Esperimenti di genetica

Interpretazione: Alla tripletta UUU corrisponde l'amminoacido fenilalanina, alla tripletta AAA corrisponde la lisina, alla tripletta GGG corrisponde la glicina e alla tripletta CCC corrisponde la prolina.

ESPERIMENTO DI KHORANA (1962)

Introduzione: Com'è fatto il codice genetico? Essendoci 4 nucleotidi nell'RNA e 20 amminoacidi nelle proteine, serve un codice genetico dove minimo 3 nucleotidi codificano per 1 amminoacido. È necessario quindi capire quali triplette codificano per uno specifico amminoacido.

Materiali e metodi: Analisi di mRNA sintetici formati dall'incorporazione casuale di due basi diverse (copolimeri casuali) con il sistema di sintesi proteica cell-free.

Essendo copolimeri casuali formati da due basi (es. U e G) possiamo avere 8 diversi codoni: UUU, UUG, UGG, GGG, GGU, GUU, UGU e GUG. La proporzione di ciascuno dipenderà dal rapporto G verso U utilizzato per produrre il polimero (es. ¾ U e ¼ G).

Confronto

Le probabilità attese delle varie triplette con le proporzioni di amminoacidi osservate nei peptidi.

Risultati: Le proporzioni dei vari amminoacidi incorporati nei polipetidi prodotti dipendevano dal rapporto U/G usato per produrre mRNA.

Interpretazione: Queste osservazioni furono sfruttate per dedurne delle informazioni circa i codoni che specificavano per i vari amminoacidi.

ESPERIMENTO DI NIRENBERG E LEDER (1965)

Introduzione: Decifrare il codice genetico

Materiali e metodi: Utilizza mini-mRNA (singole triplette), tRNA carichi con amminoacidi marcati radioattivamente, ribosomi e filtri (che bloccano i ribosomi ma non i singoli tRNA carichi).

Risultati: Quando il tRNA è carico con l'amminoacido corrispondente alla tripletta, si forma un complesso tra ribosoma, mRNA e tRNA che non passa attraverso il filtro. Dunque la radioattività è visibile nel filtro.

Quando invece il tRNA è carico con un amminoacido non corrispondente alla tripletta, non si forma un complesso.

Il ribosoma viene fermato dal filtro mentre il tRNA e l'mRNA no. Dunque la radioattività non è visibile nel filtro.

Interpretazione: Questo esperimento ha permesso di capire la relazione tra molte triplette e amminoacidi, risolvendo anche le ambiguità del codice genetico.

ESPERIMENTO DI LURIA E DELBRUCK (1943): il test di fluttuazione

Introduzione: Da dove viene la variabilità? Che relazione c'è tra variabilità e mutazione? La mutazione è diretta (post-adattativa, Lamarck) o è spontanea (pre-adattativa, Darwin)?

Materiali e metodi: L'organismo modello è E. Coli; la variabilità deriva dal fatto che alcune colonie sono resistenti al batteriofago T2 mentre altre sono sensibili.

Se la mutazione è diretta (post-adattativa) allora i mutanti insorgono tutti dopo l'esposizione al fago; se la mutazione è spontanea la resistenza al fago si sviluppa in momenti diversi (anche prima).

dell’esposizione al fago).

Risultati: Nelle diverse piastre osserviamo un diverso numero di mutanti.

Interpretazione: I risultati sono coerenti con la teoria di Darwin della mutazione spontanea: il fatto che la mutazioni non avvengano nello stesso momento (ovvero quando viene introdotto il fago) garantisce una variabilità maggiore.

ESPERIMENTO DI JOSHUA E ESTHER LEDERBERG (1952): il replica plating e la resistenza al fago T2

Introduzione: La mutazione è diretta o spontanea?

Materiali e metodi: Per questo esperimento viene usata la tecnica del replica plating: un tampone sterile di vellute che, se premuto su una piastra madre seminata, permette di disseminare su una piastra diversa le cellule nella stessa posizione. Permette dunque di creare delle repliche della coltura iniziale variando però le condizioni del terreno. La piastra di partenza contiene batteri mai esposti al fago. Ogni giorno vengono fatti dei tamponi e seminati su terreni contenenti il fago.

