تجربة هيرشي-تشيس

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

نظرة عامة على التجربة والملاحظات

تجارب هيرشي -تشيس ، والتي تسمى أيضًا تجربة الخلاط ، كانت سلسلة من التجارب التي أجراها ألفريد هيرشي ومارثا تشيس في عام 1952 [ 1 ] والتي ساعدت في تأكيد أن الحمض النووي هو مادة وراثية .

العالمان مارثا تشيس وألفريد هيرشي

على الرغم من أن الحمض النووي كان معروفًا لدى علماء الأحياء منذ عام 1869، [ 2 ] إلا أن العديد من العلماء كانوا لا يزالون يفترضون آنذاك أن البروتينات هي التي تحمل معلومات الوراثة، نظرًا لأن الحمض النووي بدا جزيئًا خاملًا، ولأنه يقع في النواة، فقد اعتُبرت وظيفته تخزين الفوسفور. في تجاربهم، أظهر هيرشي وتشيس أنه عندما تصيب العاثيات ، المكونة من الحمض النووي والبروتين، البكتيريا، فإن حمضها النووي يدخل الخلية البكتيرية المضيفة، لكن معظم بروتيناتها لا يدخل. وقد أثبتت اكتشافات هيرشي وتشيس والاكتشافات اللاحقة أن الحمض النووي هو المادة الوراثية.

تقاسم هيرشي جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء لعام 1969 مع ماكس ديلبروك وسلفادور لوريا لاكتشافاتهم المتعلقة بالبنية الجينية للفيروسات. [ 3 ]

الخلفية التاريخية

في أوائل القرن العشرين، اعتقد علماء الأحياء أن البروتينات تحمل المعلومات الوراثية. استند هذا الاعتقاد إلى فكرة أن البروتينات أكثر تعقيدًا من الحمض النووي (DNA). وقد دعمت فرضية "الرباعي النوكليوتيدات" المؤثرة لفيبوس ليفين ، والتي اقترحت خطأً أن الحمض النووي عبارة عن مجموعة متكررة من النوكليوتيدات المتطابقة ، هذا الاستنتاج. أشارت نتائج تجربة أفيري-ماكلويد-مكارتي ، التي نُشرت عام 1944، إلى أن الحمض النووي هو المادة الوراثية، ولكن ظل هناك بعض التردد داخل المجتمع العلمي العام لقبول ذلك، مما مهد الطريق لتجربة هيرشي-تشيس. [ 4 ]

أكد هيرشي وتشيس، إلى جانب آخرين ممن أجروا تجارب مماثلة، أن الحمض النووي (DNA) هو الجزيء الحيوي الذي يحمل المعلومات الوراثية. وقبل ذلك، أظهر أوزوالد أفيري وكولين ماكلويد وماكلين مكارتي أن الحمض النووي (DNA) يؤدي إلى تحول سلالة من بكتيريا المكورات الرئوية (Streptococcus pneumoniae) إلى سلالة أخرى. وقد قدمت نتائج هذه التجارب دليلاً على أن الحمض النووي (DNA) هو الجزيء الحيوي الذي يحمل المعلومات الوراثية. [ 5 ]

الأساليب والنتائج

نظرة عامة على بنية عاثية T2

كان على هيرشي وتشيس فحص أجزاء مختلفة من العاثيات التي كانا يدرسانها بشكل منفصل، لذا كان عليهما تمييز أقسام العاثيات الفرعية. ولأن الفيروسات تتكون من غلاف بروتيني وحمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، فقد اختارا وسم كل منها بنظير عنصري مختلف . سمح هذا بملاحظة كل منها وتحليلها على حدة. ولأن الفوسفور موجود في الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) وليس في الأحماض الأمينية، فقد استُخدم الفوسفور-32 المشع لوسم الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) الموجود في عاثية T2 . واستُخدم الكبريت-35 المشع لوسم الأجزاء البروتينية من عاثية T2، لأن الكبريت موجود في البروتين وليس في الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA). [ 6 ]

