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Esperimento di Avery-MacLeod-McCarty

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Il pneumococco è caratterizzato da colonie lisce che hanno una capsula polisaccaridica che induce la formazione di anticorpi; i diversi tipi sono classificati in base alla loro specificità immunologica.

La procedura di purificazione intrapresa da Avery consisteva nell’uccidere prima i batteri con il calore e nell’estrarre i componenti solubili in soluzione salina. Successivamente, la proteina è stata precipitata usando cloroformio e le capsule di polisaccaridi sono state idrolizzate con un enzima., Una precipitazione immunologica causata da anticorpi specifici del tipo è stata utilizzata per verificare la completa distruzione delle capsule. Poi, la parte attiva è stata precipitata fuori dal frazionamento dell’alcool, con conseguente fili fibrosi che potrebbero essere rimossi con un’asta di agitazione.

L’analisi chimica ha mostrato che le proporzioni di carbonio, idrogeno, azoto e fosforo in questa porzione attiva erano coerenti con la composizione chimica del DNA., Per dimostrare che era il DNA piuttosto che una piccola quantità di RNA, proteine o qualche altro componente cellulare responsabile della trasformazione, Avery ei suoi colleghi hanno usato una serie di test biochimici. Hanno scoperto che la tripsina, la chimotripsina e la ribonucleasi (enzimi che rompono le proteine o l’RNA) non l’hanno influenzata, ma una preparazione enzimatica di “desossiribonucleodepolimerasi” (una preparazione grezza, ottenibile da un certo numero di fonti animali, che potrebbe abbattere il DNA) ha distrutto il potere trasformante dell’estratto.,

Follow-up di lavoro, in risposta alle critiche e alle sfide inclusa la purificazione e cristallizzazione, da Mosè Kunitz, nel 1948, di un DNA depolymerase (deoxyribonuclease I), e preciso lavoro da Rollin Hotchkiss mostrando che praticamente tutti i rilevati di azoto nel DNA purificato è venuto da glicina, un prodotto di degradazione dei nucleotidi base adenina, e che non rilevati proteina contaminazione era più 0.02% da Hotchkiss di stima.,

Maclyn McCarty (con Watson e Crick)

I risultati sperimentali dell’esperimento Avery–MacLeod–McCarty furono rapidamente confermati ed estesi ad altre caratteristiche ereditarie oltre alle capsule di polisaccaridi. Tuttavia, c’era una notevole riluttanza ad accettare la conclusione che il DNA fosse il materiale genetico. Secondo l’influente “ipotesi tetranucleotidica” di Phoebus Levene, il DNA consisteva in unità ripetute delle quattro basi nucleotidiche e aveva poca specificità biologica., Si pensava quindi che il DNA fosse la componente strutturale dei cromosomi, mentre si pensava che i geni fossero probabilmente costituiti dalla componente proteica dei cromosomi. Questa linea di pensiero fu rafforzata dalla cristallizzazione del virus del mosaico del tabacco del 1935 da parte di Wendell Stanley, e dai paralleli tra virus, geni ed enzimi; molti biologi pensavano che i geni potessero essere una sorta di “super-enzima”, e i virus furono mostrati secondo Stanley come proteine e per condividere la proprietà dell’autocatalisi con molti enzimi., Inoltre, pochi biologi pensavano che la genetica potesse essere applicata ai batteri, poiché mancavano di cromosomi e riproduzione sessuale. In particolare, molti dei genetisti noti informalmente come il gruppo dei fagi, che sarebbe diventato influente nella nuova disciplina della biologia molecolare negli anni ‘ 50, erano sprezzanti del DNA come materiale genetico (ed erano inclini ad evitare gli approcci biochimici “disordinati” di Avery e dei suoi colleghi)., Alcuni biologi, tra cui il collega del Rockefeller Institute Alfred Mirsky, hanno contestato la scoperta di Avery che il principio di trasformazione era DNA puro, suggerendo che i contaminanti proteici erano invece responsabili. Sebbene la trasformazione avvenisse in alcuni tipi di batteri, non poteva essere replicata in altri batteri (né in organismi superiori), e il suo significato sembrava limitato principalmente alla medicina.

Gli scienziati che guardano all’esperimento Avery-MacLeod-McCarty non sono d’accordo su quanto fosse influente negli anni ’40 e nei primi anni’ 50., Gunther Stent ha suggerito che è stato in gran parte ignorato, e celebrato solo in seguito—in modo simile al lavoro di Gregor Mendel decenni prima dell’ascesa della genetica. Altri, come Joshua Lederberg e Leslie C. Dunn, attestano il suo significato iniziale e citano l’esperimento come l’inizio della genetica molecolare.