Risultati: Nei

Tamponi del primo giorno crescono le stesse colonie (stesso punto). Nei tamponi dei giorni successivi crescono le stesse colonie (stessi punti) più altre nuove colonie.

Interpretazione: La resistenza è pre-esistente all'esposizione poiché già presente nella piastra di partenza. L'esposizione al fattore selettivo permette solo di evidenziare, non di generare, la resistenza.

TEST DI AMES

Molte sostanze non sono mutagene di per sé, ma vengono convertite in mutageni dall'azione di enzimi epatici. Quando convertite in mutageni chimici hanno la capacità di indurre delle retromutazioni. Il test si basa su questa capacità per identificare i nuovi mutageni.

Materiali e metodi: Unisco un ceppo batterico auxotrofo (his-) patogeno per il topo con l'estratto epatico di topo. Piastro su un terreno privo di istidina. Aggiungo sul filtro poi la sostanza chimica in esame, metto in incubazione la piastra e osservo cosa è successo.

Risultati:

Possibile che avvenga il crossing over in mitosi?

Materiali e metodi: Nel cromosoma X di Drosophila ci sono due geni: gene per colore del pelo, con alleli Y+ per marrone e y per il giallo, e gene della lunghezza del pelo, con alleli sn+ per pelo lungo e sn per pelo giallo.

Risultati: In alcune femmine doppie eterozigoti (y+ sn/ y sn+) compaiono delle macchie gialle affiancate da macchie di pelo corto; la comparsa di queste macchie gemelle esclude un semplice caso di mutazioni simultanee su due geni dello stesso cromosoma.

Interpretazione: Sono dovute a un raro caso di crossing over mitotici. Questi scambi in molti casi non hanno effetto fenotipico; possono averlo quando portano in omozigosi dei geni recessivi. In quelle cellule allora il fenotipo è determinato dagli alleli recessivi (yy nelle cellule della macchia gialla e snsn nelle cellule della macchia a pelo corto).

ESPERIMENTO DI LEDERBERG E TATUM (1946)

Introduzione: Dimostrare la ricombinazione in E. Coli

Materiali e metodi:

L'organismo modello è E.Coli; la variabilità è nei due ceppi auxotrofi A e B. Il ceppo A è met- bio- mentre il ceppo B è thr- leu- e thi-. Misceliamo i due ceppi insieme e li seminiamo su terreno minimo.

Risultati: Sul terreno minimo crescono delle colonie prototrofiche met+ bio+ thr+ leu+ e thi+.

Interpretazione: Il fenomeno di mutazione è insufficiente per spiegare i risultati. L'unica spiegazione è che sia avvenuta ricombinazione genica tra i due ceppi; in particolare si tratta di coniugazione.

Lederberg e Tatum escludono la trasformazione poiché questa prevede solo un trasferimento di DNA mentre la coniugazione prevede un vero e proprio contatto fra le cellule. Per escludere la trasformazione metto i due ceppi all'interno di un tubo, separati da un filtro poroso. Il filtro non lascia passare le cellule batteriche ma lascia passare il DNA. Non si osservano batteri prototrofi dunque non è avvenuta.

ESPERIMENTO DI BURI (1956)

Introduzione: Come agisce la deriva genetica?

Materiali e metodi: L'organismo modello è la Drosophila. In particolare viene considerato il carattere monogenico mendeliano del colore degli occhi (su un gene autosomico). Il gene ha due alleli, bw e bw75, e tre fenotipi possibili: bw bw occhi bianchi, bw75 bw occhi arancio e bw75 bw75 occhi rossi. Vengono prese in esame 109 popolazioni, tutte formate da 8 maschi e 8 femmine. Inizialmente tutti gli individui sono eterozigoti (bw75 bw, occhi arancio).

Risultati: Alla generazione 0 tutte le popolazioni sono al massimo della variabilità (tutti eterozigoti). Già alla generazione 19 ci sono popolazioni con bassa variabilità e popolazioni senza variabilità (dove si è fissato o l'allele bw o l'allele bw75).

Interpretazione: La deriva genetica diminuisce la variabilità genetica all'interno di una popolazione. Inoltre aumenta la divergenza fra le

varie popolazioni.En