Die Hershey-Verfolgungsexperimente waren eine Reihe von Experimenten durchgeführt 1952 von Alfred Hershey und Martha Chase, die geholfen hat zu bestätigen, dass DNA das genetische Material war. Während DNA Biologen seit 1869 bekannt gewesen war, haben einige Wissenschaftler noch zurzeit angenommen, dass Proteine die Information für das Erbe getragen haben. In ihren Experimenten haben Hershey und Chase gezeigt, dass wenn bacteriophages, die aus der DNA und dem Protein zusammengesetzt werden, Bakterien anstecken, geht ihre DNA in den Gastgeber Bakterienzelle ein, aber der grösste Teil ihres Proteins tut nicht. Obwohl die Ergebnisse nicht abschließend waren, und Hershey und Chase in ihrer Interpretation, vorherige, gleichzeitige und nachfolgende Entdeckungen alle gedient vorsichtig waren, um zu beweisen, dass DNA das erbliche Material ist. Kenntnisse der von diesen Entdeckungen gewonnenen DNA haben Anwendungen in forensics, Verbrechen-Untersuchung und Genealogie.

Hershey hat den 1969-Nobelpreis in der Physiologie oder Medizin mit Max Delbrück und Salvador Luria für ihre "Entdeckungen bezüglich der genetischen Struktur von Viren geteilt."

Historischer Hintergrund

Am Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts haben Biologen gedacht, dass Proteine genetische Information getragen haben. Das hat auf dem Glauben basiert, dass Proteine komplizierter waren als DNA. Phoebus Levene einflussreich "tetranucleotide Hypothese", die falsch vorgeschlagen hat, dass DNA ein sich wiederholender Satz von identischem nucleotides war, hat diesen Beschluss unterstützt. Die Ergebnisse des Experimentes von Avery-MacLeod-McCarty, veröffentlicht 1944, haben darauf hingewiesen, dass DNA das genetische Material war, aber es gab noch etwas Zögern innerhalb der allgemeinen wissenschaftlichen Gemeinschaft, um das zu akzeptieren, die den Weg für das Hershey-Verfolgungsexperiment bereiten.

Hershey und Chase, zusammen mit anderen, wer zusammenhängende Versuche angestellt hatte, haben bestätigt, dass DNA der biomolecule war, der genetische Information getragen hat. Bevor das, in zwei getrennten Experimenten, Frederick Griffith und Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarty gezeigt hatte, dass DNA zur Transformation einer Beanspruchung des Streptokokkus pneumoniae zu einem anderen geführt hat, der giftiger war. Die Ergebnisse dieser drei Experimente haben Beweise zur Verfügung gestellt, dass DNA der biomolecule war, der genetische Information getragen hat.

Hypothesen

Hershey und Chase prüften zwei konkurrierende Hypothesen. Das erste war, dass DNA das genetische Material war; der andere war, dass Protein das genetische Material war. Die Hypothesen haben zu Vorhersagen für jedes ihrer Experimente geführt. Die Hypothese, dass DNA das genetische Material ist, hat vorausgesagt, dass radioaktiver Phosphor, der 32 (P) Leuchtspurgeschoss im Kügelchen von angesteckten Bakterien gefunden würde, da der Element-Phosphor im Protein nicht besteht, aber in der DNA tut. Wenn DNA das genetische Material wäre, dann würde die DNA vom etikettierten phage in die Bakterienzellen eingehen, und den radioaktiven Phosphor damit tragen müssen. Die Hypothese hat auch vorausgesagt, dass der radioaktive Schwefel, der 35 (S) Leuchtspurgeschoss im supernatant mit den Phage-Mänteln als Schwefel gefunden würde, in der DNA nicht besteht, aber in einigen Aminosäuren von Proteinen tut.

Die alternative Hypothese, dieses Protein war das genetische Material, hat vorausgesagt, dass radioaktiver P im supernatant mit den phage Teilen gefunden würde, während der radioaktive S in den pelleted Bakterien gefunden würde.

Methoden und Ergebnisse

Hershey und Chase mussten im Stande sein, verschiedene Teile des phages zu untersuchen, den sie getrennt studierten, so mussten sie im Stande sein, die phage Paragraphe zu isolieren. Wie man bekannt, wurden Viren aus einer Protein-Schale und DNA zusammengesetzt, so haben sie zwei elementare Isotope gewählt, um jeden dieser Teile einzigartig zu etikettieren. Das hat jedem erlaubt, beobachtet und getrennt analysiert zu werden. Da Phosphor in der DNA, aber nicht den Aminosäuren enthalten wird, wurde radioaktiver Phosphor 32 verwendet, um die in T2 phage enthaltene DNA zu etikettieren. Radioaktiver Schwefel 35 wurde verwendet, um die Protein-Abteilungen von T2 phage zu etikettieren, weil Schwefel in Aminosäuren, aber nicht DNA enthalten wird.