أدخل هيرشي وتشيس العناصر المشعة في العاثيات عن طريق إضافة النظائر إلى أوساط منفصلة، ​​حيث سُمح للبكتيريا بالنمو فيها لمدة أربع ساعات قبل إدخال العاثيات. وعندما أصابت العاثيات البكتيريا، احتوت النسل الناتج على النظائر المشعة في بنيتها. أُجريت هذه العملية مرة واحدة للعاثيات الموسومة بالكبريت ومرة ​​أخرى للعاثيات الموسومة بالفوسفور. ثم سُمح للنسل الموسوم بإصابة بكتيريا غير موسومة. بقيت أغلفة العاثيات على السطح الخارجي للبكتيريا، بينما دخلت المادة الوراثية. سمح تفتيت العاثيات عن البكتيريا بالتحريك في الخلاط متبوعًا بالطرد المركزي بفصل أغلفة العاثيات عن البكتيريا. ثم حُللت هذه البكتيريا لإطلاق نسل العاثيات. بقيت ذرية العاثيات الموسومة بالفوسفور المشع موسومة، بينما كانت ذرية العاثيات الموسومة بالكبريت المشع غير موسومة. وهكذا، ساعدت تجربة هيرشي-تشيس في تأكيد أن الحمض النووي، وليس البروتين، هو المادة الوراثية. [ 6 ]

أظهر هيرشي وتشيس أن إضافة إنزيم ديوكسي ريبونوكلياز (المعروف اختصارًا بـ DNase )، وهو إنزيم يُحلل الحمض النووي DNA، إلى محلول يحتوي على العاثيات الموسومة، لم تُضف أي نظير 32P إلى المحلول. أثبت هذا أن العاثية مقاومة للإنزيم وهي سليمة. بالإضافة إلى ذلك، تمكنا من إحداث انحلال بلازمي في العاثيات، مما أدى إلى صدمة أسموزية، نتج عنها محلول يحتوي على معظم نظير 32P ، ومحلول آخر أثقل يحتوي على تراكيب تُسمى "أشباحًا" تحتوي على نظير 35S والغلاف البروتيني للفيروس. وُجد أن هذه "الأشباح" قادرة على الالتصاق بالبكتيريا الحساسة لـ T2، على الرغم من أنها لا تحتوي على DNA، وإنما هي مجرد بقايا الكبسولة الفيروسية الأصلية. استنتجا أن البروتين يحمي DNA من إنزيم DNase، ولكن بمجرد فصلهما وتعطيل العاثية، يستطيع إنزيم DNase تحليل DNA العاثية. [ 1 ]

التجربة والاستنتاجات

تمكن هيرشي وتشيس أيضًا من إثبات أن الحمض النووي للفيروس العاثي يُدمج في البكتيريا بعد فترة وجيزة من التصاق الفيروس بمضيفه. وباستخدام خلاط عالي السرعة، استطاعا فصل العاثيات عن الخلايا البكتيرية بعد امتزازها . وأظهر عدم وجود الحمض النووي الموسوم بالفوسفور المشع 32P في المحلول بعد امتزاز العاثيات على البكتيريا أن الحمض النووي للعاثية قد انتقل إلى الخلية البكتيرية. كما أظهر وجود معظم الكبريت المشع 35S في المحلول أن الغلاف البروتيني الذي يحمي الحمض النووي قبل الامتزاز بقي خارج الخلية. [ 1 ]

استنتج هيرشي وتشيس أن الحمض النووي (DNA)، وليس البروتين، هو المادة الوراثية. وقد حددا أن غلافًا بروتينيًا واقيًا يتشكل حول العاثية، لكن الحمض النووي الداخلي هو ما يمنحها القدرة على إنتاج ذرية داخل البكتيريا. وأظهرا أن البروتين، أثناء النمو، لا يؤدي أي وظيفة، بينما يؤدي الحمض النووي بعض الوظائف. وقد استنتجا ذلك من كمية المادة المشعة المتبقية خارج الخلية. إذ لم يتبق سوى 20% من الفوسفور -32 خارج الخلية، مما يدل على أنه قد اندمج مع الحمض النووي في المادة الوراثية للخلية. بينما بقي كل الكبريت -35 الموجود في الأغلفة البروتينية خارج الخلية، مما يدل على أنه لم يندمج داخلها، وأن البروتين ليس المادة الوراثية. [ 1 ]

خلصت تجربة هيرشي وتشيس إلى أن كمية ضئيلة من المواد المحتوية على الكبريت دخلت الخلية البكتيرية. مع ذلك، لا يمكن استخلاص استنتاجات محددة بشأن ما إذا كانت مواد خالية من الكبريت تدخل الخلية البكتيرية بعد امتصاص العاثيات. كان من الضروري إجراء المزيد من الأبحاث للتأكد من أن الحمض النووي للعاثيات البكتيرية هو وحده الذي دخل الخلية، وليس مزيجًا من البروتين والحمض النووي حيث لا يحتوي البروتين على أي كبريت. [ 1 ]

