特定毒株的抗体,或血清型,他们被感染,但这些抗血清并没有对肺炎球菌菌株普遍反应。然而,细菌分离和血清样本从这些临床研究提供的关键试剂实验,最终导致DNA作为遗传物质的识别。

肺炎球菌研究DNA研究提供了重要工具

虽然上半年众多科学家从事肺炎球菌研究20世纪初,两个研究过程中发挥了特别重要的作用事件,导致DNA作为遗传物质的发现。这些人之一奥斯瓦尔德艾弗里。艾弗里加入了洛克菲勒医学研究所,洛克菲勒大学,1913年作为团队的一部分,试图开发一种治疗血清治疗支气管肺炎。艾弗里相信知识的肺炎球菌菌的化学成分是必不可少的理解和治疗疾病。他完善了生化技术通过专注于胶囊的化学成分,包围了致命的肺炎双球菌菌株。在他的早期作品,艾弗里帮助建立多糖是肺炎球菌胶囊,胶囊的主要成分来自不同血清型肺炎双球菌有独特的多糖成分。艾弗里也自己关心的角色致病性的胶囊,胶囊是明显缺席nonvirulent R的表面形式的链球菌。藐视的传统智慧,艾弗里假设多糖胶囊的实际的抗原刺激抗体的产生感染患者(Avery & Goebel, 1933)。

图表概述实验方法用来确定材料是否死亡细菌可以改变生活细菌细胞。住S-strain细菌,住R-strain细菌,heat-killed S-strain细菌,或heat-killed S-strain细菌和生活R-strain细菌注入老鼠。细菌的毒性是由老鼠是死是活。”></a>
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图1:格里菲斯对肺炎双球菌的实验。

科学家弗雷德里克·格里菲斯发现生活non-virulent菌株可以转化为毒性菌株混合后死亡的致命的毒株。

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与此同时,在英国,一个科学家弗雷德里克·格里菲斯还调查不同血清型的出现在病人的肺炎双球菌。他和其他人指出,两种不同的形式的细菌名为R(粗糙)和S(光滑)的外观表面,可以自发地转化为其他形式,可能通过突变改变了细胞的合成能力的胶囊。不同的血清型肺炎双球菌,然而,被认为是不变的,或稳定。格里菲斯的实验很快就证明这个假设是错误的。具体地说,在1928年的一篇论文中,格里菲斯报道小鼠注射后意外死亡的生活类型我R和heat-killed II型肺炎双球菌,仅这两种死亡的小鼠注射(图1)。格里菲斯还能够恢复传染性II型S肺炎双球菌的心死老鼠,表示,这一改变是可遗传的。相反的实验给了一致的结果;换句话说,老鼠注射的混合物heat-killed I型和II型R肺炎双球菌死亡,生活生产生活I型细胞。从这些结果,格里菲斯假设能够承受有限的热处理的一种物质可以从无生命的年代一个血清型的细胞转移到生活R细胞的另一个血清型,改变收件人R细胞S细胞捐赠血清型。结果镀锌肺炎球菌研究界和艾弗里提供了隔离的另一个重要手段转换原理。

净化活性改变的原则

当埃弗里第一次意识到格里菲思的结果,他对他们的怀疑。然而,其他研究人员和实验室迅速繁殖和格里菲斯的基础数据。在几年之内,新航和道森(1931)显示转换可以进行液体培养肺炎双球菌以及老鼠,允许更精确的控制环境变量的转换实验。1932年,阿洛韦进一步证明了积极转变出现在无菌原则,提取游离准备热处理肺炎双球菌的过滤。这些额外的发现说服艾弗里转换原理可以确定,他运用他的相当大的生化技术净化从肺炎球菌提取物(埃弗里et al。,1944)。

一个关键方面任何生化的净化是一个分析的发展,或者一种方法来衡量利益的活动。实验,艾弗里和他的同事们开发条件下R细胞可以可靠地转化为细胞使用提取heat-killed类型III年代细胞。这些条件可以用来测量转换活动获得的分数在净化过程中不同的步骤。量化转换原理的实际金额,一小部分样本在一系列的测试增加稀释。这些数据代表四个相同的实验中,埃弗瑞和他的同事们检测纯化的能力因素,指定准备44,II型R细胞转变成III型细胞。转换活动非常集中在提取,因为它可以稀释一万倍不失其转换能力。分数,维护改造活动在最高稀释被认为拥有最高浓度的转换活动。具体来说,当至少0.01μg提取物的添加到细胞,观察变换。任何小于0.01μg添加时,转换不一致(比较样本1和2和3和4)(图2)。

四列在这个数据表代表奥斯瓦尔德艾弗里的四个恒等变换实验。四列标记为1、2、3和4,每个规则被分为左,右列。在每个实验中,左列代表弥漫性生长,形成正确的列表示殖民地。数据收集在八个不同稀释浓度的转换原则。在第一列中列出了稀释的数据表;的转换原则添加第二列中列出。”>
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图2:数据从奥斯瓦德艾弗里的工作。

