Hershey und Chase – Erbinformation bei Viren

Hallo! Willkommen zum Video mit dem Thema: Versuche mit Bakterien. Dieses Mal beschäftigen wir uns mit dem Versuch von Hershey und Chase. In diesem Video erfährst du, mit welchem Forschungsziel das Experiment durchgeführt wurde. Du lernst den genauen Versuchsablauf und die wichtigen gewonnenen Erkenntnisse kennen. Im 20. Jahrhundert galt die Suche nach dem genetischen Material als eine große Herausforderung der Biologen. Als Kandidaten für das genetische Material, das für die Erbinformation kodiert, wurden vor allem die DNA und die Proteine betrachtet. Die beiden Forscher Alfred Hershey und Martha Chase wollten diese Frage beantworten. Somit war das Forschungsziel des Experiments, das sie 1952 durchführten, die Identifizierung des genetischen Materials: DNA oder Proteine? Die beiden Forscher verwendeten für ihren Versuch Viren, die als Bakteriophagen bezeichnet werden, oder kurz: Phagen. Der Name rührt daher, da diese Art von Viren Bakterien befällt. Hershey und Chase verwendeten T2-Phagen, die das Bakterium E.coli, auf Englisch E.coli befallen. In dieser Zeit wussten Biologen bereits, dass Viren vor allem aus Proteinen und DNA bestanden. Innerhalb der Proteinhülle, auch Kapsid genannt, befindet sich die DNA. Es war bereits bekannt, dass Phagen sich nur mithilfe von Wirtszellen vermehren können. Die Phagen befallen das Bakterium und es wird so umprogrammiert, dass das Bakterium “Phagenproduktion” durchführt. Die so hergestellten Phagen werden dann unter Zerstörung der Bakterienzelle freigesetzt. Eine Frage stand jedoch noch offen: Welcher virale Bestandteil ist für die Reprogrammierung verantwortlich, die Proteine oder die DNA? Die Identifizierung des verantwortlichen Bestandteils würde einen Hinweis liefern, welches der beiden Moleküle für die Erbinformation kodiert. Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, benutzten die beiden Wissenschaftler zwei radioaktive Isotope, um die DNA oder die Proteine selektiv zu markieren. Unter Isotopen versteht man Atome desselben Elements, die verschiedene Anzahlen von Neutronen besitzen und somit andere chemische Eigenschaften und Atommassen aufweisen. Zuerst wurden die T2-Phagen in einem Medium vermehrt, das radioaktiv markierten Schwefel enthielt: 35S. Nur Proteine enthalten Schwefelatome, jedoch nicht die DNA. Somit konnte eine selektive Proteinmarkierung durchgeführt werden. Die vermehrten Phagen enthielten also radioaktive Proteine. In einer ähnlichen Weise wurden Phagen in einem anderen Medium vermehrt, das mit radioaktivem Phosphor versetzt wurde: 32P. Fast der ganze Phosphor befindet sich innerhalb der DNA. Somit weisen die so vermehrten Phagen radioaktive DNA auf. Die Proteinhüllen bleiben hingegen unmarkiert. Als nächstes wurden nicht radioaktive E.coli-Bakterien mit den radioaktiv markierten Phagen infiziert, die entweder mit radioaktivem Schwefel oder radioaktivem Phosphor markiert waren. Bei dem nächsten Schritt wurden die Kulturen in den Mixer gegeben. Durch die rotierenden Bewegungen des Messers wurden die Phagen, die an der Oberfläche der Bakterienzelle saßen, abgerissen. Dieser Prozess wurde mit beiden Ansätzen durchgeführt. Danach wurden die Kulturen zentrifugiert. Durch die Zentrifugation sinken die schweren Bakterienzellen zum Boden der Reagenzgläser. Man spricht vom Zentrifugat. Die leichteren Partikel, also somit die Viren, schwimmen hingegen im sogenannten Überstand. Die Radioaktivität wurde im Zentrifugat und im Überstand gemessen. Bei der Probe mit den Phagen mit der Proteinmarkierung mittels radioaktiven Schwefels war die Radioaktivität nur im Überstand messbar. Das Zentrifugat zeigte keine Radioaktivität. Die Schlussfolgerung: Die Proteine der Phagen sind nicht in die Bakterien eingedrungen. Bei der anderen Probe mit den Phagen, die eine DNA-Markierung mittels radioaktiven Phosphors aufwiesen, war die Radioaktivität hingegen vorwiegend im Zentrifugat nachweisbar. Es konnte jedoch keine Radioaktivität im Überstand nachgewiesen werden. Die Schlussfolgerung: Die DNA der Phagen ist in die Bakterien eingedrungen. Wenn man diese Bakterien in frisches Medium brachte und der Infektionszyklus fortgesetzt wurde, so enthielten die neuen Phagen auch radioaktiven Phosphor. Erkenntnisse: Hershey und Chase schlossen aus ihrem Versuch: Es wird nur DNA in die bakterielle Wirtszelle eingeschleust. Die Proteinhülle bleibt draußen. Somit muss die DNA für die Umprogrammierung der Bakterien zuständig sein. Dies lieferte einen starken Beweis dafür, dass DNA und nicht die Proteine das genetische Material darstellt. Wir kommen zur Zusammenfassung des Versuchs von Hershey und Chase. Das Forschungsziel war die Identifikation des Erbmaterials: DNA oder Proteine. Der Versuch wurde mithilfe einer selektiven Markierung von DNA und Proteinen durch radioaktive Isotope durchgeführt. Es wurden T2-Phagen und E.coli-Bakterien verwendet. Die Erkenntnis: DNA stellt den Träger der Erbinformation dar, also das Erbmaterial. Danke für deine Aufmerksamkeit! Tschüs, bis zum nächsten Video!