Czy DNA jest czynnikiem infekującym wirusy?

Uzyskaj odpowiedź: Czy DNA jest czynnikiem infekującym wirusy?

Bakteriofag (wirus T2) infekuje bakterię Escherichia coli. Po zakażeniu wirus mnoży się, a fagi T2 są uwalniane z lizą komórek bakteryjnych. Jak wiemy, fag T2 zawiera zarówno DNA jak i białka. Teraz powstaje pytanie, który z dwóch składników ma informacje do zaprogramowania dla namnażania większej ilości cząstek wirusowych.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: nist.gov/oles/forensics/images/DNA-Strand.jpg

Aby rozwiązać ten problem, Hershey i Chase (1952) opracowali eksperyment z dwoma różnymi preparatami faga T2. W jednym preparacie uczyniły one białko częścią radioaktywną, aw drugim preparacie DNA zostało radioaktywne. Następnie zakażono te bakterie E. coli tymi dwoma preparatami fagowymi.

Natychmiast po zakażeniu i przed lizą bakterii komórki E. coli delikatnie mieszano w mikserze, tak że przylegające cząstki faga rozluźniono, a następnie odwirowano hodowlę. W rezultacie cięższe granulki zainfekowanych komórek bakteryjnych opadły na dno probówki.

Lżejsze cząstki wirusowe i te cząstki, które nie dostały się do komórek bakterii, znaleziono w supernatancie. Stwierdzono, że gdy fag T2 z radioaktywnym DNA został użyty do zakażenia E. coli w eksperymencie, cięższy pelet bakteryjny był również radioaktywny. Z drugiej strony, gdy zastosowano fag T2 z radioaktywnym białkiem, bakteryjny pelet miał bardzo małą radioaktywność i większość radioaktywności znaleziono w supernatancie.

Eksperyment ten udowodnił, że podczas infekcji fagiem T2, to DNA faktycznie weszło do bakterii, gdy takie zakażone komórki bakterii rozwinęły się dalej, a następnie zlały się nowe cząstki faga.

Ten słynny eksperyment przeprowadzony przez Hershey and Chase (1952) udowodnił, że to wirusowe DNA, a nie białko, zawiera informacje do produkcji większej ilości cząstek faga T2, stąd DNA jest materiałem genetycznym. Jednak w niektórych wirusach (np. TMV, wirusie grypy i wirusie polio) RNA służy jako materiał genetyczny.

Hershey i Chase przeprowadzili dwa eksperymenty. W jednym eksperymencie E. coli hodowano w pożywce zawierającej izotop radio-S35, a w innych eksperymentach E. coli hodowano w pożywce zawierającej radioizotop P32. W tych eksperymentach komórki E. coli zostały zarażone fagiem T2 uwolnionym z komórek E. coli hodowanych w podłożu S ³⁵ mają S ³⁵ w kapsydzie białkowym, a te z pożywki P ³² mają P32 w swoim DNA.

Gdy te fagi zostały użyte do zakażenia nowych komórek E. coli w normalnej pożywce, komórki bakteryjne, które miały zakażenie znakowanymi S35 fagami, wykazywały radioaktywność w ich ścianie komórkowej, a nie w cytoplazmie. Podczas gdy bakterie zakażone znakowanymi P32 fagami wykazywały odwrotny stan.

Można zatem powiedzieć, że gdy fag T2 infekuje komórkę bakteryjną, jego kapsyd białkowy pozostaje poza komórką bakterii, ale jego DNA wchodzi do cytoplazmy bakterii. Kiedy zainfekowane komórki bakterii zostają poddane lizie, powstają nowe kompletne cząsteczki wirusa (fagi T2).

Dowodzi to, że wirusowy DNA przenosi informację do syntezy kopii DNA i kapsydów białkowych. To pokazuje, że DNA jest materiałem genetycznym. Ta część każdego nukleotydu, który zawiera azotową zasadę i dezoksyrybozę, nazywana jest deoksyrybonukleozydem.

Cztery deoksyrybonukleotydy poza występowaniem w cząsteczce DNA występują również w nukleoplazmie i cytoplazmie, ale w ich postaciach trifosforanowych, takich jak trifosforan deoksyadenozyny (dATP), trifosforan deoksyguanozyny (dGTP), trifosforan deoksycytydyny (dCTP) i trifosforan tymidyny (TTP). Znaczenie występowania dezoksyrybonukleotydów w formach trifosforanowych polega na tym, że podczas polimerazy DNA enzym może działać tylko na trifosforany dezoksyrybonukleotydów.

Ten eksperyment pokazuje, że tylko DNA faga wchodzi do komórki bakteryjnej, a nie do płaszcza białkowego. Wyraźnie widać, że sam DNA jest odpowiedzialny za syntezę nowych wirusów wewnątrz komórek bakteryjnych. To pokazuje, że DNA jest materiałem genetycznym, a nie białkiem. W wirusie mozaiki tytoniowej (TMV) wewnętrzny rdzeń składa się z RNA zamiast DNA, stąd w tym przypadku RNA jest materiałem genetycznym.