El experimento de Meselson-Stahl es un experimento realizado por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958 que respaldó la hipótesis de Watson y Crick de que la replicación del ADN era semiconservativa . En la replicación semiconservativa, cuando se replica la hélice de ADN de doble cadena , cada una de las dos nuevas hélices de ADN de doble cadena consistía en una cadena de la hélice original y una recién sintetizada. Se lo ha llamado "el experimento más hermoso de la biología". [1] Meselson y Stahl decidieron que la mejor manera de rastrear el ADN original sería etiquetarlo cambiando uno de sus átomos. Dado que el nitrógeno está presente en todas las bases del ADN , generaron ADN original que contenía un isótopo de nitrógeno más pesado que el que estaría presente de forma natural. Esta masa alterada les permitió determinar cuánto del ADN original estaba presente en el ADN después de sucesivos ciclos de replicación.
Hasta ahora se habían propuesto tres hipótesis para el método de replicación del ADN.
En la hipótesis semiconservativa , propuesta por Watson y Crick , las dos hebras de una molécula de ADN se separan durante la replicación. Cada hebra actúa entonces como plantilla para la síntesis de una nueva hebra. [2]
La hipótesis conservadora proponía que toda la molécula de ADN actuaba como plantilla para la síntesis de una molécula completamente nueva. Según este modelo, las proteínas histonas se unen al ADN, haciendo girar la cadena y exponiendo las bases de los nucleótidos (que normalmente recubren el interior) para la formación de puentes de hidrógeno. [3]
La hipótesis dispersiva se ejemplifica con un modelo propuesto por Max Delbrück , que intenta resolver el problema de desenrollar las dos hebras de la doble hélice mediante un mecanismo que rompe la cadena principal del ADN cada 10 nucleótidos aproximadamente, desenrolla la molécula y une la hebra vieja al extremo de la recién sintetizada. Esto sintetizaría el ADN en trozos cortos alternando de una hebra a la otra. [4]
Cada uno de estos tres modelos hace una predicción diferente sobre la distribución del ADN "viejo" en las moléculas formadas después de la replicación. En la hipótesis conservadora, después de la replicación, una molécula es la molécula "vieja" completamente conservada, y la otra es todo ADN recién sintetizado. La hipótesis semiconservativa predice que cada molécula después de la replicación contendrá una cadena vieja y una nueva. El modelo dispersivo predice que cada cadena de cada nueva molécula contendrá una mezcla de ADN viejo y nuevo. [5]
El nitrógeno es un componente principal del ADN. El 14 N es, con diferencia, el isótopo más abundante del nitrógeno, pero el ADN con el isótopo 15 N , más pesado (pero no radiactivo), también es funcional.
La E. coli se cultivó durante varias generaciones en un medio que contenía NH4Cl con 15 N. Cuando se extrae el ADN de estas células y se somete a una centrifugación de densidad flotante en un gradiente de densidad de sal ( CsCl ), el ADN se separa en el punto en el que su densidad es igual a la de la solución salina. El ADN de las células cultivadas en un medio 15 N tenía una densidad mayor que las células cultivadas en un medio normal 14 N. Después de eso, las células de E. coli con solo 15 N en su ADN se transfirieron a un medio 14 N y se les permitió dividirse; el progreso de la división celular se controló mediante recuentos de células microscópicos y mediante un ensayo de colonias.
Se extrajo ADN periódicamente y se comparó con ADN 14 N puro y ADN 15 N. Después de una replicación, se encontró que el ADN tenía una densidad intermedia. Dado que la replicación conservadora daría como resultado cantidades iguales de ADN de densidades más altas y más bajas (pero no ADN de una densidad intermedia), se excluyó la replicación conservadora. Sin embargo, este resultado fue consistente tanto con la replicación semiconservativa como con la dispersiva. La replicación semiconservativa daría como resultado ADN bicatenario con una hebra de ADN 15 N y una de ADN 14 N, mientras que la replicación dispersiva daría como resultado ADN bicatenario con ambas hebras con mezclas de ADN 15 N y 14 N, cualquiera de los cuales habría aparecido como ADN de una densidad intermedia.
Los autores continuaron tomando muestras de células a medida que continuaba la replicación. Se descubrió que el ADN de las células después de que se completaron dos replicaciones consistía en cantidades iguales de ADN con dos densidades diferentes, una correspondiente a la densidad intermedia del ADN de las células cultivadas durante una sola división en medio 14 N, la otra correspondiente al ADN de las células cultivadas exclusivamente en medio 14 N. Esto era incompatible con la replicación dispersiva, que habría dado como resultado una única densidad, inferior a la densidad intermedia de las células de una generación, pero aún superior a la de las células cultivadas solo en medio de ADN 14 N, ya que el ADN 15 N original se habría dividido de manera uniforme entre todas las cadenas de ADN. El resultado era coherente con la hipótesis de la replicación semiconservativa. [6]