知识共享艾弗里,o . T。麦克劳德,c . M。& McCarty, m .研究肺炎球菌的化学物质诱导的性质转换类型:感应转换脱氧核糖核酸的分数从III型肺炎球菌分离。实验医学杂志 79年,137 - 157 (1944)。CC BY-NC-SA License");" class="inlineLinks"> 视图的使用条款”height=

大量的III型文化,例如,75升,被要求最初的提取,然后分成不同的分数使用各种有机溶剂和洗涤剂。在每一步,提取测试他们的活动转换试验。整个净化、转化原理显示为一个期望的物理性质核酸,而不是这些预期蛋白质、脂类或其他类型的多糖。研究者描述了净化改造原则作为一种粘稠、浑浊溶液形成纤维线当与乙醇混合时,与DNA相关联的所有特征。

转换的物理特性原则

埃弗瑞和他的同事提交了净化改造原则严格的物理特性,以证明它拥有的属性将DNA(埃弗里et al。,1944)。的元素成分的纯化化合物转换DNA接近理论值(最后一行,钠desoxyribonucleate)(图3)。值得注意的是,纯化原理有磷含量高,这是特征蛋白质的DNA,但不是。

一个表显示了四个改变化合物的元素组成和DNA (deoxyribonucleate钠)。列中列出的化合物;百分比的碳、氢、氮和磷所示列两个,三个,四个,分别和5。氮磷比列6所示。”>
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图3:孤立的DNA。

从奥斯瓦尔德埃弗里的实验数据。

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与这些结果一致,因素给了积极的反应化学进行DNA测试,但是在测试阴性或弱阳性反应的蛋白质核糖核酸。其他测试表明,改造原则是一个非常大的分子这相同的光谱吸收紫外线的DNA。然而,最明确的证据证明转换原理其灵敏度DNA特定的酶,称为DNA,尤其是降解不同的DNA。埃弗瑞和他的同事们能够证明改造活动不被酶降解蛋白质或RNA。当时,艾弗里无法获得纯DNAse样品。相反,埃弗瑞和他的同事使用原油从动物组织准备工作,是已知的含有DNAse活动。然后他们测量了不同原油的能力准备摧毁的转换原理与测量磷酸酶,酯酶和DNAse活动同样的提取。在所有情况下,原油提取摧毁的能力转换原理DNAse活动成正比,与纯小牛胸腺DNA测量衬底(图4)。

five-column表5显示了酶活性粗酶制剂。列出了酶制剂在列。四种酶活性占领两个通过五列。正负符号的第二到第五列显示活动的存在与否的粗酶制剂。”>
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图4:奥斯瓦德艾弗里的工作帮助建立DNA作为遗传物质。

艾弗里的实验的数据。

知识共享艾弗里,o . T。麦克劳德,c . M。& McCarty, m .研究肺炎球菌的化学物质诱导的性质转换类型:感应转换脱氧核糖核酸的分数从III型肺炎球菌分离。实验医学杂志 79年,137 - 157 (1944)。

Pneumococcus autolysates, and normal dog and rabbit serum. The enzyme preparations exhibited the presence or absence of four type of activity, including: phosphatase, tributyria esterase, depolymerase for deoxyribonucleate, and inactivation of the transforming principle. Extracts from dog intestinal mucosa and normal dog and rabbit serum exhibited enzymatic activity in all four categories. Extracts from Pneumococcus autolysates exhibited activity in the tributyria esterase and depolymerase for deoxyribonucleate categories, and inactivated the transforming principle, but did not exhibit activity in the phosphatase category. Extracts from rabbit bone phosphatase exhibited activity in the phosphatase and tributyria esterase categories, but did not in the depolymerase for deoxyribonucleate category; additionally, it failed to inactivate the transforming principle. Swine kidney extracts only exhibited activity in the phosphatase category (it did not exhibit activity in the tributyria esterase or depolymerase for deoxyribonucleate categories, and failed to inactivate the transforming principle).")" class="inlineLinks">细节图

预期的基因DNA的属性

回想起来,实验报告1944年埃弗瑞和他的同事们的里程碑式的论文提供了有力证据,DNA是遗传物质。这并不奇怪,然而,花了一些时间为社区采取新的DNA作为遗传物质的“教条”。埃弗瑞和格里菲斯的实验之前,当时的教条是蛋白质的基因材料,出现在核几乎等量的DNA,结构更加多样化。很容易想象遗传20符号的“语言”比仅仅四个重复符号。信息传递的细节从DNA到蛋白质仍未被发现的,和许多科学家不愿把蛋白质,比DNA结构不同,遗传物质。埃弗瑞和他的同事(1944)清楚地欣赏他们的发现的重要性,然而。他们指出,转换产生了变化,“可预测的、特定类型和遗传”,“[n] ucleic酸这种类型的必须认为不仅仅是结构上重要但功能活跃在确定肺炎球菌细胞的生化活动和具体特征。”