Experimento de Hershey-Chase - Hershey–Chase experiment
Los experimentos de Hershey-Chase fueron una serie de experimentos realizados en 1952 por Alfred Hershey y Martha Chase que ayudaron a confirmar que el ADN es material genético .
Si bien el ADN era conocido por los biólogos desde 1869, muchos científicos todavía asumían en ese momento que las proteínas transportaban la información para la herencia porque el ADN parecía ser una molécula inerte y, dado que se encuentra en el núcleo, se consideraba que su función era el fósforo. almacenamiento. En sus experimentos, Hershey y Chase demostraron que cuando los bacteriófagos , que están compuestos de ADN y proteínas, infectan a las bacterias, su ADN entra en la célula bacteriana huésped, pero la mayoría de sus proteínas no. Hershey y Chase y los descubrimientos posteriores sirvieron para demostrar que el ADN es el material hereditario.
Hershey compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1969 con Max Delbrück y Salvador Luria por sus "descubrimientos sobre la estructura genética de los virus".
Antecedentes históricos
A principios del siglo XX, los biólogos pensaban que las proteínas transportaban información genética. Esto se basó en la creencia de que las proteínas eran más complejas que el ADN. La influyente "hipótesis del tetranucleótido" de Phoebus Levene , que proponía incorrectamente que el ADN era un conjunto repetido de nucleótidos idénticos , apoyaba esta conclusión. Los resultados del experimento Avery-MacLeod-McCarty , publicado en 1944, sugirieron que el ADN era el material genético, pero todavía había algunas dudas dentro de la comunidad científica en general para aceptar esto, lo que sentó las bases para el experimento Hershey-Chase.
Hershey y Chase, junto con otros que habían realizado experimentos relacionados, confirmaron que el ADN era la biomolécula que transportaba la información genética. Antes de eso, Oswald Avery , Colin MacLeod y Maclyn McCarty habían demostrado que el ADN conducía a la transformación de una cepa de Streptococcus pneumoniae en otra. Los resultados de estos experimentos proporcionaron evidencia de que el ADN era la biomolécula que transportaba información genética.
Métodos y resultados
Hershey y Chase necesitaban poder examinar diferentes partes de los fagos que estaban estudiando por separado, por lo que necesitaban distinguir las subsecciones de fagos. Se sabía que los virus estaban compuestos por una capa de proteína y ADN, por lo que optaron por etiquetar de forma única a cada uno con un isótopo elemental diferente . Esto permitió que cada uno de ellos fuera observado y analizado por separado. Dado que el fósforo está contenido en el ADN pero no en los aminoácidos, se utilizó fósforo-32 radiactivo para marcar el ADN contenido en el fago T2 . Se utilizó azufre-35 radiactivo para marcar las secciones de proteína del fago T2, porque el azufre está contenido en la proteína pero no en el ADN.
Hershey y Chase insertaron los elementos radiactivos en los bacteriófagos agregando los isótopos a medios separados dentro de los cuales se permitió que las bacterias crecieran durante 4 horas antes de la introducción de los bacteriófagos. Cuando los bacteriófagos infectaron a las bacterias, la progenie contenía los isótopos radiactivos en sus estructuras. Este procedimiento se realizó una vez para los fagos marcados con azufre y una vez para los fagos marcados con fósforo. A continuación, se dejó que la progenie marcada infectara bacterias no marcadas. Las capas de fagos permanecieron en el exterior de la bacteria, mientras entraba material genético. La ruptura del fago de la bacteria por agitación en un mezclador seguido de centrifugación permitió la separación de las capas de fago de la bacteria. Estas bacterias se lisaron para liberar la progenie del fago. La progenie de los fagos que se marcaron con fósforo radiactivo permaneció marcada, mientras que la descendencia de los fagos marcados con azufre radiactivo no se marcó. Por lo tanto, el experimento Hershey-Chase ayudó a confirmar que el material genético es el ADN, no la proteína.
Hershey y Chase demostraron que la introducción de desoxirribonucleasa (denominada DNasa ), una enzima que descompone el ADN, en una solución que contiene los bacteriófagos marcados no introduce 32 P en la solución. Esto demostró que el fago es resistente a la enzima mientras está intacto. Además, pudieron plasmolizar los bacteriófagos para que entraran en choque osmótico, lo que creó efectivamente una solución que contenía la mayor parte del 32 P y una solución más pesada que contenía estructuras llamadas "fantasmas" que contenían el 35 S y la cubierta proteica del virus. . Se encontró que estos "fantasmas" podían adsorberse a bacterias que eran susceptibles a T2, aunque no contenían ADN y eran simplemente los restos de la cápsula bacteriana original. Llegaron a la conclusión de que la proteína protegía al ADN de la ADNasa, pero que una vez que los dos se separaron y el fago se inactivó, la ADNsa podría hidrolizar el ADN del fago.
