Эксперимент Эвери, Маклеода и Маккарти

Освальд Эвери

Эксперимент Освальда Эвери, Колина Маклауда^[1] и Маклина Маккарти (англ. Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty), произведённый в 1944 году, доказал, что веществом, вызывающим трансформацию бактерий, является ДНК. Это явилось первым материальным доказательством роли ДНК в наследственности.

Эксперимент Эвери, Маклауда и Маккарти стал кульминацией исследований, начатых экспериментом Гриффита в 1928 году и проводившихся в Рокфеллеровском институте медицинских исследований в 1930-х — 1940-х годах. В эксперименте Гриффита убитые пневмококки (Streptococcus pneumoniae) вирулентного штамма III-S, введенные с живыми невирулентными пневмококками штамма II-R, вызывали инфекцию типа III-S.

Колин Маклауд

В статье, опубликованной в феврале 1944 года в Журнале экспериментальной медицины (англ. Journal of Experimental Medicine), Эвери с соавторами показал, что ДНК, но не белки являлись веществом, определяющим наследственность у бактерий^[2][3].

Предыстория

Эвери с соавторами показал, что именно ДНК является ключевым компонентом эксперимента Гриффита — у мышей, получавших инъекцию убитыми бактериями одного штамма и живыми бактериями другого штамма, развивалась инфекция типа убитого штамма.

После разработки метода серологического типирования медики получили возможность определять принадлежность бактерий к тому или иному штамму. Человек или животное, в организм которого попадает определенный штамм бактерий, в результате иммунного ответа образует антитела, специфически реагирующие с антигенами на поверхности этих бактерий. Содержащая антитела сыворотка крови может быть выделена и использована для тестирования разных штаммов. Антитела реагируют только с бактериями того типа, который использовался при иммунизации. Штаммы пневмококка были впервые описаны и типированы немецким бактериологом Фридрихом Нойфельдом (нем. Fred Neufeld). До исследований Гриффита бактериологи полагали, что штаммы не изменяются от поколения к поколению^[4].

В эксперименте Гриффита, результаты которого были опубликованы в 1928 году^[5], было установлено, что какой-то «трансформирующий агент» заставляет пневмококков превращаться из одного штамма в другой. Гриффитс, британский офицер, медик, многие годы занимался серологическим типированием пневмонии. Гриффит предполагал, что штаммы, склонные к вирулентности и невирулентные штаммы превращаются друг в друга (но не предполагал, что разные штаммы могут одновременно заражать один организм). Проверяя данную возможность, Гриффитс показал, что трансформация может происходить в случае, когда мышей иммунизировали убитыми бактериям вирулентного штамма и живыми бактериями невирулентного штамма. Позднее из умерших мышей были выделены живые бактерии вирулентного штамма.^[6]

Данные, полученные Гриффитсом, позднее были подтверждены Нойфельдом^[7] в Институте Коха и Мартином Досоном (англ. Martin H. Dawson) в Рокфеллеровском институте^[8] Учёные Рокфеллеровского института продолжили изучение трансформации в последующие годы. Совместно с Ричардом Сиа Досон разработал метод трансформации клеток бактерий in vitro (эксперимент Гриффитса был сделан в условиях in vivo)^[9]. После отъезда Досона в 1930 году, Джеймс Эллоуэй (англ. James Alloway) предпринял попытки продолжить исследования Гриффита и к 1933 году получил водный экстракт трансформирующего агента. Колин Маклауд работал над очисткой этих растворов с 1934 по 1937 год. Исследования были продолжены в 1940 году и завершены Маклином Маккарти^[10][11].

Эксперимент

Пневмококки в норме образуют гладкие (то есть крупные, с ровной поверхностью) колонии и имеют полисахаридную капсулу, компоненты которой и запускают образование антител.

