Експериментът на Грифит (1928): доказателство за бактериалната трансформация чрез ДНК

Експериментът на Грифит е експеримент, проведен през 1928 г. от Фредерик Грифит. Това е един от първите експерименти, които показват, че бактериите могат да получат ДНК чрез процес, наречен трансформация. Резултатите на Грифит поставят основата за разбирането, че наследствената информация може да се прехвърля между клетки извън традиционното родител-отдец предаване.

Описание на експеримента и щамовете

Griffith използва два щама Streptococcus pneumoniae. След това той използва бактериите, за да зарази мишки, които имат много сходни характеристики с хората. Той използва щам тип III-S (гладък) и тип II-R (груб). Щамът III-S се покрива с полизахаридна капсула, която го предпазва от имуннатасистема на гостоприемника. Това означава, че гостоприемникът ще умре. Щамът II-R няма този защитен щит около себе си и се убива от имунната система на гостоприемника. Капсулата препятства фагоцитозата (поглъщането и унищожаването от клетките на имунната система), което обяснява защо S-щамът е вирулентен (болестотворен), а R-щамът не е.

Процедура и контролни наблюдения

В експеримента Грифит използва различни комбинации от живи и убити бактерии и наблюдава какво се случва с инфектираните мишки. Основните наблюдения са:

• Живи III-S бактерии → мишките умират.
• Живи II-R бактерии → мишките остават живи.
• Топлинно убити III-S бактерии → мишките остават живи (убитите бактерии сами по себе си не са смъртоносни).
• Смес от топлинно убити III-S + живи II-R → мишките умират.

При последния случай Грифит успява да изолира живи щамове и от двата типа, включително смъртоносния III-S, от кръвта на умрелите животни. Това показва, че някакъв фактор от мъртвите III-S бактерии е „прехвърчен“ към живите II-R и ги е превърнал в S-образни, вирулентни клетки.

Интерпретация и природата на „трансформиращия принцип“

Грифит стига до заключението, че типът II-R е бил "трансформиран" в смъртоносния щам III-S чрез „трансформиращ принцип“, който по някакъв начин е бил част от мъртвите бактерии от щама III-S. По това време естеството на този принцип не е известно; някои учени предполагат, че може да е белтък, липид или друг биомолекул.

Днес знаем, че "трансформиращият принцип", който Грифит е видял, е ДНК на бактерията от щам III-S. Въпреки че бактериите са били убити, ДНК е оцеляла при нагряването и е била възприета от бактериите от щам II-R. ДНК на щама III-S съдържа гените, които образуват защитната полизахаридна част от атаката. Въоръжени с този ген, бившите бактерии от щам II-R вече са защитени от имунната система на гостоприемника и могат да го убият. По-късни експерименти показват, че третиране на материал от убити S-бактерии с ензима DNase (който разгражда ДНК) предотвратява трансформацията, което допълнително потвърждава ролята на ДНК.

Потвърждаване и последващи изследвания

Точното естество на принципа на преобразуване е потвърдено в експериментите, проведени от Ейвъри, Маклауд и Маккарти, както и от Хърши и Чейс. По-конкретно:

• Ейвъри, Маклауд и Маккарти (1944) пречистват различни компоненти от S-бактериите и демонстрират, че само фракцията, съдържаща ДНК, предизвиква трансформация на R-щам в S-щам.
• Експериментите на Хърши и Чейс (1952) с бактериофаги дават независимо потвърждение, че ДНК (а не белтъците) носи генетичната информация.

Значение за молекулярната биология и практическо приложение

Експериментът на Грифит е ключов момент в историята на генетиката, защото първи показва, че наследствената информация може да се предава чрез материал от една клетка към друга и че това води до трайна промяна във фенотипа. Последвалите открития, че този материал е ДНК, полагат основата на молекулярната биология и генетиката на ХХ век.

Трансформацията като явление е и механизъм на хоризонтален генен трансфер в природата, който допринася за разпространението на фактори като антибиотична резистентност при бактериите. Освен това методът на трансформация е основен инструмент в лабораторната генетика и биотехнологията за въвеждане на нови гени в бактерии и други организми.

Ограничения и исторически контекст

Грифит сам по себе си не идентифицира ДНК като трансформиращия агент — това е направено впоследствие. Въпреки това експериментът му е важен, защото формулира явление, което по-късно е обяснено химически и молекулярно. Той показва също колко е важно да се използват правилни контролни опити и да се следва внимателно възстановяването и анализът на пробите (например култивиране и изолиране на възстановените S-кultiuri от кръвта на мишките).

В сумарен вид, работата на Грифит е началото на редица открития, които довеждат до разбирането на ДНК като носител на генетична информация и до развитието на съвременната генетика и биотехнология.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява експериментът на Грифит?

В: Какво е използвал Грифит за своя експеримент?

В: Как е протекъл експериментът?

Въпрос: Какво заключава Грифит от резултатите си?

В: Кой по-късно потвърди какъв всъщност е този трансформиращ принцип?

В: Как става тази трансформация?

Търсене по буква