Հիմնական նյութ
9-րդ դասարան. կենսաբանություն
Դասական փորձեր. ԴՆԹ-ն որպես գենետիկական նյութ
Ֆրեդերիկ Գրիֆիթի, Օսվալդ Էվերիի և իր կոլեգաների, Ալֆրեդ Հերշիի և Մարթա Չեյզի կողմից կատարված փորձեր:
Ներածություն
ԴՆԹ-ի ժառանգականության մասին մեր ժամանակակից պատկերացումերը առաջնորդել են մի շարք գործնական ոլորտներում դրանց կիրառման, ինչպես օրինակ՝ հանցանքներ բացահայտելիս, ծնող-երեխա գենետիկական թեստեր և գենետիկ ուսումնասիրություններ կատարելիս։ Այս տարածված կիրառումների շնորհիվ, մարդկանց մեծամասնությունը ԴՆԹ-ի մասին ունի գոնե մակերեսային պատկերացում։
Դա կարող է շատ զարմանալի հնչել, բայց միայն մեկ դար առաջ, նույնիսկ ամենակրթված գիտնականները պատերացում անգամ չունեին, որ հենց ԴՆԹ-ն է հանդիսանում մեր ժառանգական նյութը։
Այս հոդվածում մենք կխոսենք մի քանի փորձերի մասին, որոնք օգնեցին բացահայտել ԴՆԹ-ի՝ ժառանգական տեղեկույթի կրող հանդիսանալու փաստը։
Սպիտակուցն ընդդեմ ԴՆԹ-ի
Գրեգոր Մենդելի աշխատանքը ցույց տվեց, որ հատկանիշները (օրինակ ոլոռի ծաղկի գույները) ոչ թե ուղղակիորեն ժառանգվում էին, այլ պայմանավորվում էին այն գեներով, որոնք ծնողները փոխանցում էին իրենց զավակներին։ 20րդ դարում մի շարք այլ գիտնականներ՝ Թեոդոր Բովերին, Ուոլտեր Սուտոնը և Թոմաս Հանթ Մորգանը նույնպես իրականացնում էին փորձեր։ Նրանք ապացուցեցին, որ Մենդելի բացահայտած ժառանգական ժառանգական գործոնները ամենայն հավանականությամբ տեղակայված էին քրոմոսոմների վրա։
Սկզբում գիտնականները կարծում էին, որ սպիտակուցները, որոնք ԴՆԹ-ի հետ միասին գտնվում էին քրոմոսոմներում, հնարավոր է պատասխանատու են գենենտիկ նյութի համար։ Սպիտակուցները ունեն ամինաթթուների բազմազան հաջարդականություններ, իսկ ԴՆԹ-ն համարվում էր ավելի անհետաքրքիր, կրկնողական պոլիմեր, ըստ ԴՆԹ-ի կառուցվածի մասին սխալ մոդելի, որ տարածված էր այդ ժամանակահատվածում։
Այսօր, մենք գիտենք, որ ԴՆԹ-ն կրկնողական չէ և կարող է պարունակել մեծ քանակությամբ տեղեկույթ, ինչի մասին մենք կխոսենք բացահայտիր ԴՆԹ-ի կառուցվածքը հոդվածում: Բայց ինչպե՞ս գիտնականները հասկացան, որ այդքան "անհետաքրքիր" ԴՆԹ-ն կարող է հանդիսանալ գենետիկ նյութը։
Ֆրեդերիկ Գրիֆֆիթ: Բակտերիայի ձևափոխությունը
1928 թվականին, բրիտանացի բակտերիաբան Ֆրեդերիկ Գրիֆֆիթը կատարեց մի շարք փորձեր, որոնցում օգտագործում էր Streptococcus pneumoniae բակտերիաներ և մկներ։Նա չէր փորձում բացահայտել գենետիկ նյութը, այլ ցանկանում էր գտնել պատվաստանյութ թոքաբորբի դեմ։ Իր փորձերում նա օգտագործեց բակտերիայի երկու բարեկամ տեսակներ, հայտնի որպես R և S տեսակներ։
- R տեսակ։ Երբ այս բակտերիան տեղադրվեց փորձանոթի մեջ, այն սկսեց գաղութներ առաջացնել, որոնք ունեին որոշակի հաստատուն կառուցվածք (այստեղից էլ անվանումը՝ "R")։ Իսկ երբ գիտնականը մկներին ներարկեց այդ բակտերիաները, դրանք ոչ մի հիվանդություն չառաջացրեցին։
