Трансформація і трансформаційне початок
Повернемося ще раз до явища трансформації, з якої ми вже познайомилися в попередньому розділі. Ми бачили, що колонії пневмококів схильні до дисоціації, яка проявляється в зміні їх властивостей. Клітини пневмококів форми S дуже вірулентніші (викликають типову форму запалення легенів). Вони утворюють слизисті капсули, які зазвичай прикривають пари клітин. Ці капсули складаються зі складного полісахариду. Навпаки, пневмококи форми R, що утворилися в результаті дисоціації форми S, що не вірулентніші, не утворюють капсул і не розташовуються парами. Ці відмінності виявляються під час дослідів на тваринах (визначення вірулентності), микроскопирования (по присутності парнорасположенних клітин з капсулами) та культивування на живильному середовищі - агарі (за формою і кольором колоній).
Пневмококки доставили раніше багато занепокоєнь медикам, оскільки лікарі ще не мали пеніциліном та іншими сучасними засобами боротьби із запаленням легенів. У 1928 році англійський бактеріолог Ф. Гріффіт відкрив явище трансформації у цих мікроорганізмів. Гріффіт відчував вплив невірулентних R-пневмококів на піддослідних мишей. Він прищепив їм мільйони клітин типу R, і миші загинули. Досліджуючи органи загиблих мишей в пошуках цих бактерій, вчений зіткнувся з несподіваним фактом: замість позбавлених капсули пневмококів типу R там були виключно мали капсули вірулентні пневмококи типу S.
Гріффіт припустив, що частина клітин, гинучи, виділяє якусь речовину, яке змушує залишилися в живих клітини R утворювати капсули. Це припущення він вирішив перевірити наступними дослідами. В організм миші вносилося невелика кількість R-клітин разом з численними, але убитого високою температурою S-клітинами. Клітини S належали до так званого типу I. Пізніше, як і очікував Гріффіт, з мишей були виділені живі S-клітини. У другому досвіді він використовував живі R-клітини типу I і умертвіння S-клітини типу II. У цьому випадку він отримав з мишей живі S-клітини типу II. Напрошувалося єдино можливе пояснення: щось з вбитих S-клітин типу II перетворило (трансформувало) їх родичів - позбавлені капсули R-клітини типу I - в вірулентні S-клітини, здатні утворювати капсули типу II. Чим же було це "щось", що викликало трансформацію? Гріффіт назвав його трансформирующим початком.
Схема трансформації пневмококів R-форми в S-форму за допомогою ДНК, виділеної з клітин S і перенесеної до клітин R
Це "щось", що володіє здатністю активного дії, привернуло увагу дослідників, і не дивно, що К. Т. Ейвері зі своїми колегами з Рокфеллерівського університету спробував розкрити його сутність. У 1944 році вчені з достовірністю довели, що трансформирующим початком була ДНК з S-клітин. Читачеві, вже чимало який дізнався про генетичну ролі ДНК, такий результат представляється досить очевидним. Але ті, хто вперше з ним зіткнувся, були в менш вигідному становищі.
Першим завданням дослідників було виростити достатню кількість клітин вірулентних пневмококів, щоб отримати з них трансформує початок. Після їх умертвіння і руйнування за допомогою дезоксихолат натрію (речовини, що міститься в жовчі) вони отримали близько 1 мг чистої ДНК з 30 мільярдів клітин. Якщо впливати цією речовиною на R-клітини, то в їх потомстві 1% клітин починає утворювати капсули, і це властивість спадково передається з покоління в покоління. Трансформація, таким чином, викликалася за допомогою ДНК з вірулентних пневмококів. Це дозволило дослідникам зробити висновок, що ДНК є трансформирующим початком.
Далі були підтвердження з багатьох мікробіологічних лабораторій світу, де також вдалося провести трансформацію бактерій, але вже інших, зокрема кишкової палички Escherichia coli. Трансформирующим початком у всіх випадках була ДНК.
Однак, пневмококи в цьому відношенні займали, як виявилося, особливе становище, оскільки у них вдалося трансформувати більше 25 спадкових ознак, серед яких була здатність до утворення капсул з полісахаридів, а також до створення особливих типів колоній і стійкість до лікарських препаратів. При трансформації зазвичай переноситься лише один з успадкованих ознак навіть у тому випадку, якщо використовується ДНК з пневмококів, що володіють двома або трьома відмінними ознаками. Якщо, наприклад, на 1 000 000 клітин пневмокока форми R діяти десятимільйонна частиною грама ДНК з пневмокока форми S, стійкої до пеніциліну і стрептоміцину, то трансформується лише 50 000 клітин. З них приблизно: 49 000 отримають одне з переносите властивостей (здатність утворювати капсули або стійкість до певного ліків), близько 800 клітин придбають два нових властивості і тільки 4 клітини отримають всі три нові ознаки: здатність до утворення капсул, стійкість до пеніциліну і стійкість до стрептоміцину .
ДНК при трансформації нерідко передає і такі властивості, які довгий Тягар можуть залишатися прихованими і проявляються лише при особливих обставинах. Так, наприклад, трансформацією пояснюється передача здатності до створення ферменту, що викликає окислення маніту (речовини, близького до цукру манозу). Цей фермент проявиться лише в тому випадку, якщо ми будемо вирощувати пневмококи на живильному середовищі, де єдиним джерелом вуглецю буде маннит. Трансформовані пневмококи почнуть окисляти маннит і використовувати його як джерело вуглецю та енергії, тоді як їх нетрансформованих "рідня" в цьому середовищі не буде рости і розмножуватися.
Цікаво, що одного разу трансформовані бактерії не втрачають надалі здатності до нової трансформації, особливо до такої, яка відбувається за допомогою ДНК, яка має багатьма закодованими властивостями.