Los experimentos de Hershey-Chase fueron una serie de experimentos realizados en 1952 [1] por Alfred Hershey y Martha Chase que ayudaron a confirmar que el ADN es material genético .
Si bien los biólogos conocían el ADN desde 1869, [2] muchos científicos todavía asumían en ese momento que las proteínas transportaban la información para la herencia porque el ADN parecía ser una molécula inerte y, dado que está ubicado en el núcleo, se consideraba su papel. ser almacenamiento de fósforo. En sus experimentos, Hershey y Chase demostraron que cuando los bacteriófagos , que están compuestos de ADN y proteínas, infectan bacterias, su ADN ingresa a la célula bacteriana huésped, pero la mayor parte de sus proteínas no. Hershey y Chase y los descubrimientos posteriores sirvieron para demostrar que el ADN es el material hereditario.
Hershey compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1969 con Max Delbrück y Salvador Luria por sus "descubrimientos sobre la estructura genética de los virus". [3]
A principios del siglo XX, los biólogos pensaban que las proteínas transportaban información genética. Esto se basó en la creencia de que las proteínas eran más complejas que el ADN. La influyente "hipótesis de los tetranucleótidos" de Phoebus Levene , que proponía incorrectamente que el ADN era un conjunto repetido de nucleótidos idénticos , apoyó esta conclusión. Los resultados del experimento Avery-MacLeod-McCarty , publicado en 1944, sugirieron que el ADN era el material genético, pero todavía había algunas dudas dentro de la comunidad científica general a la hora de aceptar esto, lo que preparó el escenario para el experimento Hershey-Chase. [ cita necesaria ]
Hershey y Chase, junto con otros que habían realizado experimentos relacionados, confirmaron que el ADN era la biomolécula que transportaba la información genética. Antes de eso, Oswald Avery , Colin MacLeod y Maclyn McCarty habían demostrado que el ADN conducía a la transformación de una cepa de Streptococcus pneumoniae en otra. Los resultados de estos experimentos proporcionaron evidencia de que el ADN era la biomolécula que transportaba la información genética. [ cita necesaria ]
Hershey y Chase necesitaban poder examinar diferentes partes de los fagos que estaban estudiando por separado, por lo que necesitaban distinguir las subsecciones de los fagos. Se sabía que los virus estaban compuestos por una capa de proteína y ADN, por lo que optaron por etiquetar cada uno de forma única con un isótopo elemental diferente . Esto permitió observar y analizar cada uno por separado. Dado que el fósforo está contenido en el ADN pero no en los aminoácidos, se utilizó fósforo 32 radiactivo para marcar el ADN contenido en el fago T2 . Se utilizó azufre-35 radiactivo para marcar las secciones proteicas del fago T2, porque el azufre está contenido en las proteínas pero no en el ADN. [4]
Hershey y Chase insertaron los elementos radiactivos en los bacteriófagos añadiendo los isótopos a medios separados en los que se permitió que las bacterias crecieran durante 4 horas antes de la introducción de los bacteriófagos. Cuando los bacteriófagos infectaron las bacterias, la descendencia contenía los isótopos radiactivos en sus estructuras. Este procedimiento se realizó una vez para los fagos marcados con azufre y una vez para los fagos marcados con fósforo. Luego se permitió que la progenie marcada infectara bacterias no marcadas. Las cubiertas de fagos permanecieron en el exterior de la bacteria, mientras que el material genético entraba. La separación de los fagos de las bacterias mediante agitación en una licuadora seguida de centrifugación permitió la separación de las cubiertas de los fagos de las bacterias. Estas bacterias fueron lisadas para liberar progenie de fagos. La descendencia de los fagos marcados con fósforo radiactivo permaneció marcada, mientras que la descendencia de los fagos marcados con azufre radiactivo no estaba marcada. Así, el experimento de Hershey-Chase ayudó a confirmar que el material genético es el ADN, no las proteínas. [4]
Hershey y Chase demostraron que la introducción de desoxirribonucleasa (conocida como DNasa ), una enzima que descompone el ADN, en una solución que contenía los bacteriófagos marcados no introdujo 32 P en la solución. Esto demostró que el fago es resistente a la enzima mientras está intacto. Además, pudieron plasmolizar los bacteriófagos para que entraran en shock osmótico, lo que efectivamente creó una solución que contenía la mayor parte del 32 P y una solución más pesada que contenía estructuras llamadas "fantasmas" que contenían el 35 S y la cubierta proteica del virus. . Se descubrió que estos "fantasmas" podían adsorberse en bacterias susceptibles a la T2, aunque no contenían ADN y eran simplemente los restos de la cápsula viral original. Llegaron a la conclusión de que la proteína protegía el ADN de la ADNasa, pero que una vez que los dos se separaban y el fago se inactivaba, la ADNasa podía hidrolizar el ADN del fago. [1]
