Ana içerik
Klasik Deneyler: Genetik Materyal Olarak DNA
Frederick Griffith, Alfred Hershey, Martha Chase, Oswald Avery ve çalışma arkadaşlarının yaptığı deneyler.
Giriş
Günümüzde, DNA'nın kalıtımdaki rolünü anlamamız sayesinde adli analizler, babalık testleri ve genetik taramaları da içeren birçok pratik
uygulama yapabilecek duruma geldik. Geniş kapsamlı kullanımı, DNA'nın bugün hemen hemen herkes tarafından bir ölçüde bilinmesini sağlıyor.
Çok değil, bundan yalnızca yüz yıl önce, bilim topluluklarının en iyi eğitimli üyelerinin bile DNA'nın kalıtım materyali olduğunu bilmemeleri size şaşırtıcı gelebilir.
Bu makalede, DNA'nın genetik bilgi taşıyıcısı olarak tanımlanmasını sağlayan bazı klasik deneyleri inceleyeceğiz.
Proteinler ve DNA
Gregor Mendel'in çalışmaları; bezelye bitkilerindeki çiçek rengi gibi özelliklerin doğrudan aktarılmadığını, ancak ebeveynlerden yavrulara geçen genler tarafından belirlendiğini göstermiştir. Theodor Boveri, Walter Sutton ve Thomas Hunt Morgan gibi 20. yüzyılın başlarında çalışmalar yapan bilim insanları, Mendel'in kalıtsal faktörlerinin büyük ihtimalle kromozomlar tarafından taşındığını belirtmiştir.
Bilim insanları ilk başta, kromozomlarda DNA ile birlikte bulunan proteinlerin aradıkları genetik materyal olduğunu düşündüler. Proteinlerin çeşitli amino asit dizileri olduğu bilinirken, DNA'nın sıkıcı, kendini tekrar eden bir polimer olduğu düşünülüyordu. Sebebi ise DNA'nın o dönemdeki yanlış ancak popüler olan yapı ve bileşim modeliydi
Bugün, DNA'nın aslında kendini tekrar etmediğini ve DNA yapısının keşfi bölümünde de işlendiği gibi, büyük miktarda bilgi taşıyabildiğini biliyoruz. Peki ama bilim insanları DNA'nın "sıkıcı" bir yapı değil de genetik materyal olabileceğini nasıl keşfettiler?
Frederick Griffith: Bakteriyel dönüşüm
1928'de, İngiliz bakteri biyoloğu Frederick Griffith, Streptococcus pneumoniae bakterisi ve fareleri kullanarak bir dizi çalışma yürüttü. Griffith genetik materyali tanımlamaya çalışmıyordu; zatürreye karşı bir aşı geliştirmeye çalışıyordu. Griffith, deneylerinde R ve S olarak bilinen iki bağlantılı bakteri suşu kullandı.
- R suşu. R bakterisi petri kabında büyürken, belirgin köşeleri olan ve kapsülsüz bir görünümü olan koloniler yani bakteri kümeleri oluşturdu. R bakterisi virülent değildi, yani farelere enjekte edildiğinde hasta olmalarına neden olmuyordu.
- S suşu. S bakterisi ise kapsüllü koloniler oluşturdu. Kapsüllü görünüm, bakteri tarafından üretilen polisakkarit veya şeker bazlı tabaka sebebiyle oluşmuştu. Bu kabuk, S bakterisini farenin bağışıklık sisteminden korumuş, virülent (hastalığa neden olabilen) olmalarına sebep olmuştur. Canlı S bakterisi enjekte edilen fareler zatürre olup ölmüştür.
Griffith, deneyinin bir parçası olarak farelere yüksek ısıya maruz bırakılan ve hücreleri ölen S bakterisini enjekte etmeyi de denedi. Tahmin edebileceğiniz gibi, ısıdan ölmüş S bakterileri farelerde hastalığa sebep olmadı.
Ancak deneylerde beklenmeyen birşey oldu. Griffith, zararsız R bakterilerini zararsız ve ısıdan ölmüş S bakterileriyle karıştırdı ve bir fareye enjekte etti. Fare hem zatürre olup öldü hem de Griffith ölü fareden kan örneği aldığında, yaşayan S bakterileriyle karşılaştı.
Griffith, bu deney ile R tipi bakterilerin ısıdan ölmüş S bakterilerinden "dönüşüm prensibi" adını verdiği bir şey aldıkları, böylece kapsüllü bir bakteriye "dönüşüp" virülent oldukları sonucuna vardı.
Avery, McCarty ve MacLeod: Dönüşüm prensibini tanımlama
1944'de, üç Kanadalı ve bir Amerikalı araştırmacı Oswald Avery, Maclyn McCarty ve Colin MacLeod, Griffith'in ''dönüşüm prensibini'' tanımlamak üzere işe koyuldular.
