Esperimenti di genetica

Esperimento di trasformazione di Griffith (1928)

Introduzione

Griffith sta cercando un vaccino per la polmonite facendo esperimenti col batterio che porta alla polmonite, ovvero lo pneumococco. Usa dei ceppi di pneumococco patogeno sui topi. L’organismo modello è lo pneumococco: studia come cambiano le caratteristiche degli pneumococchi da una generazione all’altra. Come si trasmettono le caratteristiche ereditarie degli pneumococchi. La variabilità in questo caso è la capacità di infettare (e uccidere) il topo in cui gli pneumococchi sono stati iniettati.

Materiali e metodi

Utilizza due ceppi di pneumococchi: uno S (colonie lisce) e uno R (colonie rugose). I pneumococchi S sono dotati di una capsula che li protegge dal sistema immunitario del topo. La procedura sperimentale è quella di iniettare i diversi ceppi nei topi e osservare le conseguenze (se nei polmoni ci sono o meno gli pneumococchi).

Risultati

I risultati che ottiene dai primi tre esperimenti sono: il ceppo R non è patogeno, il ceppo S è patogeno e i batteri di ceppo S, se portati a una temperatura di 60 gradi, non sono infettivi (muoiono). Nel quarto esperimento mischia pneumococchi R vivi e pneumococchi S morti: i topi decedono e nei polmoni si osservano batteri di ceppo S virulenti.

Interpretazione

Nel quarto esperimento i pneumococchi di tipo S virulenti devono derivare per forza dagli pneumococchi di tipo R (quelli S erano stati uccisi); evidentemente negli pneumococchi di tipo R qualcosa è cambiato nel materiale ereditario. Questo qualcosa evidentemente è sopravvissuto ai 60 gradi e dagli pneumococchi S è passato a quelli R. Griffith si ferma qui: non sa che a 60 gradi le proteine si denaturano e che quindi non possono essere state loro a trasformare i ceppi R in ceppi S. Dice che esiste un principio trasformante stabile a 60 gradi e responsabile dell’eredità dello pneumococco (non si sa se altri batteri abbiano lo stesso principio trasformante). Bisogna individuare questo principio trasformante e capire se si può generalizzare anche per altri batteri.

Esperimento di trasformazione di Avery, MacLeod e McCarthy (1942)

Introduzione

Qual è la natura chimica del principio trasformante di Griffith?

Materiali e metodi

L’esperimento non viene più fatto in vivo sui topi. L’organismo modello rimane lo pneumococco. Trattano delle colture cellulari di batteri di ceppo R con degli estratti che contengono diverse macromolecole. Osservano in che caso avviene la trasformazione in batteri virulenti di tipo S.

Risultati

La trasformazione si verifica quando nell’estratto c’è il DNA.

Interpretazione

La molecola dell’eredità (principio trasformante) del pneumococco è il DNA. Si può generalizzare questa affermazione?

Esperimento con batteriofagi di Hershey e Chase (1953)

Introduzione

Verificare se il DNA è il principio trasformante, ovvero la molecola dell’eredità, anche per altri organismi o solo per lo pneumococco.

Materiali e metodi

L’organismo modello è il batteriofago T2. Per avere variabilità creano due ceppi fagici: uno in cui marcano radioattivamente lo zolfo (e quindi le proteine) e uno in cui marcano radioattivamente il fosforo (e quindi il DNA). Per ottenere questi ceppi, fanno crescere i fagi su terreni con zolfo o fosforo marcato radioattivamente. Infettano E. Coli con entrambi i ceppi e omogeneizzano brevemente (tempo necessario affinché i fagi iniettano il loro DNA nei batteri ma insufficiente per la lisi batterica). Ciò che si osserva dopo la centrifuga sono i batteri infettati e le ombre fagiche.

Risultati

Nei batteri infettati con fosforo radioattivo (DNA) la radioattività si trova nell’ospite e viene trasmessa alla progenie fagica mentre nei batteri infettati con zolfo radioattivo (proteine) la radioattività si trova nelle ombre fagiche e non viene trasmessa alla progenie fagica.

Interpretazione

Anche per i batteriofagi la molecola dell’eredità è il DNA.

Esperimento col virus del mosaico del tabacco di Fraenkel-Conrat e Singer (1957)

Introduzione

Verificare se il DNA è il principio trasformante, ovvero la molecola dell’eredità, anche di altri organismi (già verificato che lo fosse per pneumococco e batteriofagi).

Metodi e materiali

L’organismo modello è il virus del mosaico del tabacco. La variabilità è nei due ceppi diversi (A e B) che infettano le foglie della pianta del tabacco in modo diverso. Dopo degradazione si è in grado di mescolare RNA e proteine: all’RNA del ceppo A vengono associate le proteine del ceppo B e viceversa. Dopodiché si infettano le piante con questi ibridi.

Risultati

Le piante infettate dal virus con RNA A e proteine B mostrano l’infezione tipica del ceppo A e la progenie virale ha RNA e proteina di tipo A; al contrario le piante infettate dal virus con RNA B e proteine A mostrano l’infezione tipica del ceppo B e la progenie virale ha RNA e proteina di tipo B.

Interpretazione

Anche per il virus del mosaico del tabacco la molecola dell’eredità è un acido nucleico (RNA). Possiamo quindi assumere che per tutti gli organismi il DNA (o l’RNA) è il principio trasformante.

Esperimento di Meselson e Stahl (1958)

Introduzione

Qual è il modello di replicazione del DNA? In particolare è semiconservativo, conservativo o dispersivo?

Materiali e metodi

L’organismo modello è E. Coli. Si lavora con colture di cellule E. Coli sincronizzate nella loro riproduzione. Prima sono fatte riprodurre in terreno con N pesante (¹⁵N) mentre i successivi cicli di riproduzione vengono fatti in un terreno con N leggero (¹⁴N).