Hershey y Chase también pudieron demostrar que el ADN del fago se inserta en la bacteria poco después de que el virus se adhiere a su huésped. Usando una licuadora de alta velocidad pudieron expulsar los bacteriófagos de las células bacterianas después de la adsorción . La falta de ADN marcado con 32 P que permaneció en la solución después de que se permitió que los bacteriófagos se adsorbieran en las bacterias mostró que el ADN del fago se transfirió a la célula bacteriana. La presencia de casi todo el 35 S radiactivo en la solución demostró que la cubierta proteica que protege el ADN antes de la adsorción permaneció fuera de la célula. [1]
Hershey y Chase concluyeron que el material genético era el ADN, no las proteínas. Determinaron que se formó una capa protectora de proteínas alrededor del bacteriófago, pero que el ADN interno es el que le confiere la capacidad de producir descendencia dentro de una bacteria. Demostraron que, en el crecimiento, la proteína no tiene ninguna función, mientras que el ADN tiene alguna función. Lo determinaron a partir de la cantidad de material radiactivo que queda fuera de la célula. Sólo el 20% del 32 P permaneció fuera de la célula, lo que demuestra que estaba incorporado al ADN en el material genético de la célula. Los 35 S de las cubiertas proteicas permanecieron fuera de la célula, lo que demuestra que no se incorporaron a la célula y que la proteína no es el material genético. [ cita necesaria ]
El experimento de Hershey y Chase concluyó que poco material que contenía azufre entró en la célula bacteriana. Sin embargo, no se pueden sacar conclusiones específicas sobre si material libre de azufre ingresa a la célula bacteriana después de la adsorción por fagos. Fue necesario realizar más investigaciones para concluir que fue únicamente el ADN de los bacteriófagos el que entró en la célula y no una combinación de proteína y ADN donde la proteína no contenía azufre.
Hershey y Chase concluyeron que no era probable que las proteínas fueran el material genético hereditario. Sin embargo, no sacaron ninguna conclusión sobre la función específica del ADN como material hereditario, y sólo dijeron que debía tener algún papel indefinido. [ 15]
La confirmación y la claridad llegaron un año después, en 1953, cuando James D. Watson y Francis Crick formularon correctamente la hipótesis, en su artículo de revista " Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid ", sobre la estructura de doble hélice del ADN, y sugirieron la Mecanismo de copia por el cual el ADN funciona como material hereditario. Además, Watson y Crick sugirieron que el ADN, el material genético, es responsable de la síntesis de miles de proteínas que se encuentran en las células. Habían hecho esta propuesta basándose en la similitud estructural que existe entre ambas macromoléculas: tanto la proteína como el ADN son secuencias lineales de monómeros (aminoácidos y nucleótidos, respectivamente). [6]
Una vez que se publicó el experimento de Hershey-Chase, la comunidad científica reconoció en general que el ADN era el material del código genético. Este descubrimiento condujo a una investigación más detallada del ADN para determinar su composición y su estructura tridimensional. Utilizando cristalografía de rayos X , la estructura del ADN fue descubierta por James Watson y Francis Crick con la ayuda de evidencia experimental previamente documentada por Maurice Wilkins y Rosalind Franklin . [7] El conocimiento de la estructura del ADN llevó a los científicos a examinar la naturaleza de la codificación genética y, a su vez, a comprender el proceso de síntesis de proteínas. George Gamow propuso que el código genético estaba compuesto por secuencias de tres pares de bases de ADN conocidas como tripletes o codones que representan uno de los veinte aminoácidos. [8] La codificación genética ayudó a los investigadores a comprender el mecanismo de expresión genética , el proceso mediante el cual la información de un gen se utiliza en la síntesis de proteínas . Desde entonces, se han realizado muchas investigaciones para modular los pasos del proceso de expresión genética. Estos pasos incluyen la transcripción , el empalme de ARN , la traducción y la modificación postraduccional que se utilizan para controlar la naturaleza química y estructural de las proteínas. [9] Además, la ingeniería genética brinda a los ingenieros la capacidad de manipular directamente el material genético de los organismos utilizando técnicas de ADN recombinante . La primera molécula de ADN recombinante fue creada por Paul Berg en 1972 cuando combinó el ADN del virus del mono SV40 con el del fago lambda . [10]
Los experimentos con material hereditario durante la época del experimento de Hershey-Chase utilizaban a menudo bacteriófagos como organismo modelo . Los bacteriófagos se prestan a experimentos con material hereditario porque incorporan su material genético al material genético de su célula huésped (lo que los convierte en herramientas útiles), se multiplican rápidamente y los investigadores los recolectan fácilmente. [5]
El experimento Hershey-Chase, sus predecesores, como el experimento Avery-MacLeod-McCarty , y sus sucesores sirvieron para establecer de manera inequívoca que la información hereditaria era transportada por el ADN. Este hallazgo tiene numerosas aplicaciones en ciencia forense , investigación criminal y genealogía . Proporcionó conocimientos previos para futuras aplicaciones en análisis forense de ADN, donde las huellas dactilares de ADN utilizan datos provenientes del ADN, no de fuentes de proteínas, para deducir la variación genética . [11]