DNA: 2 bewijzen ter ondersteuning van DNA als een genetisch materiaal

De verschillende indirecte en directe bewijzen voor de ondersteuning van DNA als genetisch materiaal zijn de volgende:

Indirecte bewijzen:

1. Elke cel bevat een kern die zijn morfologie, fysiologie en erfelijkheid controleert.

Afbeelding Courtesy: writersforensicsblog.files.wordpress.com/2013/01/dna-pipettes-up-close.jpg

2. Zoals ontdekt door Friedrich Miescher (1869) en daaropvolgende werkers, bezit nucleus deoxyribose nucleïnezuur. DNA komt daarom in alle cellen voor.

3. DNA is in staat tot replicatie. DNA-kopieën lijken op het originele DNA.

4. DNA repliceert voorafgaand aan celdeling en wordt eerlijk verdeeld in de dochtercellen.

5. DNA is in staat om de celstructuur en celfuncties te regelen door middel van transcriptie en translatie.

6. Delen van DNA kunnen worden onderdrukt of depressief volgens metabole eisen.

7. DNA kan oneindige variaties vertonen als gevolg van veranderingen in het nucleotide-type, de sequentie en de lengte ervan.

8. DNA heeft een reparatiesysteem.

9. Differentiële activering van DNA-segmenten of genen resulteert in celdifferentiatie, weefselvorming, orgaanvorming en productie van verschillende componenten van een meercellig lichaam.

10. Het heeft een ingebouwde klok voor ontwikkeling.

11. De hoeveelheid DNA is normaliter hetzelfde in alle cellen van een organisme. Het verandert echter eenmaal tijdens de celcyclus en levenscyclus. Het DNA-niveau verdubbelt tijdens interfase (S-fase) wanneer de chromosomen repliceren om hun koolstofkopieën te vormen. Het daalt tot de helft in meiose als het chromosoomgetal ook tot de helft is teruggebracht.

12. Golflengten van energierijke stralen (bijv. Ultraviolet) die worden geabsorbeerd door DNA zijn ook die golflengten die aanleiding geven tot een maximaal aantal mutaties of plotselinge maar blijvende inherente variaties.

13. Een verandering van chemische of lineaire structuur van DNA door herschikking, toevoeging of verwijdering van nucleotiden geeft aanleiding tot mutaties die worden overgedragen aan dochtercellen en die zich manifesteren door veranderd metabolisme van de cellen.

Directe bewijzen:

(a) Transformatie (Griffith's Experiment):

Het is de verandering in de genetische samenstelling van een organisme door genen op te nemen die aanwezig zijn in de overblijfselen van zijn overleden familieleden. Transformatie werd voor het eerst bestudeerd door een Britse arts, SE Griffith in 1928. Hij bestudeerde de pathogeniciteit van verschillende bacteriestammen Streptococcus-pneumonie, ook bekend als Diplococcus of Pneumococcus-pneumonie. De bacterie heeft twee stammen - virulent en niet-virulent.

De virulente stam veroorzaakt longontsteking. Zijn bacteriën staan ​​bekend als S-type, omdat ze bij het kweken op geschikt medium, gladde kolonies vormen. Deze diplococci zijn bedekt met een omhulsel van slijm (polysaccharide) rondom hen. De omhulling is niet alleen de oorzaak van toxigeniciteit maar beschermt ook de bacteriën tegen fagocyten van de gastheer. Het niet-virulente type bacterie produceert de ziekte niet. Ze vormen onregelmatige of ruige kolonies. Deze diplococci zijn verstoken van slijmhuid.

De niet-virulente bacteriën worden daarom ruw of R-type genoemd. Griffith testte de virulentie van de twee stammen van Pneumococcus door de levende R II-type en levende S IH-type bacteriën afzonderlijk in muizen te injecteren. Hij ontdekte dat de R-type bacteriën geen enkele ziekte produceerden terwijl de S-type bacterie longontsteking veroorzaakte en vervolgens de dood bij de muizen (Tabel 6.1).

Door warmte gedode (bij 82 ° C-90 ° C) S-type bacteriën produceerden echter geen enkel symptoom van de ziekte. Uiteindelijk injecteerde Griffith een combinatie van levende R-type en door warmte gedode S-type bacteriën in muizen. Geen van deze bacteriën is schadelijk wanneer alleen aanwezig. Bij injectie met het mengsel van de twee overleefden sommige muizen terwijl anderen de ziekte van pneumonie ontwikkelden en stierven (Fig. 6.1).

Autopsie van de dode muizen toonde aan dat ze zowel de soorten bacteriën (virulent S-type en niet-virulent R-type) in levende toestand bezaten hoewel de muizen waren geïnjecteerd met dode virulente en levende niet-virulente bacteriën.

