18 maggio 2012

Cronistoria del DNA: 1944 Oswald Theodore Avery Colin MacLeod e Maclyn McCarty

L'esperimento di Frederick Griffith, che vi ho descritto nel post precedente, è fondamentale per comprendere gli studi successivi condotti nel 1944.
I protagonisti di questi esperimenti furono tre ricercatori americani: Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCart.
Oswald Theodore Avery (Halifax, 21 ottobre 1877 – Nashville, 2 febbraio 1955) è stato un medico canadese che ha lavorato come ricercatore nell'ospedale dell'Istituto Rockefeller a New York. Fonte: Wikipedia.
Il genetista canadese Colin Munro MacLeod  (Port Hastings, 28 gennaio 1909 – 11 febbraio 1972). Fonte: Wikipedia.
Il  genetista statunitense Maclyn McCarty (9 giugno 1911 – 2 gennaio 2005). Fonte: Wikipedia.

L'obiettivo dei loro esperimenti era quello di comprendere la natura del principio trasformante.

Nel 1944 era ormai chiaro che i cromosomi portavano il materiale genetico; si sapeva, inoltre, che i cromosomi erano nucleoproteine, ovvero molecole contenenti proteine e DNA. 
Secondo la maggior parte degli scienziati la componente fondamentale del materiale genetico, responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari, era costituita dalle proteine.
Le proteine sono polimeri composti da 20 monomeri: gli amminoacidi
Il DNA, invece, è un polimero costituito solo da 4 monomeri: deossiribonucleotidi
Secondo gli studiosi dell'epoca, i 20 amminoacidi erano un linguaggio più efficace per spiegare la grande variabilità genetica degli esseri viventi rispetto ai soli 4 nucleotidi!

Per capire gli esperimenti di Avery vi riporto l'immagine di Wikipedia che riassume gli studi di Griffith. Per la spiegazione vi rimando, invece, direttamente al post precedente.

            Immagine 1                         Immagine 2                       Immagine 3                         Immagine 4

Veniamo ora all'esperimento di Avery e dei suoi colleghi.
I tre ricercatori isolarono il materiale contenuto nei pneumococchi di tipo S patogeni, uccisi con il calore.
L'estratto cellulare così ottenuto conteneva diverse tipologie di sostanze chimiche: proteine, lipidi, polisaccaridi e acidi nucleici. Lo scopo del nuovo esperimento era comprendere quale di queste fosse effettivamente in grado di trasmettere i caratteri ereditari.

Per dimostrare che il DNA era effettivamente il principio trasformante, il gruppo di Avery approntò numerosi test biochimici: riuscirono a separare l'estratto cellulare nelle varie componenti chimiche al fine di testarle separatamente e comprendere quali fossero in grado di trasformare i batteri R non virulenti in batteri S virulenti. I risultati sono ben spiegati in questa simpatica immagine di wikipedia.

  • Isolarono le proteine dei pneumococchi virulenti uccisi al calore e le aggiunsero ai batteri R non virulenti. La cavia da esperimento sopravviveva: le proteine non erano in grado di trasformare i batteri R non virulenti in batteri S virulenti.
  • Isolarono i lipidi dei pneumococchi virulenti uccisi al calore e li aggiunsero ai batteri R non virulenti. La cavia da esperimento  sopravviveva: i lipidi non erano in grado di trasformare i batteri R non virulenti in batteri S virulenti.
  • Isolarono i polisaccaridi dei pneumococchi virulenti uccisi al calore e li aggiunsero ai batteri R non virulenti. La cavia da esperimento  sopravviveva: i polisaccaridi non erano in grado di trasformare i batteri R non virulenti in batteri S virulenti.
  • Isolarono gli acidi nucleici dei pneumococchi virulenti uccisi al calore e li aggiunsero ai batteri R non virulenti. La cavia da esperimento non  sopravviveva: gli acidi nucleici erano in grado di trasformare i batteri R non virulenti in batteri S virulenti. I batteri estratti dalla cavia erano, a loro volta, in grado di causare la morte di altri topolini. 
All'epoca erano già noti i due tipi di acido nucleico, il DNA e l'RNA: bisognava comprendere definitivamente quale dei due fosse dotato di potere trasformante.
Inoltre era indispensabile essere certi di aver eliminato ogni traccia di proteine; proprio per sciogliere ogni dubbio, i ricercatori trattarono i diversi estratti cellulari con enzimi specifici.
Questo permise di eliminare le proteine ed anche l'RNA.

L'enzima  ribonucleasi, infatti, è in grado di "digerire" l'RNA ma non il DNA o le proteine; gli enzimi proteolitici, invece, sono in grado di "digerire" le proteine ma non gli altri elementi chimici.
I preparati trattati con questi enzimi (e quindi privi di proteine e RNA) mantennero intatto il loro potere trasformante.

L'enzima desossiribonucleasi  è, infine, in grado di "digerire" il DNA.
I preparati, trattati con questo specifico enzima, perdevano il potere trasformante.


Gli scienziati conclusero che la trasformazione dei batteri R in batteri S avveniva solo in presenza del DNA.


Gli esperimenti di Avery furono fondamentali per comprendere la natura del principio trasformante: il DNA era il depositario dell'informazione genetica. Tuttavia non tutta la comunità scientifica accettò questi risultati: era difficile comprendere come la natura potesse avvalersi di un alfabeto semplicissimo, formato solo da 4 lettere, per scrivere il linguaggio della vita.

Definitivo fu l'esperimento del 1952 ma ve ne parlerò nel prossimo post.

Questo post partecipa al Carnevale della Chimica che sarà ospitato da Leonardo Petrillo su blog Scienza e Musica;  il tema è Storia, storie e personaggi della Chimica.

Tania Tanfoglio

Bibliografia
Lehninger, Biochemistry, 4rd




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