Alcuni microbiologi e genetisti si erano interessati alla natura fisica e chimica dei geni prima del 1944, ma l’esperimento Avery–MacLeod–McCarty portò un rinnovato e più ampio interesse per l’argomento., Mentre la pubblicazione originale non menzionava specificamente la genetica, Avery e molti dei genetisti che hanno letto il documento erano consapevoli delle implicazioni genetiche—che Avery potrebbe aver isolato il gene stesso come DNA puro. Il biochimico Erwin Chargaff, il genetista HJ Muller e altri hanno elogiato il risultato come stabilire la specificità biologica del DNA e come avere importanti implicazioni per la genetica se il DNA ha svolto un ruolo simile negli organismi superiori. Nel 1945, la Royal Society assegnò ad Avery la Medaglia Copley, in parte per il suo lavoro sulla trasformazione batterica.,

Tra il 1944 e il 1954, il documento è stato citato almeno 239 volte (con citazioni distribuite uniformemente in quegli anni), per lo più in documenti su microbiologia, immunochimica e biochimica. Oltre al lavoro di follow-up di McCarty e altri al Rockefeller Institute in risposta alle critiche di Mirsky, l’esperimento ha stimolato un notevole lavoro in microbiologia, dove ha gettato nuova luce sulle analogie tra ereditarietà batterica e genetica degli organismi sessualmente riproduttori., Il microbiologo francese André Boivin ha affermato di estendere i risultati della trasformazione batterica di Avery a Escherichia coli, sebbene ciò non possa essere confermato da altri ricercatori. Nel 1946, tuttavia, Joshua Lederberg e Edward Tatum dimostrarono la coniugazione batterica in E. coli e mostrarono che la genetica poteva applicarsi ai batteri, anche se il metodo specifico di trasformazione di Avery non era generale. Il lavoro di Avery ha anche motivato Maurice Wilkins a continuare gli studi cristallografici a raggi X del DNA, anche se ha affrontato la pressione dei finanziatori per concentrare la sua ricerca su cellule intere, piuttosto che su biomolecole.,

Nonostante il numero significativo di citazioni al documento e le risposte positive ricevute negli anni successivi alla pubblicazione, il lavoro di Avery è stato in gran parte trascurato da gran parte della comunità scientifica. Sebbene accolto positivamente da molti scienziati, l’esperimento non ha seriamente influenzato la ricerca genetica tradizionale, in parte perché ha fatto poca differenza per gli esperimenti di genetica classica in cui i geni sono stati definiti dal loro comportamento negli esperimenti di allevamento piuttosto che dalla loro composizione chimica. H. J., Muller, mentre era interessato, si concentrava più sugli studi fisici piuttosto che chimici del gene, come lo erano la maggior parte dei membri del gruppo dei fagi. Il lavoro di Avery è stato anche trascurato dalla Fondazione Nobel, che in seguito ha espresso rammarico pubblico per non aver assegnato Avery un premio Nobel.

Al momento dell’esperimento Hershey–Chase del 1952, i genetisti erano più inclini a considerare il DNA come materiale genetico, e Alfred Hershey era un membro influente del gruppo dei fagi., Erwin Chargaff aveva dimostrato che la composizione di base del DNA varia a seconda delle specie (contrariamente all’ipotesi del tetranucleotide), e nel 1952 Rollin Hotchkiss pubblicò le sue prove sperimentali confermando il lavoro di Chargaff e dimostrando l’assenza di proteine nel principio di trasformazione di Avery. Inoltre, il campo della genetica batterica si stava rapidamente affermando e i biologi erano più inclini a pensare all’ereditarietà negli stessi termini per i batteri e gli organismi superiori., Dopo che Hershey e Chase usarono isotopi radioattivi per dimostrare che era principalmente il DNA, piuttosto che la proteina, che entrava nei batteri dopo l’infezione da batteriofago, fu presto ampiamente accettato che il DNA fosse il materiale. Nonostante i risultati sperimentali molto meno precisi (hanno trovato una quantità non insignificante di proteine che entrano nelle cellule e nel DNA), l’esperimento di Hershey–Chase non è stato soggetto allo stesso grado di sfida., La sua influenza fu potenziata dalla crescente rete del gruppo dei fagi e, l’anno successivo, dalla pubblicità che circondava la struttura del DNA proposta da Watson e Crick (Watson era anche un membro del gruppo dei fagi). Solo in retrospettiva, tuttavia, entrambi gli esperimenti hanno definitivamente dimostrato che il DNA è il materiale genetico.

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