ماده ژنتیک
مدل رایانه‌ای DNA
قبلاً با ساختار کروموزوم‌ها و DNA به طور مختصر آشنا شدید. امروزه می دانیم که نوکلئیک اسیدها ماده ژنتیک را تشکیل می‌دهند. زیست شناسان عاملی را که باعث انتقال خصوصیات و ویژگی‌های یک نوع جاندار، از نسلی به نسل دیگر می‌شود، ماده ژنتیک می‌نامند. در ماده ژنتیک اطلاعات و دستورالعمل‌هایی نهفته است که بسیاری از ویژگی‌های جاندار به آن‌ها بستگی دارد.
در آغاز قرن بیستم تلاش‌های فراوانی برای یافتن ماده ژنتیک در سلول آغاز شد. در آن زمان زیست شناسان نمی‌دانستند که ماده ژنتیک کدام یک از مولکول‌های درون سلول است؛ اما می‌دانستند برای آنکه مولکولی بتواند نقش ماده ژنتیک را ایفا کند، باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد. مثلاً بتواند اطلاعات ژنتیک را در خود ذخیره کند، آن‌ها را از نسلی به نسل دیگر منتقل کند و در عین حال نسبتاً پایدار باشد تا بتواند در سراسر زندگی فرد، خود را حفظ کند.
در جستجوی ماده ژنتیک
در سال ۱۹۲۸، آزمایشی که ارتباط چندانی با ژنتیک نداشت، منجر به کشف بزرگی درباره ماده ژنتیک شد. در این سال فردریک گریفیت که باکتری شناس بود، سعی می‌کرد تا واکسنی علیه باکتری مولد ذات الریه، که نام علمی آن استرپتوکوکوس نومونیا است، تهیه کند (شکل ۱).
شکل ۱- باکتری مولد بیماری ذات الریه (۱۷۲۵۰ ×)
گریفیت روی دو نوع (سویه) از این باکتری‌ها کار می‌کرد. یکی از این سویه‌ها، کپسولی پلی ساکاریدی دارد که اطراف باکتری را احاطه می‌کند. این کپسول، باکتری را در برابر دستگاه ایمنی بدن محافظت می‌کند و در نتیجه موجب بیماری‌زایی آن می‌شود. سویه دیگر این نوع باکتری، بدون کپسول پلی ساکاریدی است و به این علت موجب بیماری ذات الریه نمی‌شود.
گریفیت پی برده بود که تزریق باکتری کپسول‌دار به موش‌ها، موجب بیماری و مرگ آن‌ها می‌شود؛
در حالی که موش‌هایی که به باکتری بدون کپسول آلوده شده‌اند، سالم باقی می‌مانند (شکل ۲). گریفیت برای بررسی اینکه آیا کپسول عامل مرگ موش‌هاست یا خیر، تعدادی باکتری کپسول¬دار را با گرما کُشت و سپس آن‌ها را به موش‌ها تزریق کرد. او مشاهده کرد که موش‌ها پس از آن بیمار نشدند و زنده ماندند.
۱- باکتری‌های کپسول‌دار موش را می‌کشند. ۲- باکتری‌های بدون کپسول موش را نمی‌کشند. ۳- باکتری‌های کپسول‌داری که با گرما کشته شده‌اند، موش را نمی‌کشند. ۴- باکتری‌های کپسول‌داری که با گرما کشته شده‌اند، همراه با باکتری زنده بدون کپسول، موش را می‌کشند!
شکل ۲- آزمایش گریفیت
گریفیت دریافت که کپسول باکتری عامل مرگ موش‌ها نیست. او سپس باکتری‌های بدون کپسول زنده و باکتری‌های کپسول‌داری را که بر اثر گرما کشته بود، با یکدیگر مخلوط و مخلوط حاصل را به موش‌ها تزریق کرد. نتیجه این آزمایش غیرمنتظره بود. او مشاهده کرد که همه موش‌ها در اثر ابتلا به بیماری ذات الریه مردند. گریفیت پس از بررسی خون موش‌های مرده، با کمال تعجب مشاهده کرد که در خون این موش‌ها، بعضی از باکتری‌های بدون کپسول، کپسول‌دار شده‌اند. به عبارت دیگر، باکتری‌های بدون کپسول تغییر شکل داده‌اند و به باکتری‌های کپسول‌دار تبدیل شده‌اند.
آنچه گریفیت مشاهده کرده بود، امروزه ترانسفورماسیون نامیده می‌شود. در فرایند ترانسفورماسیون، باکتری با دریافت مواد ژنتیک از محیط خارج، در خصوصیات ظاهری خود تغییراتی پدید می‌آورد. با آزمایش‌هایی که گریفیت انجام داد، علت ترانسفورماسیون باکتری‌های بدون کپسول و تبدیل آن‌ها به باکتری کپسول‌دار، مشخص نشد.