Sie haben die Integration der radioaktiven Elemente in den bacteriophages vollbracht, indem sie die Isotope in getrennte Medien hinzugefügt haben und Bakterien erlaubt haben, in diesen Medien seit 4 Stunden vor dem Einführen des bacteriophages zu wachsen. Als der bacteriophages die Bakterien angesteckt hat, hat die Nachkommenschaft die radioaktiven Isotope in ihren Strukturen enthalten. Das wurde getan, sobald für den Schwefel phages und einmal für Phosphor-etikettierten phages etikettiert hat.

Der etikettierten Nachkommenschaft wurde dann erlaubt, unetikettierte Bakterien anzustecken. Die Phage-Mäntel bleiben außerhalb der Bakterien, während das genetische Material hereingeht. Centrifugation hat die Trennung der Phage-Mäntel von den Bakterien berücksichtigt. Diese Bakterien waren lysed, um phage Nachkommenschaft zu veröffentlichen. Die Nachkommenschaft der phages, die mit 32P ursprünglich etikettiert wurden, ist etikettiert geblieben, während die Nachkommenschaft des mit 35 ursprünglich etikettierten phages unetikettiert wurde. So hat das Hershey-Verfolgungsexperiment geholfen zu bestätigen, dass DNA, nicht Protein, das genetische Material ist.

Hershey und Chase haben gezeigt, dass die Einführung von deoxyribonuclease (verwiesen auf als DNase), ein Enzym, das DNA bricht, in eine Lösung, die den etikettierten bacteriophages enthält, keinen P in die Lösung eingeführt hat, die demonstriert hat, dass der phage, während intakt, gegen das Enzym widerstandsfähig ist. Zusätzlich sind sie zu plasmolyze der bacteriophages fähig gewesen, so dass sie in osmotischen Stoß eingetreten sind, der effektiv eine Lösung geschaffen hat, die die meisten P und eine schwerere Lösung enthält, die Strukturen genannt "Geister" enthält, die den S und den Protein-Mantel des Virus enthalten haben. Es wurde gefunden, dass diese "Geister" zu Bakterien adsorbieren konnten, die gegen T2 empfindlich waren, wenn auch sie keine DNA enthalten haben und einfach die Überreste von der ursprünglichen Bakterienkapsel waren. Sie haben beschlossen, dass das Protein die DNA vor DNAse geschützt hat, aber dass sobald die zwei getrennt wurden, und der phage inactivated gewesen war, hat der DNAse hydrolyze die phage DNA gekonnt.

Experiment und Beschlüsse

Hershey und Chase sind auch im Stande gewesen zu beweisen, dass die DNA vom phage in die Bakterien eingefügt wird, kurz nachdem das Virus seinem Gastgeber anhaftet. Mit einem hohen Geschwindigkeitsmixer sind sie im Stande gewesen, den bacteriophages von den Bakterienzellen nach der Adsorption zu zwingen. Der Mangel an P hat DNA etikettiert, die in der Lösung bleibt, nachdem dem bacteriophages erlaubt worden war, zu den Bakterien zu adsorbieren, hat gezeigt, dass die phage DNA in die Bakterienzelle übertragen wurde. Die Anwesenheit fast des ganzen radioaktiven S in der Lösung hat gezeigt, dass der Protein-Mantel, der die DNA vor der Adsorption schützt, außerhalb der Zelle geblieben ist.

Jedoch, sobald die DNA eingefügt wurde, ist es im Zytoplasma der Bakterienzelle nicht geblieben, aber wurde in die Bakterien auf eine Mode vereinigt (später hat beschlossen, in die Bakterien-DNA eingefügt zu werden). Die angesteckten Bakterienzellen wurden eingefroren, um Zelle lysis und die Ausgabe vom grössten Teil des Zellmaterials zu verursachen. Nach der Überprüfung, wie man fand, war fast die ganze etikettierte DNA des phage in die Bakterienzellen vereinigt worden.

Hershey und Chase haben beschlossen, dass DNA, nicht Protein, das genetische Material war. Sie haben beschlossen, dass ein Schutzprotein-Mantel um den bacteriophage gebildet wurde, aber dass die innere DNA ist, was seine Fähigkeit zugeteilt hat, Nachkommenschaft innerhalb Bakterien zu erzeugen. Sie haben gezeigt, dass, im Wachstum, Protein keine Funktion hat, während DNA etwas Funktion hat. Sie haben das vom Betrag des radioaktiven Materials bestimmt, das außerhalb der Zelle bleibt. Nur 20 % des P sind außerhalb der Zelle geblieben, demonstrierend, dass es mit der DNA im genetischen Material der Zelle vereinigt wurde. Alle S in den Protein-Mänteln sind außerhalb der Zelle geblieben, zeigend, dass sie in die Zelle nicht vereinigt wurde, und dieses Protein nicht das genetische Material ist.

