ДНК като "трансформиращия принцип"

Да прегледаме как стигнахме до това видео: през 1865 г. Мендел за пръв път публикува неговите закони за наследствеността. Той наблюдава съществуването на тези наследствени фактори, тези отделни наследствени фактори, които се предават от родител към потомство според определени правила. И той достига до законите за наследствеността: закон за разпадането, за независимото комбиниране и за доминирането. Но както сме казвали много пъти, този труд не е приет много сериозно от съвременниците му. Всъщност повечето хора не му обърнали внимание и едва в началото на XX век е преоткрит. Но дори тогава – около 1900-та година, хората не знаели каква е молекулярната основа за тези наследствени фактори, за които говори Мендел, какво се крие зад тези фактори. И през 1902 г. се появява първата наистина убедителна теория за това какво би могло да определя тези наследствени фактори на молекулярно ниво. Бовери и Сътън са двама учени, които работят независимо един от друг и достигат до една и съща теория по едно и също време. Двамата достигат до хромозомната теория, наричана днес хромозомна теория на Бовери-Сътън. Работата им е базирана на наблюдения на това как се делят клетките, по-специално на процеса мейоза, и как тези хромозоми изглежда формират двойки, после се разпадат и накрая самостоятелно се комбинират и се предават на потомството. И те казват: "Тези хромозоми на физическо ниво, на молекулярно ниво, изглежда се държат по начини, много сходни с наследствените фактори, за които Мендел говори." Това била много убедителна теория. И след това стигаме до 1911 г., когато тази теория е подплатена с още доказателства. Томас Хънт Морган, говорихме за това, използва плодови мушици, за да проследи как тази мутантна черта се пренася от едно поколение към друго. И единственото правдоподобно обяснение, до което успява да достигне, е, че се предава от половата X-хромозома . Заедно с екипа си той продължава да работи в тази насока, за да установи, че хромозомите наистина са основата, физическата локация на тези наследствени белези, за които Мендел говори през 1865 г. Но дори Морган и екипът му, когато разглеждат хромозомите... Често днес, когато мислим за хромозоми, мислим за тях като за изградени от ДНК. И това е така. Но хромозомите също така са изградени и от от други неща, в това число и белтъци. И в онези времена, когато хората си казали: "Изглежда, че хромозомите са наистина основата, или местонахождението на тези наследствени белези, на тези гени." Когато хората разглеждали тези две различни молекули, те си казали, че вероятно белтъците са отговорни за кодирането на наследствената информация. Хората са знаели, че протеините са комплексни молекули, които по някакви начини кодират информация. По онова време си мислели, че ДНК са тези скучни молекули, които със сигурност не биха могли да кодират информация. И така, първото убедително доказателство, че всъщност ДНК е мястото, където генетичната информация е кодирана, ще бъде открито няколко десетилетия по-късно. И започваме да вървим по този път с Грифит ето тук – известен с едноименния си експеримент, в който той прави нещо наистина интересно. Той самостоятелно извършва експериментите си, извършва ги и ги публикува през 1928 г. Те сами по себе си не са отговорни за установяване на ДНК като молекулата, носител на наследствеността, но дават начало на интересна линия на изследване. И накрая тези господа през 1944 г. успяват да идентифицират ДНК като действителния кодиращ носител на тези наследствени фактори. Какво представлява експериментът на Грифит? Той изучава щамове бактерии и забелязва нещо при два варианта на определен щам бактерии – или два варианта бактерии. Имаш щам от грапави и щам от гладки бактерии. При инжектиране на грапавите бактерии в мишка, мишката остава жива. Обаче при инжектиране на гладкия щам мишката умира. И това става, защото гладкият щам има предпазен слой и това го прави труден за атакуване от имунната система на мишката. А това само по себе си е много интересно. Това е болестотворният щам – този, който ще убие мишката. Ако вземе този гладък щам, вирулентния щам, и го нагрее, така че бактериите да умрат, (това е щамът от гладките бактерии, убити с топлина) и след това го инжектира на мишката, тя остава жива, защото тези бактерии са мъртви. Но той прави нещо много, много интересно. Взима част от умъртвения при висока температура щам и част от живия