Современная генетика. Том 1. - Айала Ф.
Скачать (прямая ссылка):
быть, ДНК и является наследственным веществом бактерий, но какое вещество
играет ту же роль у высших организмов, для которых известно существование
генов?
Нуклеиновые кислоты-наследственный материал вирусов
Генетические исследования бактериофагов начались много раньше, чем
бактерий (отчасти вследствие проницательности Мёллера), и в 1952 г.
удалось показать, что наследственным веществом фага Т2 является ДНК. Это
открытие было встречено с большим воодушевлением и привлекло внимание к
работам, выполненным на пневмококках за несколько лет до этого.
Бактериофаг Т2-один из наиболее тщательно исследованных фагов Е. coli.
Этот вирус содержит ДНК, заключенную в белковую оболочку. В 1952 г.
Альфред Херши и Марта Чейз выяснили роль каждого из этих двух компонентов
в формировании потомства фага.
4. Природа генетического материала
97
Лишь белковая составляющая Т2 содержит серу (в составе аминокислот
метионина и цистеина). Фаг Т2 размножали на бактериях, культивируемых в
среде с радиоактивным изотопом 35S, в результате чего белок фага был
помечен этим изотопом. По меньшей мере 99% всего фосфора в фаге Т2
приходится на ДНК, ее пометили радиоактивным изотопом 32Р. Эти
радиоактивные метки позволяли проследить пути белка и ДНК фага Т2 при
инфекции.
Инфекционный процесс начинается с прикрепления фага к бактериальной
клетке (рис. 4.6). Этот этап можно наблюдать в электронный микроскоп;
результаты наблюдений подтверждаются тем, что при центрифугировании
клеток на данной стадии инфекции фаги, содержащие как 35S, так и 32Р,
осаждаются вместе с бактериями. Херши и Чейз обнаружили, что вскоре после
инфицирования большую часть меченного 35S белка можно отделить от
бактериальных клеток, активно перемешивая и встряхивая культуру на
мешалке; однако большая часть меченной 32Р ДНК не отделяется при этом от
бактериальных клеток, поскольку, вероятно, оказывается в этом время уже
внутри их. Устранение из культуры пустых белковых оболочек фага, так
называемых "теней", не влияет на дальнейшие события: бактерии лизируются,
и из них выходит потомство фага точно так же, как в том случае, когда
тени остаются прикрепленными к клеткам (рис. 4.6). Из этого опыта Херши и
Чейз сделали вывод, что для образования копий фага в зараженной
бактериальной клетке существенна лишь ДНК родительского фага, хотя сами
копии содержат как ДНК, так и белок. Таким образом, было высказано
предположение, что белковый компонент фага лишь защищает ДНК от
расщепляющих ферментов и обеспечивает попадание ДНК в бактериальную
клетку, тогда как ДНК представляет собой собственно вещество
наследственности.
Эксперимент Херши - Чейза свидетельствовал о важной генетической роли
ДНК. Существуют две причины, по которым именно этот эксперимент был сразу
признан в качестве решающего доказательства генетической роли ДНК, тогда
как эксперименты Эвери, Мак-Леода и МакКарти по трансформации
пневмококков не обратили на себя такого внимания. Во-первых, эксперимент
был поставлен на бактериофаге, относительно которого было хорошо
известно, что по характеру наследования признаков он аналогичен высшим
организмам; на фаге Т2 было продемонстрировано существование мутаций и,
так же как у высших организмов, описана рекомбинация мутантных генов. Во-
вторых, проводившиеся между 1944 и 1952 годами химические исследования
состава ДНК многих различных организмов опровергли широко
распространенное ранее представление о ДНК как о простом полимере, в
котором один тетрануклеотид многократно повторяется во всех молекулах.
Эти исследования обнаружили, что ДНК обладает достаточной химической
сложностью, чтобы служить веществом наследственности.
Опыты, проведенные на вирусе табачной мозаики (ВТМ), прямо показали, что
белки вируса не играют генетической роли при заражении растений. Это
послужило дополнительным аргументом в пользу того, что наследственным
веществом вирусов служит нуклеиновая кислота, а не белковая составляющая.
Подобно большинству вирусов растений, ВТМ (см. рис. 1.1) состоит из белка
и рибонуклеиновой кислоты (РНК). РНК по химической структуре близка к
ДНК, как мы увидим в следующем разделе. Каждая частица вируса содержит
молекулу РНК, состоя-
7-1215
Организация и передача генетического материала
Белковые оболочки специфически метятся 35S
Некоторые из вновь образованных фаговых частиц содержат в хромосомах 3
2Р, но ни одна не содержит в оболочке3^
Si
C-^bS
Репликация ' фагов
Встряхивание на магнитной мешалке
Белковые "тени" меченные 35S
80
60
40
20
_
г . - Инфицированные бактерии
у, Внеклеточная3 5 S
,¦ *" 75% У -¦ - - 4
•
Внеклеточный3 2Р
*- о ~" 30% ....... ...о - -• ----- ¦¦ ( 32%
г
1 1 1 1 1 I I 1
1 2 3 4 5 6 7
Время встряхивания на мешалке, мин
Встряхиванием удаляется 80%3 5 S и 93% клеток остаются неповрежденными
93%
80%
<? 35%
Большая часть Р остается связанной с неповрежденной клеткой
Рис. 4.6. А. Схема опыта Херши-Чейза, показавшего, что компонентом,
