في تجاربهم درس كلا من هيرشي وتشايس البكتيريا ، أو الفيروسات التي تهاجم البكتيريا، وكانت البكتيريا التي استخدموها عبارة عن جزيئات بسيطة مكونة من البروتين والحمض النووي ، مع الهياكل الخارجية المصنوعة من البروتين والنواة الداخلية المكونة من الحمض النووي .
الحمض النووي ” DNA ” والوراثة
أدى فهمنا الحديث لدور الحمض النووي في الوراثة إلى مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية ، بما في ذلك تحليل الطب الشرعي واختبار الأبوة والفحص الجيني، وبفضل هذه الاستخدامات واسعة النطاق ، أصبح لدى العديد من الأشخاص اليوم على الأقل وعي أساسي بالحمض النووي، وقد يكون من المفاجئ إذن أن ندرك أنه حتى قبل أقل من قرن من الزمان ، لم يعلم حتى أفضل أفراد المجتمع العلمي أن الحمض النووي هو المادة الوراثية، وفي هذه المقالة ، سنلقي نظرة على بعض التجارب الكلاسيكية التي أدت إلى تحديد الحمض النووي باعتباره الناقل للمعلومات الجينية .
البروتين والحمض النووي
أظهر عمل غريغور مندل أن السمات (مثل ألوان الزهور في نباتات البازلاء) لم تكن موروثة مباشرة ، بل تم تحديدها بواسطة جينات تم نقلها من الآباء إلى النسل، وأثبت عمل العلماء الآخرين في مطلع القرن العشرين ، بما في ذلك ثيودور بوفيري ، ووالتر سوتون ، وتوماس هانت مورغان ، أن عوامل مندل الوراثية كانت على الأرجح ترجع إلى الكروموسومات، واعتقد العلماء في البداية أن البروتينات ، التي توجد في الكروموسومات مع الحمض النووي ، سوف تتحول إلى مادة جينية مطلوبة، ومن المعروف أن البروتينات لديها تسلسل الأحماض الأمينية المتنوعة ، في حين كان يعتقد أن الحمض النووي أن يكون بوليمر ممل، ويرجع ذلك في جزء منه إلى نموذج غير صحيح لهيكله وتكوينه .
اليوم ، نحن نعلم أن الحمض النووي ليس متكرراً في الواقع، ويمكن أن يحمل كميات كبيرة من المعلومات، لكن كيف أدرك العلماء لأول مرة أن الحمض النووي “الممل” قد يكون في الواقع مادة جينية؟
1- فريدريك جريفيث والتحول البكتيري
في عام 1928 ، أجرى عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث سلسلة من التجارب باستخدام بكتيريا Streptococcus pneumoniae والفئران، ولم يحاول غريفيث تحديد المادة الوراثية ، بل محاولة تطوير لقاح ضد الالتهاب الرئوي، وفي تجاربه ، استخدم جريفيث سلالتين متصلتين من البكتيريا ، المعروفة باسم R و S ، وقد شكلت بكتيريا R مستعمرات ، أو كتل من البكتيريا ذات الصلة ، التي لها حواف محددة بوضوح ومظهر خشن، ومن هنا كانت بكتيريا R غير مؤذية ، مما يعني أنها لم تسبب المرض عند حقنها في الفأر .
وقد شكلت البكتريا S مستعمرات كانت مدورة وناعمة، ومن هنا نستطيع القول أن المظهر السلس كان ناتجًا عن طبقة من السكريات تنتجها البكتيريا، وتحمي هذه الطبقة البكتيريا من جهاز المناعة في الفئران، مما يجعلها ضارة (قادرة على التسبب في المرض)، والفئران التي حقنت بهذه البكتيريا الحية طورت الالتهاب الرئوي وتوفيت، وكجزء من تجاربه ، حاول جريفيث حقن الفئران ببكتيريا S بواسطة الحرارة ، أي بكتيريا S التي تم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ، مما تسبب في موت الخلايا، وكان من المستغرب حينها أن تسبب بكتيريا S التي قتلت بالحرارة المرض في الفئران .
وقد أخذت التجارب منحنى غير متوقع، فعندما تم الجمع بين البكتيريا R غير مؤذية مع البكتيريا S التي قتلت بالحرارة وأصبحت غير مؤذية وحقن الفأر بها، لم يكتف الفأر بتطور pnenumonia والموت ، ولكن عندما تم أخذ عينة دم من الفأر الميت ، وجد أنه يحتوي على بكتيريا S حية .