مناقشة

تأكيد

خلص هيرشي وتشيس إلى أن البروتين ليس على الأرجح المادة الوراثية. ومع ذلك، لم يتوصلا إلى أي استنتاجات بشأن الوظيفة المحددة للحمض النووي (DNA) كمادة وراثية، واكتفيا بالقول إنه لا بد أن يكون له دور غير محدد. [ 1 ] [ 7 ]

جاء التأكيد والوضوح بعد عام، في عام 1953، عندما افترض جيمس د. واتسون وفرانسيس كريك ، في مقالتهما المنشورة بعنوان " البنية الجزيئية للأحماض النووية: بنية حمض الديوكسي ريبوز النووي "، بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي DNA، واقترحا آلية النسخ التي يعمل بها الحمض النووي كمادة وراثية. علاوة على ذلك، أشار واتسون وكريك إلى أن الحمض النووي DNA، المادة الوراثية، مسؤول عن تخليق آلاف البروتينات الموجودة في الخلايا. وقد استندا في هذا الاقتراح إلى التشابه البنيوي بين الجزيئين الكبيرين: فكل من البروتين والحمض النووي DNA عبارة عن تسلسلات خطية من المونومرات (الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات، على التوالي). [ 8 ]

تجارب أخرى

بعد نشر تجربة هيرشي-تشيس، أقرّ المجتمع العلمي عمومًا بأن الحمض النووي (DNA) هو المادة الوراثية. أدى هذا الاكتشاف إلى دراسة أكثر تفصيلًا للحمض النووي لتحديد تركيبه وبنيته ثلاثية الأبعاد. باستخدام تقنية علم البلورات بالأشعة السينية ، اكتشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك بنية الحمض النووي بالاستعانة بأدلة تجريبية موثقة سابقًا من قِبل موريس ويلكنز وروزاليند فرانكلين . [ 9 ] قادت معرفة بنية الحمض النووي العلماء إلى دراسة طبيعة الترميز الجيني، وبالتالي فهم عملية تخليق البروتين. اقترح جورج غاموف أن الشفرة الوراثية تتكون من تسلسلات من ثلاثة أزواج من قواعد الحمض النووي تُعرف باسم الثلاثيات أو الكودونات ، والتي تُمثل كل منها أحد الأحماض الأمينية العشرين. [ 10 ] ساعد الترميز الجيني الباحثين على فهم آلية التعبير الجيني ، وهي العملية التي تُستخدم فيها المعلومات من الجين في تخليق البروتين . ومنذ ذلك الحين، أُجريت أبحاث كثيرة لتعديل خطوات عملية التعبير الجيني. تشمل هذه الخطوات النسخ ، وتضفير الحمض النووي الريبوزي (RNA) ، والترجمة ، والتعديل ما بعد الترجمة ، والتي تُستخدم للتحكم في الطبيعة الكيميائية والبنيوية للبروتينات. [ 11 ] علاوة على ذلك، تُمكّن الهندسة الوراثية المهندسين من التلاعب المباشر بالمواد الوراثية للكائنات الحية باستخدام تقنيات الحمض النووي المؤتلف . وقد ابتكر بول بيرغ أول جزيء حمض نووي مؤتلف عام 1972 عندما دمج الحمض النووي لفيروس القرود SV40 مع الحمض النووي لفيروس لامدا . [ 12 ]

كثيراً ما استخدمت التجارب على المادة الوراثية خلال فترة تجربة هيرشي-تشيس العاثيات ككائنات نموذجية . وتُعدّ العاثيات مناسبةً لتجارب المادة الوراثية لأنها تُدمج مادتها الوراثية في المادة الوراثية للخلية المضيفة (مما يجعلها أدوات مفيدة)، وتتكاثر بسرعة، ويسهل على الباحثين جمعها. [ 7 ]

