دانشمندان در ابتدا تصور ميكردند كه ساختار DNA به علت سادگي بسيار، براي انتقال اطلاعات وراثتي مناسب نيست.
تا نيمه ي اول قرن ۲۰ ام، دانشمندان عقيده داشتند كه پروتئين هاي موجود در كروموزوم ها وظيفه ي انتقال اطلاعات وراثتي از نسلي به نسل ديگر را برعهده دارند. در نظر آنها ساختار ساده ي DNA نميتوانست مسئوليت خطير وراثت را برعهده بگيرد و تنوع و شايستگي پروتئين ها براي اين وظيفه بسيار بيشتر بود!
درصورتي كه مجموعه آزمايش هايي كه در طول زمان توسط گروه هاي مختلف دانشمندان به انجام رسيد، مشخص كرد كه برخلاف تصور پيشينيان، DNA مسئوليت انتقال اطلاعات وراثتي را برعهده دارد نه پروتئين.
آزمايش آوري-ماكلود-مك كارتي
در سال ۱۹۴۴، سه دانشمند به نام هاي اسوالد آوري، كولين مك لود و ماكلين مك كارتي با تحقيق بر روي باكتري مولد ذات الريه به نام “استرپتوكوك نومونيا” به نشان دادن نقش DNA در انتقال اطلاعات ژنتيكي كمك كردند.
دانشمندي به نام فردريك گريفيت موفق به كشف اصل تغييرشكل در باكتري ها شده بود.
درواقع، تحقيق انجام گرفته توسط اين گروه، در ادامه ي كار دانشمندي به نام گريفيت بود كه اصل تغييرشكل در باكتري ها را كشف كرده بود.
فردريك به مطالعه و بررسي دو گونه ي مختلف از باكتري استرپتوكوك نومونيا پرداخته بود: گونه ي S كه داراي ديواره هاي صاف بود و داراي خاصيت كشندگي به هنگام تزريق به موش ها بود و گونه ي R كه در هنگام تزريق به موش داراي خاصيت كشندگي نبود.صافي سطح گونه ي S به دليل دارا بودن ديواره اي از جنس قند بود كه موجب محافظت باكتري در برابر سيستم ايمني موش ميشد در حالي كه گونه ي R فاقد اين پوشش و در نتيجه محافظت در برابر سيستم ايمني موش بود.
فردريك مجموعه از آزمايش ها را به منظور كشف بيشتر درباره ي اين دو گونه انجام داد:
- او ابتدا باكتري هاي نوع S را با گرما كشته و به موش ها تزريق كرد. موش ها زنده ماندند.
- او سپس، باكتري هاي نوع S كشته شده با گرما را همراه با باكتري هاي زنده ي نوع R به موش تزريق كرد و مشاهده كرد كه موش ها مردند.
- او پس از بررسي نمونه ي خون اين موش ها، به نتيجه ي عجيبي دست يافت و تعدادي باكتري گونه ي s زنده را در خون اين موش ها مشاهده كرد. به نظر ميرسيد به طريقي، باكتري هاي نوع R تبديل به باكتري هاي نوع S شده اند.
- او سپس به اين نتيجه رسيد كه پديده اي به نام اصل تغييرشكل موجب اين مشاهده شده است.
اما آنچه كه پس از اين آزمايش مشخص نشد، ماهيت مولكول القاكننده ي تغيير شكل بود كه موجب انجام تحقيقا بيشتر توسط تيم اسوالد آوري و همكارانش شد. در اين آزمايش، آنها از دترجان ها براي تخريب باكتري هاي نوع S كشته شده و جداسازي انواع مختلف مولكول ها از يكديگر (پروتئين، قند، RNA و DNA) استفاده نمودند.
آنها سپس اقدام به انهدام تك به تك انواع مولكول ها براي كشف مولكول عامل ترانسفورماسيون كردند و نتايج كارشان در سال ۱۹۴۴ منتشر شد.
- آنها ابتدا باكتري نوع S كشته شده را با آنزيم تجزيه كننده ي پوشش قندي محافظ آن تركيب كردند. سپس باكتري هاي S بدون پوشش را با باكتري هاي R تركيب كرده و مشاهده نمودند كه پديده ي ترانسفورماسيون همچنان رخ ميدهد و بدين گونه نتيجه گرفتند كه پوشش قندي، عامل بروز ترانسفورماسيون نميباشد.