- S տեսակ։ Բակտերիայի այս տեսակի առաջացրած գաղութները շրջանաձև էին և հարթ (այստեղից էլ անվանումը "S")։ Այս հարթ տեսքը պայմանավորված էր պոլիսախարիդներով, կամ բակտերիայի կողմից ստեղծված շաքարային հիմքով թաղանթով։ Այս թաղանթը պաշտպանում էր բակտերիան մկան իմունային համակարգից (բակտերիան կարողնաում էր հիվանդություն առաջացնել)։ Մկները, որոնց ներարկել էին S բակտերիա, վարակվեցին թոքաբորբով և մահացան։
Որպես փորձի մաս, Գրիֆֆիթը ներարկեց նաև ջերմությամբ սպանված S բակտերիաներ (S բակտերիաներ, որոնց տաքացրել են բարձր ջերմաստիճաններում և այդպիսով բակտերիայի բջիջները մահացել են)։ Զարմանալի չէ, որ տաքությունից մահացած S բակտերիաները հիվանդություն չառաջացրին։
Բայց փորձն ընդունեց շատ անսպասելի ընթացք։ Պարզվեց, որ երբ մկանը ներարկում են անվտանք R բակտերիաներ՝ խառնած մահացած S բակտերիաների հետ, մուկը ոչ միայն չի մահանում, այլ նաև, երբ նրանից արյուն են վերցնում, արյան մեջ կենդանի S բակտերիաներ են հայտնաբերվում։
Գրիֆֆիթը եզրակացրեց, որ R բակտերիաները ձեռք են բերել այսպես կոչված "ձևափոխման կարողությունը", որն ունեին տաքությամբ սպանված S բակտերիաները, ինչը և նրանց թույլ է տվել ձևափոխվել՝ վերածվելով S բակտերայի և դառնալով հիվանդածին։
Էյվորի, ՄքՔարտի և ՄակԼեոդ՝ ձևափոխման օրինաչափության բացահայտումը
1944 թվականին, 3 կանադացի և ամերիկացի հետազոտողներ՝ Օսվալդ Էյվորին, Մաքլին ՄքՔարտին և Քոլին ՄաքԼեոդը միասին ուսումնասիրեցին Գրիֆֆիթի "ձևափոխման օրինաչափությունը"։
Նրանք սկսեցին հետազոտությունը մեծ քանակությամբ ջերմությամբ սպանված S բակտերինակերից և մի շարք բարդ կենսաքիմիական քայլերի միջոցով (մանրամասն ուսումնասիրությամբ որոշված) մաքրեցին բակտերիան մյուս բոլոր բջջային բաղադրիչներից։ Սրա միջոցով նրանք ստացան լիովին մաքրված ձևափոխման սկզբունքի մի փոքր մասը, որը հետագայում կարող էին մանրամասն ուսումնասիրել և հասկանալ դրա ինքնությունը
Մի շարք փաստեր Էյվորիին ու իր գործընկերներին հուշում էին, որ ձևափոխման սկզբումքը կարող է հենց ԴՆԹ-ն լինել
- Մաքրված նմուշը սպիտակուցների առկայությունը ստուգող թեստում բացասական արդյունք ներկայացրեց, իսկ ԴՆԹ-ի առակյությունը ստուգող թեստին՝ շատ բարձր դրական արդյունք։
- Ստացված նյութը իր քիմիական պարունակության մեջ ազոտի և ֆոսֆորի հարաբերությամբ ԴՆԹ-ին էր հիշեցնում։
- Սպիտակուցներն ու ՌՆԹ-ն քայքայող ֆերմենտների ազդեցությունը տեղեկույթի փոխանցման երևույթի վրա շատ փոքր ազդեցություն էր ունենում, իսկ ԴՆԹ-ն քայքայող ֆերմենտների թողած ազդեցությունը շատ ուժեղ էր։
Բոլոր այս արդյունքները ցույց տվեցին, ներկայացվախ ձևափոխման հիմքում ընկած է ԴՆԹ-ն։ Չնայած դրան, Էյվորին ավելի զգուշորեն
էր մեկնաբանում իր ստացած արդյունքները։ Նա հասկացավ, որ հնարավոր է մեկ այլ նյութ, ավելի փոքր չափաբաժնով հանդիսանում է ձևափոխման սկզբունք, այլ ոչ թե հենց ԴՆԹ-ն