грапав щам и ги смесва. На пръв поглед може би ще си кажеш, че няма проблем, това синьото няма да убие мишката и този мъртъв гладък щам също няма да я убие. Ако ги смесим, не би трябвало това да убие мишката. Но все пак тя умира, което е изумително. И така той достига до теорията за принципа на трансформацията. Въпреки че убил бактериите от гладкия щам тук, явно имало някакви вещества, някакви молекули, които се били прехвърлили от мъртвите бактерии към живите бактерии. И съществено ги трансформирали в гладък щам, което им позволило да убият мишката. И така той достига до идеята, че има някакъв принцип на трансформирането. Mожеш да си представиш, отнело e известно време – над 10 години, почти две десетилетия, когато Ейвъри, Маклеод и Маккарти си казали: "Какъв е този принцип на трансформацията? Защо не използваме експеримента на Грифит и да го продължим: вместо да вземем целия щам мъртви гладки бактерии, да опитаме да ги разделим на компоненти и да опитаме да изолираме различните елементи. И така да продължим да експериментираме, докато стигнем до изолирана молекула или изолиран компонент, който прави тази трансформация." Те се опитвали да идентифицират принципа на трансформацията. И направили точно това, което описах. Взели убитите гладки бактерии, и опитали да отделят различните им съставни части. Можеш да ги разделиш физически, можеш да използваш различни разтворители, които да разтворят определени компоненти. Можеш да използваш ензими, които да унищожат определени компоненти. И накрая... А това е много педантичен труд – можеш да си представиш как взимат целия щам мъртви гладки бактерии и започват да го разделят на различните му съставни части. Това може да е един компонент, а това друг. Нека ги нарисувам в различни цветове. Това тук е още един елемент. И още един ето тук. Използват различни химически методи, за да разделят първоначалните мъртви гладки бактерии на съставните им части. И след това вместо да повтарят последната фаза на експеримента с целия щам от гладки бактерии, го правят с грапав щам, смесен поотделно с всеки от тези компоненти. Продължили да провеждат експеримента и си казали: "Когато използваме този компонент ето тук, мишката оживява. Мишката остава жива. Така че това не е трансформирало грубия щам. И може би този също не го е трансформирал." Но накрая успяват да изолират нещо, което променя грапавите бактерии. И мишката умира. И то трансформира грапавия щам в гладък щам. Те взели този материал и започнали да го подлагат на различни тестове. Можели да разгледат молекулните му компоненти. И когато разгледали съотношението между азот и фосфор, установили, че са в същата пропорция като при ДНК – молекула, която вече познавали. Това не били съотношения, които отговаряли на протеините. Направили химически тестове и си казали: "Изглежда, че няма много белтъчини в това нещо, което изолирахме. Дори РНК." РНК е друга молекула, която те познавали. Ензими, които биха разградили протеини или РНК не разграждали това нещо. Ензими, разграждащи ДНК, обаче го разграждали. По този начин те успели да стигнат до идеята, че ДНК е средството за трансформация. И това е много, много, много значимо. Помисли си за това търсене, през което сме минали за почти 100 години. Наследствените фактори – къде са разположени те? Изглежда, че са в хромозомите! Започват да се появяват доказателства, че те са там. Но хромозомите са съставени от ДНК и белтъци. Едва с експериментите на Грифит се започва. А след това Ейвъри, Маккарти и Маклеод се появяват и си поставят за цел да идентифицират какво има точно в мъртвия гладък щам. Какъв е компонентът, който реално трансформира другия щам? И това било ДНК. И изумителното е било, че когато смесиш това ДНК от мъртвите гладки бактерии с грапавия щам, то се смесва с това на грапавите бактерии и това му позволява да започне производството на тези гладки протеинови кодове, водещи до по-висока вирулентност. Затова имунната система на мишката не успява да ги атакува. Наистина е впечатляващо на много нива. Целият извод от всичко това е как се стига до идентифицирането на ДНК като важна част на хромозомите от гледна точка на кодирането на генетична информация. Но също е и готин начин да погледнем към това колко магическа е ДНК. Ако я смесиш, ако добавиш ДНК от един щам към жив вариант на друг щам, можеш наистина да промениш щама. До известна степен можем да кажем, че те са правили много опростено генно инженерство.