Hersheys Experiment und Chases hat beschlossen, dass wenig Schwefel, der Material enthält, in die Bakterienzelle eingegangen ist. Jedoch können keine spezifischen Beschlüsse bezüglich gemacht werden, ob Material, das ohne Schwefel ist, in die Bakterienzelle danach phage Adsorption eingeht. Weitere Forschung war notwendig, um zu beschließen, dass es allein die DNA von bacteriophage war, die in die Zelle und nicht eine Kombination des Proteins und der DNA eingegangen ist, wo das Protein keinen Schwefel enthalten hat.

Diskussion

Bestätigung

Hershey und Chase haben beschlossen, dass Protein nicht das erbliche genetische Material wahrscheinlich war. Jedoch haben sie keine Beschlüsse bezüglich der Sonderaufgabe der DNA als erbliches Material gemacht, und haben nur gesagt, dass es eine unbestimmte Rolle haben muss.

Bestätigung und Klarheit sind ein Jahr später 1953 gekommen, als James D. Watson und Francis Crick richtig in ihrem Zeitschriftenartikel Hypothese aufgestellt haben"" hat die doppelte Spirale-Struktur der DNA, und den Kopieren-Mechanismus angedeutet, durch den DNA als erbliches Material fungiert. Außerdem haben Watson und Crick vorgeschlagen, dass DNA, das genetische Material, für die Synthese der Tausende von in Zellen gefundenen Proteinen verantwortlich ist. Sie haben diesen Vorschlag gestützt auf der Strukturähnlichkeit gemacht, die zwischen den zwei Makromolekülen besteht, d. h. sind sowohl Protein als auch DNA geradlinige Folgen von Aminosäuren und nucleotides beziehungsweise.

Andere Experimente

Sobald das Hershey-Verfolgungsexperiment veröffentlicht wurde, hat die wissenschaftliche Gemeinschaft allgemein zugegeben, dass DNA das genetische Codematerial war. Diese Entdeckung hat zu einer ausführlicheren Untersuchung der DNA geführt, um seine Zusammensetzung sowie seine 3D-Struktur zu bestimmen. Mit der Röntgenstrahl-Kristallographie wurde die Struktur der DNA von James Watson und Francis Crick mit der Hilfe vorher dokumentierter experimenteller Beweise von Maurice Wilkins und Rosalind Franklin entdeckt.

Kenntnisse der Struktur der DNA haben Wissenschaftler dazu gebracht, die Natur des genetischen Codierens zu untersuchen und abwechselnd den Prozess der Protein-Synthese zu verstehen. George Gamow hat vorgeschlagen, dass der genetische Code aus Folgen von drei DNA-Grundpaaren zusammengesetzt wurde, die als Drillinge oder codons bekannt sind, die eine von den zwanzig Aminosäuren vertreten. Das genetische Codieren hat Forschern geholfen, den Mechanismus des Genausdrucks, des Prozesses zu verstehen, durch den die Information von einem Gen in der Protein-Synthese verwendet wird. Seitdem sind viele Forschungen geführt worden, um Schritte im Genausdruck-Prozess abzustimmen. Diese schließen Abschrift, das RNS-Verstärken, die Übersetzung und die Postübersetzungsmodifizierung ein, die verwendet werden, um die chemische und strukturelle Natur von Proteinen zu kontrollieren. Außerdem gibt Gentechnologie Ingenieuren die Fähigkeit, die genetischen Materialien von Organismen mit recombinant DNA-Techniken direkt zu manipulieren. Das erste recombinant DNA-Molekül wurde von Paul Berg 1972 geschaffen, als er DNA vom Affe-Virus SV40 mit diesem des Lambda-Virus verbunden hat.

Experimente auf dem erblichen Material während der Zeit des Hershey-Verfolgungsexperimentes haben häufig bacteriophages als ein Musterorganismus verwendet. Bacteriophages leihen sich zu Experimenten auf dem erblichen Material, weil sie ihr genetisches Material ins genetisches Material der Zelle ihres Gastgebers vereinigen (das Bilden von ihnen nützliche Werkzeuge), multiplizieren sie schnell, und sie werden von Forschern leicht gesammelt.

Vermächtnis

Das Hershey-Verfolgungsexperiment, seine Vorgänger, wie das Experiment von Avery-MacLeod-McCarty und die Nachfolger haben gedient, um unzweideutig festzustellen, dass erbliche Information durch die DNA getragen wurde. Diese Entdeckung hat zahlreiche Anwendungen in der Gerichtsmedizin, Verbrechen-Untersuchung und Genealogie. Es hat die Hintergrundkenntnisse für weitere Anwendungen in der DNA forensics, wo DNA zur Verfügung gestellt, die von Gebrauch-Daten Fingerabdrücke macht, die aus der DNA, nicht Protein-Quellen entstehen, um genetische Schwankung abzuleiten.

Links

• Hershey-Verfolgungsexperiment

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