Het voorkomen van levende S-type virulente bacteriën is alleen mogelijk door hun vorming uit R-type niet-virulente bacteriën die de eigenschap van virulentie van dode bacteriën oppikken. Het fenomeen wordt Griffith-effect of -transformatie genoemd. Griffith stelde voor dat het 'transformerende principe' een chemische substantie is die vrijkomt door door hitte gedode bacteriën. Het veranderde de R-bacterie in S-bacterie. Het was een permanente genetische verandering omdat de nieuwe S-type bacteriën alleen S-type nakomelingen vormden.

Het werk van Griffith kon echter niet aantonen: (a) Of muizen essentieel waren voor transformatie door een of andere belangrijke chemische stof te verschaffen, (b) Het karakter van virulentie zou kunnen behoren tot elk bestanddeel van S-type bacteriënpolysaccharide van slijmstof, eiwit of DNA .

Al snel werd gevonden dat muizen niet nodig waren voor transformatie omdat het kweekmedium dat dode S-type bacteriën bevat, het karakter van virulentie in de niet-virulente bacteriën zou kunnen induceren.

Tabel 6.1. Samenvatting van de experimenten van Griffith

Biochemische karakterisering van het transformerende principe:

In 1944 zuiverden Avery, MacLeod en McCarty biochemicaliën uit de door hitte gedode S-type bacteriën in drie componenten: DNA, koolhydraten en eiwitten. DNA-fractie werd verder verdeeld in twee delen: een met deoxyribonuclease of DNase en de andere zonder. De vier componenten werden vervolgens toegevoegd aan afzonderlijke kweekbuizen die R-type bacteriën bevatten (figuur 6). De kweekbuizen konden enige tijd ongestoord blijven. Ze werden vervolgens geanalyseerd op bacteriepopulatie.

Alleen DNA van het S-type kan het R-type bacteriën in het S-type veranderen. Daarom bevindt het karakter of gen van virulentie zich in DNA. Genen van andere karakters zouden op dezelfde manier in deze chemische stof zitten. Zo bewees ze dat de te erven chemische stof DNA is en het de chemische of moleculaire basis van erfelijkheid vormt. Dit experiment bevestigde ook dat DNA uit een cel kan worden geëxtraheerd en in een andere cel kan worden overgebracht. Alle biologen waren echter niet overtuigd met de experimentele benadering van Avery et al.

(b) Multiplicatie van bacteriofagen (transductie):

Bacteriofagen zijn bacteriële virussen. T2 is een bacteriofaag die Escherichia coli infecteert, de bacterie die aanwezig is als commensaal in de menselijke darm. Escherichia coli kan ook worden gekweekt op kweekmedium. AD Hershey en Martha Chase (1952) groeiden twee culturen van Escherichia coli. Eén kweek werd geleverd met radioactieve zwavel, ³⁵ S. De andere cultuur werd voorzien van radioactief fosfor, ³² P.

Radioactieve zwavel wordt opgenomen in zwavelhoudende aminozuren (cysteïne en methionine) en wordt daarom onderdeel van bacteriële eiwitten. Radioactief fosfor wordt opgenomen in nucleotiden die nucleïnezuren vormen, meestal DNA. Daarom werden bacteriën van beide culturen gelabeld (= heet).

Hershey en Chase introduceerden vervolgens bacteriofaag T2 in beide bacterieculturen. Het virus ging de bacterie binnen waar het zich vermenigvuldigde. Het virale nageslacht werd in beide gevallen getest. Het was gelabeld, een type met radioactief eiwit en een ander type met radioactief DNA (Fig. 6.3). Elk type bacteriofagen werd nu geïntroduceerd in afzonderlijke kweken met normale of niet-gemerkte bacteriën.

Na enige tijd werden beide culturen zachtjes geschud in een menger bij 10.000 rpm om de lege faag-capsiden (of geesten) die aan het oppervlak van bacteriën hechtten te verwijderen. De kweek werd vervolgens gecentrifugeerd.

De zwaardere (geïnfecteerde) bacteriën nestelden zich in de vorm van pellets. Het supernatant bevat lichtere virale lagen die de bacteriecellen niet binnendringen. Zowel de pellet als het supernatant werden geanalyseerd. Er werd gevonden dat faag met gemerkt eiwit de bacterie niet gelabeld had. In plaats daarvan was de radioactiviteit beperkt tot het supernatant dat alleen lege faag-capsiden of -geesten bleek te bevatten.

In de tweede kweek waarbij bacteriofaag gelabeld met radioactief DNA werd geïntroduceerd, werd gevonden dat schudden geen enkele radioactiviteit in het supernatant met lege capsidebekledingen produceerde. In plaats daarvan werden de bacteriën gemerkt als bewijs dat alleen DNA van de faag de bacterie binnenkwam.

Het nageslacht van de twee soorten bacteriofagen werd opnieuw getest op radioactiviteit. Radioactiviteit was afwezig in de virussen die afkomstig waren van ouders die gelabeld eiwit hadden. De virussen afkomstig van ouders die gelabeld DNA hadden, hadden radioactiviteit. Dit toont aan dat de genetische chemische stof DNA is en niet het eiwit.