إرث

أثبتت تجربة هيرشي-تشيس، والتجارب السابقة لها، مثل تجربة أفيري-ماكلويد-مكارتي ، والتجارب اللاحقة، بشكل قاطع أن المعلومات الوراثية محمولة بواسطة الحمض النووي (DNA). ولهذا الاكتشاف تطبيقات عديدة في علم الأدلة الجنائية ، والتحقيقات الجنائية ، وعلم الأنساب . وقد وفر المعرفة الأساسية لتطبيقات أخرى في علم الأدلة الجنائية للحمض النووي، حيث تستخدم بصمة الحمض النووي بيانات مستمدة من الحمض النووي، وليس من مصادر البروتين، لاستنتاج التباين الجيني . [ 13 ]

مراجع

  1. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ هيرشي أ، تشيس م (١٩٥٢). "وظائف مستقلة للبروتين الفيروسي والحمض النووي في نمو العاثية" . مجلة علم وظائف الأعضاء العام . ٣٦ (١): ٣٩-٥٦ . doi : 10.1085/jgp.36.1.39 . PMC 2147348. PMID 12981234 .  
  2. ↑ داهام ر (يناير 2008). " اكتشاف الحمض النووي: فريدريش ميشر والسنوات الأولى لأبحاث الأحماض النووية". علم الوراثة البشرية . 122 (6): 565-81 . doi : 10.1007/s00439-007-0433-0 . PMID 17901982. S2CID 915930 .  
  3. ↑ «جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء لعام 1969» . مؤسسة نوبل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2011 .
  4. ↑ "تجارب هيرشي-تشيس (1952)، بقلم ألفريد هيرشي ومارثا تشيس | موسوعة مشروع الأجنة" . embryo.asu.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2024 .
  5. ↑ "عرض | حفظ" . keep.lib.asu.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2024 .
  6. 1 2 "تجربة هيرشي-تشيس" ، موسوعة علم الوراثة، وعلم الجينوم، وعلم البروتينات، والمعلوماتية ، دوردريخت: سبرينغر هولندا، 2008، ص 865، doi : 10.1007/978-1-4020-6754-9_7525 ، ISBN  978-1-4020-6753-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 ديسمبر 2022
  7. 1 2 أوكونور، كلير (2008). "عزل المادة الوراثية: فريدريك غريفيث، أوزوالد أفيري، ألفريد هيرشي، ومارثا تشيس" . منشور على موقع Nature Education . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مارس 2011 .
  8. ↑ بولينغ إل، كوري آر بي (فبراير 1953). "بنية مقترحة للأحماض النووية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 39 ( 2): 84-97 . Bibcode : 1953PNAS...39...84P . doi : 10.1073/pnas.39.2.84 . PMC 1063734. PMID 16578429 .  
  9. ↑ "روزاليند فرانكلين والحلزون المزدوج. فيزياء اليوم، مارس 2003" . فيزياء اليوم . تم الاطلاع عليه في 6 أبريل 2011 .
  10. ↑ كريك، فرانسيس (1988). "الفصل الثامن: الشفرة الوراثية" . يا له من سعي محموم: نظرة شخصية على الاكتشاف العلمي . نيويورك: بيسيك بوكس. ص 89-101 . ISBN  978-0-465-09138-6.
  11. ↑ بيرك، ف.، وكيت، ج. هـ. (يونيو 2007). "رؤى حول التخليق الحيوي للبروتين من خلال هياكل الريبوسومات البكتيرية". الرأي الحالي في البيولوجيا الهيكلية . 17 (3): 302-309 . doi : 10.1016/j.sbi.2007.05.009 . PMID 17574829 . 
  12. ↑ جاكسون، د. أ.، سيمونز، ر. هـ.، بيرغ، ب. (أكتوبر 1972). "طريقة كيميائية حيوية لإدخال معلومات وراثية جديدة في الحمض النووي لفيروس SV40: جزيئات دائرية من الحمض النووي SV40 تحتوي على جينات عاثية لامدا وأوبيرون الجالاكتوز من الإشريكية القولونية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 69 (10): 2904-2909 . Bibcode : 1972PNAS...69.2904J . doi : 10.1073/pnas.69.10.2904 . PMC 389671. PMID 4342968 .  
  13. ↑ جوبلينج ، إم. إيه.، وجيل، ب. (أكتوبر 2004). "الأدلة المشفرة: الحمض النووي في التحليل الجنائي" (ملف PDF) . مجلة نات. ريف. جينيت . 5 (10): 739-751 . doi : 10.1038/nrg1455 . PMID 15510165. S2CID 2236821 .