В ходе эксперимента пневмококки, образующие гладкие колонии, были убиты нагреванием, и из них был извлечён компонент, растворимый в водно-солевом растворе. Белки были осаждены хлороформом, а полисахаридные капсулы, обусловливающие антигенные свойства бактерий, гидролизованы специфичным ферментом. Для подтверждения полного гидролиза капсул, была проведена процедура иммунопреципитации специфическими антителами. После разделения в спирте из полученной активной фракции были выделены волокнистые тяжи^[2].

Химический анализ показал, что соотношение углерода, водорода, азота и фосфора в полученном осадке соответствует соотношению этих же элементов в молекуле ДНК. Для подтверждения того, что действующим началом трансформации является именно ДНК, но не РНК, белки или другие компоненты клетки, Эвери с сотрудниками обработали смесь трипсином, химотрипсином, рибонуклеазой, но эта обработка никак не влияла на трансформирующие свойства. Лишь обработка ДНКазой приводила к разрушению трансформирующего начала^[2]. Таким образом было установлено, что действующим началом бактериальной трансформации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Литература

• (2004) «Early responses to Avery et al.'s paper on DNA as hereditary material». Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 34: 207–232. DOI:10.1525/hsps.2004.34.2.207. (англ.)
• Fruton, Joseph S. Proteins, enzymes, genes: the interplay of chemistry and biology. — New Haven, Conn: Yale University Press, 1999. — ISBN 0-300-07608-8 (англ.)
• Matthew Cobb; Morange, Michel A history of molecular biology. — Cambridge: Harvard University Press, 1998. — ISBN 0-674-00169-9 (англ.)
• Lehrer, Steven Explorers of the Body: Dramatic Breakthroughs in Medicine from Ancient Times to Modern Science. — United States: iUniverse, 2006. — ISBN 0-595-40731-5 (англ.)
• Lederberg J (February 1994). «The transformation of genetics by DNA: an anniversary celebration of Avery, MacLeod and McCarty (1944)». Genetics 136 (2): 423–6. PMID 8150273. (англ.)
• McCarty, Maclyn The transforming principle: discovering that genes are made of DNA. — New York: Norton, 1986. — ISBN 0-393-30450-7 (англ.)

Примечания

1. ↑ В русскоязычной литературе долгое время использовалась и широко используется до сих пор неверная транслитерация Маклеод.
2. ↑ ^{1 2 3} Avery, Oswald T.; Colin M. MacLeod, Maclyn McCarty (1944-02-01). «Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III». Journal of Experimental Medicine 79 (2): 137–158. DOI:10.1084/jem.79.2.137. PMID 19871359. Проверено 2008-09-29.
3. ↑ Fruton (1999), pp. 438—440. (англ.)
4. ↑ Lehrer, Steven. Explorers of the Body. 2nd edition. iuniverse 2006 p 46 [1] (англ.)
5. ↑ Griffith, Frederick (1928-01). «The Significance of Pneumococcal Types». The Journal of Hygiene 27 (2): 113–159. DOI:10.2307/4626734. Проверено 2009-02-25. (англ.)
6. ↑ Dawes, Heather (2004–08). «The quiet revolution». Current Biology 14 (15): R605–R607. DOI:10.1016/j.cub.2004.07.038. PMID 15296771. Проверено 2009-02-25. (англ.)
7. ↑ Neufeld, Fred, and Walter Levinthal. «Beitrage zur Variabilitat der Pneumokokken», Zeitschrift fur Immunitatsforschung, volume 55 (1928): 324–340. (англ.)
8. ↑ Dawson, Martin H. «The Interconvertibility of 'R' and 'S' Forms of Pneumococcus», Journal of Experimental Medicine, volume 47, no. 4 (1 April 1928): 577–591. (англ.)
9. ↑ Dawson, Martin H., and Richard H. P. Sia. «The Transformation of Pneumococcal Types In Vitro.» Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine, volume 27 (1930): 989–990. (англ.)
10. ↑ Fruton (1999), p. 438. (англ.)
11. ↑ The Oswald T. Avery Collection: «Shifting Focus: Early Work on Bacterial Transformation, 1928—1940.» Profiles in Science. U.S. National Library of Medicine. Accessed February 25, 2009. (англ.)