جستجو برای یافتن عامل ترانسفورماسیون که پژوهشگران مطمئن شده بودند این عامل همان ماده ژنتیک است، تا سال ۱۹۴۴ ادامه یافت.
آزمایش ایوری
یکی از مهم‌ترین آزمایش‌ها در تاریخ زیست شناسی، آزمایش اُسوالد اِیوری است که به شناسایی عامل ترانسفورماسیون انجامید و ماهیت ماده ژنتیک را آشکار ساخت. اِیوری و همکاران او با انجام این آزمایش، به بحث‌ها و پژوهش‌های چندین ساله درباره ماهیت ماده ژنتیک خاتمه دادند و برگ زرینی به تاریخ زیست شناسی افزودند.
ایوری و همکارانش می‌دانستند که در سلول چهار گروه اصلی از مواد آلی وجود دارد. این مواد عبارت‌اند از: کربوهیدرات‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدها. بنابراین، عامل ترانسفورماسیون هر چه باشد، یکی از این چهار گروه است. گروه ایوری، در آن زمان آنزیم‌های تخریب کننده این چهار گروه ماده شیمیایی اصلی را در اختیار داشتند. آنان ابتدا عصاره سلولی باکتری‌های کپسول‌دار کشته شده را استخراج کردند. عصاره سلولی، همه مواد شیمیایی درون باکتری را در بردارد. آن‌ها عصاره سلولی را به چند قسمت تقسیم و به هر قسمت آنزیم‌های تخریب کننده آن ماده آلی را اضافه کردند و کوشیدند با هر قسمت، به طور جداگانه، باکتری بدون کپسول زنده را وادار به ترانسفورماسیون کنند .
ایوری و همکارانش مشاهده کردند که ترانسفورماسیون فقط هنگامی رخ می‌دهد که DNA تخریب نشده باشد و به این ترتیب دریافتند که عامل ترانسفورماسیون، همان DNA موجود در باکتری‌های کپسول‌دار است.
تا پیش از ایوری، زیست شناسان اطلاعات زیادی درباره DNA در اختیار نداشتند؛ اما می‌دانستند که پروتئین‌ها بسیار متنوع‌اند و کارهای مختلفی در سلول انجام می‌دهند. به همین علت، تصور عمومی بر این بود که عامل ترانسفورماسیون نیز نوعی پروتئین است. ایوری دریافت که اگر پروتئین‌ها را با آنزیم‌های تخریب کننده پروتئین از بین ببریم، ترانسفورماسیون همچنان رخ می‌دهد و بنابر این عامل ترانسفورماسیون نمی‌تواند پروتئین باشد و چنانکه دیدیم آنان به این نتیجه رسیدند که عامل ترانسفورماسیون، DNA است.
ایوری برای تحکیم ادعای خود، DNA باکتری‌های کپسول‌دار را به طور خالص تهیه کرد. وی دریافت که اگر به باکتری‌های بدون کپسول، DNA خالص مربوط به باکتری‌های کپسول‌دار، اضافه کنیم، باکتری‌های بدون کپسول به باکتری‌های کپسول‌دار تبدیل می‌شوند. به این ترتیب دیگر تردیدی باقی نماند که عامل ترانسفورماسیون، DNA است. در واقع DNA اطلاعات و دستورالعمل‌های لازم برای ساختن کپسول را به باکتری‌های بدون کپسول منتقل می‌کند و باکتری‌های بدون کپسول بر اساس این اطلاعات و دستورالعمل‌ها، کپسول می‌سازند. ایوری، بعد از ۱۶ سال آزمایش در سال ۱۹۴۴، گزارش نتایج پژوهش‌های خود را منتشر کرد. با انتشار گزارش ایوری، توجه سایر دانشمندان نیز به DNA جلب شد و آنان با انجام آزمایش‌های دیگری اهمیت نقش DNA را به عنوان عامل ترانسفورماسیون، یا به عبارت دیگر ماده ژنتیک، بیش از پیش استوار کردند.
بیشتر بدانید
استرپتوکوکوس نومونیا در کجا زندگی می‌کند؟
استرپتوکوکوس نومونیا ممکن است در گلوی افراد سالم نیز زندگی کند اگر دستگاه ایمنی بدن در اثر بیماری‌هایی، مانند آنفلوآنزا یا سوء تغذیه، تضعیف شود، آن گاه این باکتری به شش‌ها حمله می‌کند و موجب بیماری ذات الریه، یعنی التهاب شش‌ها می‌شود.
خودآزمایی
۱- آزمایش‌های گریفیت را به طور خلاصه بیان کنید
۲- ترانسفورماسیون چیست؟
۳- چگونه آزمایش ایوری نشان داد که DNA ماده ژنتیکی است؟ توضیح دهید؟
