IV 1. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РОЛИ НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ

История изучения нуклеиновых кислот начинается с 1869 г., когда швейцарский химик Ф.Мишер обнаружил в клеточном ядре осо­бые вещества, обладающие свойствами кислот. Он дал им название нуклеиновых кислот (от лат. nukleus — ядро). Долгое время нуклеи­новые кислоты не привлекали внимания исследователей. И только после того как в опытах английского бактериолога Ф.Гриффита (1928) была продемонстрирована способность пневмококков к трансформации, было выдвинуто предположение о том, что «транс­формирующий агент», отождествляемый с «веществом наследствен­ности», находится в ядре. Суть эксперимента Гриффита заключа­лась в следующем. При введении мышам непатогенных штаммов пневмококков (рис. IV.1) животные не заболевали (Б). При введе­нии патогенных штаммов мыши гибли (А), однако при введении патогенных микробов, убитых нагреванием, мыши оставались здо­ровыми (В). Гриффит показал, что при одновременном введении.

Лживых непатогенных и убитых патогенных микробов мыши погибали (Г). Гриффит заключил, что живые микробы непатогенного штамма в присутствии клеток штамма патогенного приобретают наследственно закрепленные свойства патогенности (трансформируются). В последующем было доказано, что трансформация происходит не только в живом организме, но и in vitro, т. е. в пробирке. Следующее замечательное открытие принадлежит О. Звери, К. МакЛеод и М. МакКарти, которые в 1944 г. точно определили химическую природу «трансформирующего агента» и идентифицировали его как дезоксирибонуклеиновую кислоту. Чистая ДНК, выделенная из клеток патогенного штамма, при добавлении в культуру непатогенньгх клеток трансформировала последние, придавая им свойства патогенности. Это новое свойство передавалось при дальнейшем размножении. При обработке трансформирующе­го агента специфическими веществами, разрушающими ДНК, трансформация не осуществлялась. Таким образом, было получе­но прямое доказательство генетической

роли ДНК. Еще одним шагом в доказательстве генетической роли нуклеиновой кислоты является открытие правила эквивалентности, согласно которому в ДНК, выделенных из организмов различных видов, соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований всегда одно и то же и составляет 1:1 (правило Э.Чаргаффа).

К началу 50-х гг. было получено множество данных (на различ­ных объектах), свидетельствуюших об универсальности ДНК как носителя генетической информации. Большое количество экспе­риментов было проведено на вирусах. Вирусы, как было сказано ранее, имеют относительно простое строение: они состоят из бел­ковой оболочки, содержащей атомы серы, и заключенной внутри нее молекулы нуклеиновой кислоты, содержащей атомы фосфора. В 1952 г. А.Херши и М.Чейз проводили эксперименты с бактерио­фагом Т2 — особым видом вируса, убивающим зараженную бакте­риальную клетку (отсюда и название «бактериофаг», т.е. пожира­тель бактерии). Бактериофаг, проникая в кишечную палочку Еscherichia coli (Е. соli), быстро в ней размножается. Эксперимента­торы размножали бактериофаги в клетках Е. соli, которые росли на двух различных средах: на среде, содержащей радиоактивный изо­топ серы (³⁵S), и на среде, содержащей радиоактивный изотоп фосфора (³²Р). Фаги, которые размножились на клетках, выросших на среде с радиоактивным изотопом серы, включали ³⁵S только в свои белковые оболочки. Фаги, размножившиеся на клетках, ко­торые выросли на среде с радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную ³²Р. Затем полученными бактериофагами заража­ли клетки Е. соli, выращенные на обычной среде. Через короткое время эти клетки интенсивно встряхивали, чтобы отделить бакте­риофаги от стенок Е. соli. Затем делали анализ бактерии на наличие радиоактивности. Оказалось, что бактерии, зараженные фагами, выросшими на ³⁵S, не содержали радиоактивной метки, в то вре­мя как бактерии, зараженные фагами, размножившимися на ³²Р, были радиоактивными. Полученные результаты позволили авторам сделать два принципиальных вывода: 1) в бактериальную клетку проникает только фаговая ДНК, которая, размножаясь в клетке Е. соli, дает начало многочисленному потомству; 2) наследствен­ным материалом является ДНК, которая определяет не только струк­туру и свойства ДНК потомства, но и свойства фаговых белков.

В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик на основании результатов рентгеноструктурного анализа и биохимических данных предложили про­странственную модель структуры ДНК, объясняющую все ее свой­ства. Согласно предложенной модели молекула ДНК состоит из двух комплементарных (соответствующих) нитей. М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсервативный механизм репликации (удвоения) ДНК.

Выяснение структуры и функции нуклеиновых кислот позво­лило понять, каким образом живые организмы воспроизводят себя и как осуществляются кодирование генетической информации, ее хранение и реализация, необходимые для протекания всех жиз­ненных процессов.

К настоящему времени существенным образом обогащены зна­ния о структуре и функции ДНК, значительно расширены воз­можности для исследований. Было обнаружено, что ДНК может повреждаться и может восстанавливаться, что молекулы ДНК мо­гут обмениваться друг с другом частями, закручиваться и раскру­чиваться. Было показано, что ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а также сама способна синтезироваться в процессе обратной транскрипции с РНК. ДНК функционирует не только в ядре, но и в митохондриях. В настоящее время исследователи способны опре­делять последовательность нуклеиновых оснований в ДНК и осу­ществлять ее синтез.