Передача наследственной информации через ДНК вирусов

Параллелизм в поведении хромосом и генов натолкнул исследователей на мысль сопоставить плоидность (число наборов хромосом) клеток и содержание в них ДНК. В конце 1940;х гг. А. Мирский и X. Рис показали, что в клетках различных тканей одного и того же организма количество ДНК в расчете на гаплоидный набор хромосом постоянно, причем в половых клетках она представлена в половинном количестве. Это можно считать доказательством роли ДНК в наследственности.

Второе прямое доказательство роли ДНК в наследственности получили в 1952 г. А. Херши и М. Чейз при изучении размножения бактериофага Т2 при инфицировании кишечной палочки Escherichia coli. Этот вирус состоит из двух макромолекулярных компонентов: белка и ДНК. Последняя заключена в белковую оболочку.

Частица бактериофага похожа на головастика с булавовидной головкой и «хвостом» с отростками (рис. 5.7). При инфицировании бактерии фаг Т2 присоединяется с помощью хвостовых нитей к клетке Е. coli и «впрыскивает» в нее содержимое своей головки, т. е. молекулу ДНК без белка. Наступает период размножения частиц фага в клетке бактерии. Проникая в клетку бактерии, ДНК вируса изменяет функционирование генетического аппарата бактерии. ДНК фага кодирует фермент, репрессирующий гены бакгерии. В результате этого хромосома Е. coli разрушается, а ДНК-полимераза клетки бактерии используется для репликации вирусной ДНК. Другие компоненты фаговой частицы, синтезируясь отдельно, возникают заново.

В эксперименте А. Херши и М. Чейз была поставлена задача выяснить роль каждого из двух макромолекулярных компонентов (ДНК и белка) в формировании потомства фага, используя метод радиоактивных изотопов. В качестве маркера ДНК использовали радиоактивный фосфор, а белок метили радиоактивной серой, входящей в состав 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 долю 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. 5.7). Этот этап можно наблюдать с помощью электронного микроскопа.

Результаты наблюдений подтверждаются тем, что при центрифугировании клеток на данной стадии инфекции фаги, содержащие как ³⁵S, так и ³²Р, осаждаются вместе с бактериями. А. Херши и М. 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, по-видимому, оказывается в это время уже внутри них. Устранение из культуры пустых белковых оболочек фага («теней») не влияет на дальнейшие события: происходит лизис бактерий, и из них выходит потомство фага точно так же, как в том случае, когда тени остаются прикрепленными к клеткам (рис. 5.7). На основании результатов этого опыта А. Херши и М. 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. Авторами было высказано предположение, что белковый компонент фага лишь защищает ДНК от расщепляющих ферментов и обеспечивает ее попадание в бактериальную клетку, тогда как ДНК представляет собой собственно вещество наследственности. Таким образом, доказано, что именно ДНК, а не белок определяет размножение бактериофага в инфицированных клетках бактерии.