- در مرحله ي بعد از آنزيم تجزيه كننده ي پروتئين استفاده كرده و مشاهده نموندن كه ترانسفورماسيون همچنان در حال وقوع است. بدينگونه دخيل نبودن پروتئين نيز در امر تغييرشكل به اثبات رسيد.
- آنها سپس با استفاده از الكل دو نوع نوكلئيك اسيد موجود در سلول (DNA و RNA) را از هم جدا كردند و با استفاده از آنزيم آر اناز به تجزيه ي RNA پرداختند و پس از افزودن آن به باكتري هاي نوع R مشاهده كردند كه ترانسفورماسيون همچنان رخ ميدهد و بدين گونه RNA نيز نميتوانست مولكول دخيل در وراثت باشد.
- در نهايت، پس از تجزيه ي DNA و افزودن آن به باكتري هاي R مشاهده شد كه پديده ي ترانسفورماسيون رخ نميدهد و بدين گونه نتيجه گرفته شد كه مولكول اساسي در پديده ي ترانسفورماسيون بايد DNA باشد.
آزمايش هرشي چيس
نكته ي كليدي: ويروس T2 ميتواند باكتري اشريشيا كولي را آلوده كند. تنها راه تقسيم شدن و افزايش اين سلول از طريق آلوده كردن يك سلول زنده است.
تحقيقات انجام گرفته در سال ۱۹۵۲ توسط آلفرد هرشي و مرتا چيس به تصديق نتايج بدست آمده از آزمايش آوري، ماكلود و مك كارتي كمك كرد. آنها از ويروس T2 براي بررسي اينكه آيا اطلاعات ژنتيكي توسط مولكول DNA و يا پروتئين منتقل ميشوند استفاده كردند. اين ويروس با وجود تشكيل شدن از فقط يك قطعه DNA و تكه هايي از پروتئين، قادر به حمله كردن به باكتري ها براي ساختن نمونه هاي مشابه خود ميباشد. در نتيجه محققان ميدانستند كه دستورات لازم براي ساخت ويروس هاي جديد بايد توسط DNA و يا پروتئين انتقال يابد اما نميدانستند كه كدام يك از اين دو نوع مولكول مسئول اين عمل است.
هرشي و چيس با افزودن ماده ي نشاندار راديواكتيو برروي DNA ويروس T2 مشاهده كردند كه ويروس هاي توليد شده نيز داراي خاصيت راديوالكتيويته بودند؛ درحالي كه تكرار آزمايش براي مولكول پروتئين نشان دادكه ويروس هاي جديد ساخته شده از نوع راديواكتيو نبوده اند. در نتيجه آنها به اين نتيجه رسيدند كه مولكول DNA مسئول انتقال اطلاعات وراثتي براي ساخت ويروس هاي جديد است.
قوانين چارگف
اروين چارگف كمك بسياري به كشف ساختار سه بعدي DNA نمود.
نتايج تحقيقات انجام گرفته توسط دانشمندي استراليايي به نام اروين چارگف اطلاعات سودمندي درباره ي ساختار سه بعدي DNA در اختيار دانشمندان ديگر قرار داد.
چارگف به دنبال كشف اين موضوع كه چه تفاوتهاي اساسي ميان مولكول هاي DNA موجودات مختلف وجود دارد بود. و پس از انجام تحقيقاتي به دو نتيجه ي مهم دست يافت كه به عنوان قوانين چارگف شناخته ميشوند:
- در هر مولكول DNA، بسته به نوع ارگانيسم منشا، به طور معمول تعداد بازهاي آلي آدنين (A) با تعداد باز هاي آلي تيمين (T) و تعداد بازهاي آلي گوانين (G) نيز با تعداد بازهاي آلي سيتوزين (C) برابر است.
- تركيب DNA از قبيل تعداد انواع بازهاي آلي به كار رفته در ساختمان آن، در بين انواع گوناگون جانداران متفاوت است. همين امر موجب ميشود تا مولكول DNA براي انتقال اطلاعات بسيار باارزشمندتر و انعطاف پذير تر از پروتئين شود.
قوانين چارگف گامي اساسي براي فهم ساختار سه بعدي DNA به شمار ميآيد. او در سال ۱۹۵۲، در طي ملاقاتي با جيمز واتسون و فرانسيس كريك در دانشگاه كمبريج، يافته هاي خود را با آنان در ميان گذاشت و اين قوانين در كشف ساختار DNA توسط اين دانشمندان به آنان كمك كرد.