Այս հավանականության պատճառով, ԴՆԹ-ի մասին բանավեճերը շարունակվեցին մինչև 1952 թվական, երբ Ալֆրեդ Հերշին և Մարթա Չեյզը գտան մեկ այլ մոտեցում, որի շնորհիվ ապացուցեցին ԴՆԹ-ի գենետիկ նյութ լինելու փաստը։
Հերշի-Չեյզյան փորձերը
Իրենց այժմ շատ հայտնի փորձերում Հերշին և Չեյզը ուսումնասիրում էին բակտերիոֆագերը, կամ վիրուսները, որոնք ախտահարում են բակտերիաներին։ Այն ֆագերը որ նրանք կիրառում էին, պարզ մասնիկներ էին, որոնք կազմված էին սպիտակուցից և ԴՆԹ-ից՝ նրանց արտաքին թաղանթը կազմված սպիտակուցներից, իսկ ներքինը՝ ԴՆԹ-ից:
Երկու գիտնականներն էլ գիտեին, որ բակտերիան ամրանում է տեր բջջին, և նրա մեջ ինչ որ նյութ է ներարկում (ԴՆԹ կամ սպիտակուց)։ Այդ նյութը հրահանգում է տեր բջջին ստեղծել ավելի ու ավելի շատ բակտերիոֆագեր, այլ բառերով ասած, վերարտադրել իր գենետիկ ինֆորմացիան։ Մինչև փորձերը, Հերշին կարծում էր, որ այդ գենետիկական նյութը սպիտակուցներն էին
Որպեսզի հասկանան՝ բակտերիոֆագերի ներարկած նյութը ԴՆԹ է թե սպիտակուց, նրանք օգտագործեցին բակտեիոֆագերի 2 տարբեր խմբեր։ Յուրաքանչյուր խմբի բակտերիաները առաջանում էին որոշակի ռադիոակտիվ տարրի մասնակցությամբ, որը ներդրված էր բակտերիոֆագը կազմող մակրոմոլեկուլներում (ԴՆԹ և սպիտակուց)։
- Մի խումբը առաջանում էր
- Մյուս խումբը առաջանում էր
Բակտերիոֆագերի այս երկու խմբերը օգտագործվեցին բակտերիաների տարբեր գաղութներ վարակելու համար։ Դրանից հետո բոլոր բակտերիաներից հեռացրին բակտերիոֆագերը և ֆագերի մասնիկները, որոնք գտնվում էին բակտերիալ բջջից դուրս։ Այնուհետև, բակտերիաների գաղութները ցենտրիֆուգեցին, որպեսզի առանձնացնեն բակտերիաները բակտերիոֆագերի մնացորդներից:
Ցենտրիֆուգման արդյունքում ավելի ծանր նյութերը, օրինակ՝ բակտերիան, շարժվում են անոթի ներքևի հատված՝ առաջացնելով կուտակում, որը կոչվում է գնդիկ։ Ավելի թեթև նյութերը (բակտերիաները աճն ապահովող միջավայրը) մնում է անոթի վերևի հատվածում և առաջացնում է հեղուկ, որ կոչվում է նստվածքային։
Երբ գիտնականները չափեցին ռադիոակտիվությունը գնդում և հեղուկում, իրենց փորձերից յուրաքանչյուրի համար, նրանք գտան, որ մեծ քանակությամբ
Այլ հարցեր
Վերևում նկարագրված աշխատանքները ներկայացնում են շատ կայուն փաստեր այն մասին, որ ԴՆԹ-ն հանիսանում է գենետիկական նյութ։ Չնայած դրան, դժվար է պատկերացնել, թե ինչպես նման պարզ մոլեկուլը կարող է կոդավորել գենետիկական տեղեկույթը, որը անհրաժեշտ է մի ամբողջ կենդանի օրգանիզմի համար։
Լրացուցիչ հետազոտություններ կատարվել են շատ գիտնականների կողմից, ներառված Էրվին Չարգաֆֆը, Ջեյմս Ուաթսոնը, Ֆրանցիս Քրիքը և Ռոզալինդ Ֆրանկլինը։ Այս հետազոտությունները օգնեցին բացահայտել ԴՆԹ-ի կառուցվածքը, բացատրելով, թե ինչպես կարող է ԴՆԹ-ն կոդավորել այդքան շատ տեղեկույթ։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։