2- مبدأ التحويل
في عام 1944 ، شرع ثلاثة باحثين كنديين وأمريكيين ، هم أوزوالد أفيري ، وماكلين مكارتي ، وكولين ماكلويد ، في تحديد “مبدأ التحويل” الذي وضعه جريفيث، للقيام بذلك ، ومن خلال سلسلة طويلة من الخطوات البيوكيميائية (التي تم تحديدها عن طريق التجارب الدقيقة) ، تنقى تدريجيا مبدأ التحويل عن طريق غسل المكونات الخلوية الأخرى أو فصلها أو تدميرها بطريقة إنزيمية، وبهذه الطريقة ، تمكنوا من الحصول على مقادير صغيرة من مبدأ التحويل عالي النقاء ، والذي يمكنهم تحليله من خلال اختبارات أخرى لتحديد هويته .
3- إنهاء الجدل حول الحمض النووي
وبسبب هذا، استمر الجدل حول دور الحمض النووي حتى عام 1952 ، عندما استخدم ألفريد هيرشي ومارثا تشيس نهجا مختلفا لتحديد هوية الحمض النووي بشكل قاطع باعتباره المادة الوراثية .
كانت تجارب هيرشي-تشايس سلسلة من التجارب التي أجريت في عام 1952، بواسطة ألفريد هيرشي ومارثا تشايس التي ساعدت في تأكيد أن الحمض النووي هو مادة وراثية، وفي حين كان علماء البيولوجيا معروفين لعلماء الأحياء منذ عام 1869 ، لا يزال العديد من العلماء يفترضوا في ذلك الوقت أن البروتينات تحمل معلومات عن الوراثة، لأن الحمض النووي يبدو أنه جزيء خامل ، وحيث إنه يقع في النواة ، فقد كان دوره يعتبر مهم لتخزين الفوسفور .
وفي تجاربهم ، أظهر هيرشي و تشايس أنه عندما تصاب البكتيريا ، التي تتكون من الحمض النووي والبروتين ، ببكتيريا أخرى ، يدخل حمضها النووي الخلية البكتيرية المستضيفة ، على الرغم من أن النتائج لم تكن حاسمة ، وكان هيرشي وتشايس حذرين في تفسيرها ، إلا أن الاكتشافات السابقة والمعاصرة واللاحقة ساعدت جميعها على إثبات أن الحمض النووي هو مادة وراثية، وتقاسم هيرشي جائزة نوبل عام 1969 في علم وظائف الأعضاء أو الطب مع ماكس ديلبروك وسلفادور لوريا عن “اكتشافاتهما المتعلقة بالبنية الوراثية للفيروسات” .
الحمض النووي ” DNA ” والوراثة
أدى فهمنا الحديث لدور الحمض النووي في الوراثة إلى مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية ، بما في ذلك تحليل الطب الشرعي واختبار الأبوة والفحص الجيني، وبفضل هذه الاستخدامات واسعة النطاق ، أصبح لدى العديد من الأشخاص اليوم على الأقل وعي أساسي بالحمض النووي، وقد يكون من المفاجئ إذن أن ندرك أنه حتى قبل أقل من قرن من الزمان ، لم يعلم حتى أفضل أفراد المجتمع العلمي أن الحمض النووي هو المادة الوراثية، وفي هذه المقالة ، سنلقي نظرة على بعض التجارب الكلاسيكية التي أدت إلى تحديد الحمض النووي باعتباره الناقل للمعلومات الجينية .
البروتين والحمض النووي
أظهر عمل غريغور مندل أن السمات (مثل ألوان الزهور في نباتات البازلاء) لم تكن موروثة مباشرة ، بل تم تحديدها بواسطة جينات تم نقلها من الآباء إلى النسل، وأثبت عمل العلماء الآخرين في مطلع القرن العشرين ، بما في ذلك ثيودور بوفيري ، ووالتر سوتون ، وتوماس هانت مورغان ، أن عوامل مندل الوراثية كانت على الأرجح ترجع إلى الكروموسومات، واعتقد العلماء في البداية أن البروتينات ، التي توجد في الكروموسومات مع الحمض النووي ، سوف تتحول إلى مادة جينية مطلوبة، ومن المعروف أن البروتينات لديها تسلسل الأحماض الأمينية المتنوعة ، في حين كان يعتقد أن الحمض النووي أن يكون بوليمر ممل، ويرجع ذلك في جزء منه إلى نموذج غير صحيح لهيكله وتكوينه .