Experimento y conclusiones
Hershey y Chase también pudieron demostrar que el ADN del fago se inserta en la bacteria poco después de que el virus se adhiere a su huésped. Usando una licuadora de alta velocidad, pudieron expulsar los bacteriófagos de las células bacterianas después de la adsorción . La falta de ADN marcado con 32 P que queda en la solución después de que se permitió que los bacteriófagos se adsorbieran a las bacterias mostró que el ADN del fago se transfirió a la célula bacteriana. La presencia de casi todo el 35 S radiactivo en la solución mostró que la cubierta de proteína que protege el ADN antes de la adsorción permanecía fuera de la célula.
Hershey y Chase concluyeron que el material genético era el ADN, no las proteínas. Determinaron que se formó una capa de proteína protectora alrededor del bacteriófago, pero que el ADN interno es lo que confiere su capacidad para producir progenie dentro de una bacteria. Demostraron que, en el crecimiento, la proteína no tiene ninguna función, mientras que el ADN tiene alguna función. Lo determinaron a partir de la cantidad de material radiactivo que queda fuera de la célula. Solo el 20% del 32 P permaneció fuera de la célula, lo que demuestra que se incorporó al ADN en el material genético de la célula. Todo el 35 S en las capas de proteína permaneció fuera de la célula, lo que demuestra que no se incorporó a la célula y que la proteína no es el material genético.
El experimento de Hershey y Chase concluyó que poco material que contiene azufre ingresó a la célula bacteriana. Sin embargo, no se pueden sacar conclusiones específicas con respecto a si el material que no contiene azufre ingresa a la célula bacteriana después de la adsorción de fagos. Fue necesario realizar más investigaciones para concluir que era únicamente el ADN de los bacteriófagos el que entraba en la célula y no una combinación de proteína y ADN donde la proteína no contenía azufre.
Discusión
Confirmación
Hershey y Chase concluyeron que no era probable que la proteína fuera el material genético hereditario. Sin embargo, no sacaron conclusiones sobre la función específica del ADN como material hereditario, y solo dijeron que debe tener algún papel indefinido.
La confirmación y la claridad llegaron un año después, en 1953, cuando James D. Watson y Francis Crick plantearon correctamente la hipótesis, en su artículo de revista " Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido desoxirribosa nucleico ", la estructura de doble hélice del ADN, y sugirieron la mecanismo de copia por el cual el ADN funciona como material hereditario. Además, Watson y Crick sugirieron que el ADN, el material genético, es responsable de la síntesis de miles de proteínas que se encuentran en las células. Habían hecho esta propuesta basándose en la similitud estructural que existe entre las dos macromoléculas: tanto la proteína como el ADN son secuencias lineales de monómeros (aminoácidos y nucleótidos, respectivamente).
Otros experimentos
Una vez que se publicó el experimento Hershey-Chase, la comunidad científica reconoció en general que el ADN era el material del código genético. Este descubrimiento condujo a una investigación más detallada del ADN para determinar su composición y su estructura 3D. Usando cristalografía de rayos X , la estructura del ADN fue descubierta por James Watson y Francis Crick con la ayuda de evidencia experimental previamente documentada por Maurice Wilkins y Rosalind Franklin . El conocimiento de la estructura del ADN llevó a los científicos a examinar la naturaleza de la codificación genética y, a su vez, comprender el proceso de síntesis de proteínas. George Gamow propuso que el código genético estaba compuesto por secuencias de tres pares de bases de ADN conocidas como tripletes o codones que representan uno de los veinte aminoácidos. La codificación genética ayudó a los investigadores a comprender el mecanismo de expresión génica , el proceso mediante el cual la información de un gen se utiliza en la síntesis de proteínas . Desde entonces, se han realizado muchas investigaciones para modular los pasos del proceso de expresión génica. Estos pasos incluyen la transcripción , el empalme de ARN , la traducción y la modificación postraduccional que se utilizan para controlar la naturaleza química y estructural de las proteínas. Además, la ingeniería genética brinda a los ingenieros la capacidad de manipular directamente los materiales genéticos de los organismos utilizando técnicas de ADN recombinante . La primera molécula de ADN recombinante fue creada por Paul Berg en 1972 cuando combinó el ADN del virus del mono SV40 con el del fago lambda .
Los experimentos con material hereditario durante la época del experimento de Hershey-Chase a menudo utilizaron bacteriófagos como organismo modelo . Los bacteriófagos se prestan a experimentos con material hereditario porque incorporan su material genético en su célula huésped 's material genético (haciéndolos herramientas útiles), que se multiplican rápidamente, y que son fácilmente recogidos por los investigadores.
Legado
El experimento Hershey-Chase, sus predecesores, como el experimento Avery-MacLeod-McCarty , y los sucesores sirvieron para establecer inequívocamente que la información hereditaria era transportada por el ADN. Este hallazgo tiene numerosas aplicaciones en la ciencia forense , la investigación de delitos y la genealogía . Proporcionó los conocimientos básicos para otras aplicaciones en la ciencia forense del ADN, donde la toma de huellas dactilares del ADN utiliza datos que se originan en el ADN, no en fuentes de proteínas, para deducir la variación genética .