Bunu yapmak için, ısıyla öldürülmüş S hücrelerinin büyük kültürleriyle işe başladılar ve bir dizi uzun biyokimyasal basamaktan (dikkatli bir deney süreciyle) geçtiler. Diğer hücre bileşenlerini temizleyerek, ayırarak veya enzimler aracılığıyla yok ederek dönüşüm prensibini aşama aşama arındırdılar. Bu yöntem sayesinde, yüksek derecede arındırılmış dönüşüm prensibinin küçük miktarlarını elde edebildiler. Bunu da daha sonra kimliğini belirlemek üzere başka testlerde analiz ettiler
Elde ettikleri bir dizi kanıt, Avery ve meslektaşlarına dönüşüm prensibinin DNA olabileceği fikrini verdi
- Arındırılmış madde, proteinleri saptamak için yapılan kimyasal testlerde negatif sonuç verdi, ancak DNA'yı belirlemek için yapılan testlerde güçlü bir şekilde pozitif sonuç verdi.
- Arındırılmış dönüşüm prensibinin element bileşimi, nitrojen ve fosfor oranı açısından DNA'ya oldukça yakındı.
- Proteinler ve RNA'yı parçalayan enzimlerin dönüşüm prensibine az bir etkisi oldu ancak DNA'yı ayrıştıran enzimler dönüşüm aktivitesini yok etti.
Bu sonuçların hepsi, dönüşüm prensibinin, DNA olduğuna işaret ediyordu. Ancak, Avery sonuçlarını yorumlama konusunda dikkatliydi. DNA'nın değil de, küçük miktarlarda bulunan ve kirletici olan bir maddenin asıl dönüşüm prensibi olma ihtimalinin olduğunu fark etti.
Bu ihtimalden dolayı DNA'nın rolü hakkındaki tartışmalar 1952'ye kadar devam etti. 1952'de Alfred Hershey ve Martha Chase, DNA'nın kesin olarak genetik materyal olduğu sonucuna varmalarını sağlayacak farklı bir yaklaşım benimsediler.
Hershey-Chase deneyleri
Hershey ve Chase, artık efsaneleşmiş deneyleri sırasında, bakteriyofaj yani bakterilere saldıran virüsler üzerine çalıştılar. Kullandıkları fajlar, protein ve DNA'dan oluşan basit parçacıklardı (dış yapılar protein, içlerinde ise DNA bulunuyordu).
Hershey ve Chase, fajın, konak bakteriyel hücrenin yüzeyine bağlandığını ve bazı maddeleri (DNA veya protein) konak hücreye enjekte ettiğini biliyordu. Bu madde konak bakteriye, çok sayıda faj yapmaya başlamasına neden olan ''talimatlar'' veriyordu- başka bir deyişle, bu fajın genetik materyaliydi. Deneyden önce, Hershey genetik materyalin protein olduğunun ortaya çıkacağını düşünmüştü
Fajın konak bakteriye DNA mı yoksa protein mi enjekte ettiğini bulmak için Hershey ve Chase iki farklı faj grubu hazırladı. Her bir grupta faj, kendisini oluşturan makromoleküllerle (DNA ve protein) birleştirilen özel bir radyoaktif elementin varlığında üretildi.
- Bir örneklem, bir radyoaktif sülfür izotopu (
- Diğer bir örneklem olan
Her faj grubu, farklı bakteri kültürlerine etki etmesi için kullanıldı. Meydana gelen etkiden sonra her bir kültür karıştırıcı içinde döndürüldü ve kalan faj ve faj parçaları bakteri hücresinin dış tarafından kaldırıldı. En sonunda, kültürler bakteriyi faj atıklarından ayırmak için santrifüjlenmiş yani yüksek hızda döndürülmüştü.
Santrifüjleme, bakteri gibi daha ağır maddelerin tüpün dibine doğru hareket etmesine ve topak da denilen bir öbek oluşturmasına neden olur. Kültürlerin büyümesi için kullanılan et suyu gibi daha hafif maddeler, faj ve faj kısımları boyunca, tüpün ucuna yakın kısımlarda kalır ve süpernatan da denilen, sıvı bir katman oluşturur.
Hershey ve Chase her iki deneylerinde de topaktaki ve süpernatantdaki radyoaktiviteyi ölçtüklerinde, topakta büyük miktarda
Kalan sorular
Yukarıdaki araştırmacıların çalışmaları DNA'nın genetik materyal olduğuna dair güçlü bir kanıt sağlamıştır. Ancak, görünüşte bu kadar basit olan bir molekülün karmaşık bir organizma oluşturmak için ihtiyaç duyduğu genetik bilgiyi nasıl içinde barındırdığı hala net değildi.
Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick ve Rosalind Franklin gibi birçok bilim insanının yaptığı ek araştırmalar, DNA'nın büyük miktarda bilgiyi nasıl barındırdığını açıklayan DNA yapısının keşfiyle sonuçlanmıştır.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.