اليوم ، نحن نعلم أن الحمض النووي ليس متكرراً في الواقع، ويمكن أن يحمل كميات كبيرة من المعلومات، لكن كيف أدرك العلماء لأول مرة أن الحمض النووي “الممل” قد يكون في الواقع مادة جينية؟
1- فريدريك جريفيث والتحول البكتيري
في عام 1928 ، أجرى عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث سلسلة من التجارب باستخدام بكتيريا Streptococcus pneumoniae والفئران، ولم يحاول غريفيث تحديد المادة الوراثية ، بل محاولة تطوير لقاح ضد الالتهاب الرئوي، وفي تجاربه ، استخدم جريفيث سلالتين متصلتين من البكتيريا ، المعروفة باسم R و S ، وقد شكلت بكتيريا R مستعمرات ، أو كتل من البكتيريا ذات الصلة ، التي لها حواف محددة بوضوح ومظهر خشن، ومن هنا كانت بكتيريا R غير مؤذية ، مما يعني أنها لم تسبب المرض عند حقنها في الفأر .
وقد شكلت البكتريا S مستعمرات كانت مدورة وناعمة، ومن هنا نستطيع القول أن المظهر السلس كان ناتجًا عن طبقة من السكريات تنتجها البكتيريا، وتحمي هذه الطبقة البكتيريا من جهاز المناعة في الفئران، مما يجعلها ضارة (قادرة على التسبب في المرض)، والفئران التي حقنت بهذه البكتيريا الحية طورت الالتهاب الرئوي وتوفيت، وكجزء من تجاربه ، حاول جريفيث حقن الفئران ببكتيريا S بواسطة الحرارة ، أي بكتيريا S التي تم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ، مما تسبب في موت الخلايا، وكان من المستغرب حينها أن تسبب بكتيريا S التي قتلت بالحرارة المرض في الفئران .
وقد أخذت التجارب منحنى غير متوقع، فعندما تم الجمع بين البكتيريا R غير مؤذية مع البكتيريا S التي قتلت بالحرارة وأصبحت غير مؤذية وحقن الفأر بها، لم يكتف الفأر بتطور pnenumonia والموت ، ولكن عندما تم أخذ عينة دم من الفأر الميت ، وجد أنه يحتوي على بكتيريا S حية .
2- مبدأ التحويل
في عام 1944 ، شرع ثلاثة باحثين كنديين وأمريكيين ، هم أوزوالد أفيري ، وماكلين مكارتي ، وكولين ماكلويد ، في تحديد “مبدأ التحويل” الذي وضعه جريفيث، للقيام بذلك ، ومن خلال سلسلة طويلة من الخطوات البيوكيميائية (التي تم تحديدها عن طريق التجارب الدقيقة) ، تنقى تدريجيا مبدأ التحويل عن طريق غسل المكونات الخلوية الأخرى أو فصلها أو تدميرها بطريقة إنزيمية، وبهذه الطريقة ، تمكنوا من الحصول على مقادير صغيرة من مبدأ التحويل عالي النقاء ، والذي يمكنهم تحليله من خلال اختبارات أخرى لتحديد هويته .
3- إنهاء الجدل حول الحمض النووي
وبسبب هذا، استمر الجدل حول دور الحمض النووي حتى عام 1952 ، عندما استخدم ألفريد هيرشي ومارثا تشيس نهجا مختلفا لتحديد هوية الحمض النووي بشكل قاطع باعتباره المادة الوراثية .
كانت تجارب هيرشي-تشايس سلسلة من التجارب التي أجريت في عام 1952، بواسطة ألفريد هيرشي ومارثا تشايس التي ساعدت في تأكيد أن الحمض النووي هو مادة وراثية، وفي حين كان علماء البيولوجيا معروفين لعلماء الأحياء منذ عام 1869 ، لا يزال العديد من العلماء يفترضوا في ذلك الوقت أن البروتينات تحمل معلومات عن الوراثة، لأن الحمض النووي يبدو أنه جزيء خامل ، وحيث إنه يقع في النواة ، فقد كان دوره يعتبر مهم لتخزين الفوسفور .
وفي تجاربهم ، أظهر هيرشي و تشايس أنه عندما تصاب البكتيريا ، التي تتكون من الحمض النووي والبروتين ، ببكتيريا أخرى ، يدخل حمضها النووي الخلية البكتيرية المستضيفة ، على الرغم من أن النتائج لم تكن حاسمة ، وكان هيرشي وتشايس حذرين في تفسيرها ، إلا أن الاكتشافات السابقة والمعاصرة واللاحقة ساعدت جميعها على إثبات أن الحمض النووي هو مادة وراثية، وتقاسم هيرشي جائزة نوبل عام 1969 في علم وظائف الأعضاء أو الطب مع ماكس ديلبروك وسلفادور لوريا عن “اكتشافاتهما المتعلقة بالبنية الوراثية للفيروسات” .
