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에이버리-맥로드-맥카티 실험

Avery–MacLeod–McCarty experiment
Hyder, Avery, MacLeod, McCarty는 박테리아 변형을 수행하기 위해 세포 구성 요소의 용액에서 침전된 이와 같은 정제된 DNA 가닥을 사용했습니다.

Avery-MacLeod-MacCarty 실험1944년 Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty가 DNA가 박테리아 변형을 일으키는 물질이라고 보고한 실험적 증거였습니다. 유전 정보를 전달하는 기능을 하는 것은 단백질이라고 널리 믿어졌던 시대에 (단백질이라는 단어 자체가 그 기능이 주요하다는 믿음을 나타내기 위해 만들어진 것입니다). 그것은 1930년대와 20세기 초 록펠러 의학 연구소에서 1928년 그리피스의 실험에서 처음 기술된 변형 현상에 책임이 있는 "변형 원리"를 정화하고 특성화하기 위한 연구의 절정이었습니다: 치명적인 변종 III-S의 폐렴구균을 죽였습니다. 살아 있지만 독성이 없는 II-R형 폐렴구균과 함께 주사했을 때 III-S형 폐렴구균의 치명적인 감염을 초래했습니다. 에이버리와 동료들은 1944년 2월 '실험의학저널'에 발표한 논문 '폐구균 유형의 형질전환 유도 물질의 화학적 성질에 관한 연구: 폐렴구균 유형 III에서 분리된 데옥시리보핵산 분획에 의한 형질전환 유도'에서 DNA가 다음과 같이 제시했습니다. 당시 널리 알려진 것처럼 단백질보다는 박테리아의 유전물질일 수 있으며, 고등 생물유전자 및/또는 바이러스와 유사할 수 있습니다.[1][2]

에이버리와 그의 동료들은 쥐에게 한 균주의 죽은 박테리아와 다른 균주의 살아있는 박테리아를 주사하고 죽은 균주 유형의 감염을 일으키는 그리피스 실험의 핵심 요소가 DNA임을 보여주었습니다.

배경

혈청학적 유형의 발달로, 의학 연구자들은 박테리아를 다른 종류, 즉 유형으로 분류할 수 있었습니다. 사람이나 실험동물(를 들어 쥐)에게 특정 유형을 접종하면 면역반응이 일어나 세균의 항원과 특이적으로 반응하는 항체가 생성됩니다. 그런 다음 항체를 포함하는 혈액 혈청을 추출하여 배양된 박테리아에 적용할 수 있습니다. 항체는 원래 접종물과 같은 유형의 다른 박테리아와 반응합니다. 독일 세균학자 프레드 노이펠트는 폐렴구균 유형과 혈청학적 유형을 발견했습니다. 프레드 그리피스의 연구에서 세균학자들은 한 세대에서 다음 세대로 유형이 고정되고 변하지 않는다고 믿었습니다.[3]

1928년에 보고된 그리피스의 실험은 폐렴구균의 일부 "변환 원리"가 그들을 한 종류에서 다른 종류로 변형시킬 수 있다는 것을 밝혀냈습니다.[4] 영국의 의무 장교인 그리피스는 20세기 초에 종종 치명적인 질병인 폐렴의 경우에 혈청학적 타이핑을 적용하는데 몇 년을 보냈습니다. 그는 폐렴의 임상 사례를 통해 여러 유형(일부는 독성이 있고 일부는 비독성)이 종종 존재한다는 것을 발견했으며, 한 유형이 (단순히 여러 유형이 존재하는 것이 아니라) 다른 유형으로 바뀔 수 있다고 생각했습니다. 그 가능성을 실험하면서, 그는 독성이 있는 유형의 죽은 박테리아와 독성이 없는 유형의 살아있는 박테리아가 모두 쥐에게 주사되었을 때 변형이 일어날 수 있다는 것을 발견했습니다: 쥐는 치명적인 감염(보통 독성이 있는 유형의 살아있는 박테리아에 의해서만 발생)을 일으켜 죽게 됩니다. 그리고 그런 감염된 쥐로부터 독성 박테리아가 분리될 수 있습니다.[5]

그리피스의 실험 결과는 곧 코흐 연구소프레드 노이펠트[6] 록펠러 연구소의 마틴 헨리 도슨에 의해 확인되었습니다.[7] 일련의 록펠러 연구소 연구원들은 그 후 몇 년 동안 변신을 계속 연구했습니다. Richard H. P. Sia와 함께 Dawson은 Griffith가 했던 것처럼 생체 내에서 박테리아를 변형시키는 방법을 개발했습니다.[8] 1930년 도슨이 떠난 후, 제임스 올웨이는 그리피스의 연구 결과를 확장하려는 시도를 시작했고, 1933년까지 변환 원리의 수용액을 추출하는 결과를 가져왔습니다. Colin MacLeod는 1934년부터 1937년까지 이러한 용액들을 정화하는 작업을 했고, 1940년에도 작업이 계속되어 Maclyn McCarty에 의해 완성되었습니다.[9][10]

실험작업

폐렴구균은 항체 형성을 유도하는 다당류 캡슐을 가진 매끄러운 집락을 특징으로 하며, 면역학적 특이성에 따라 다양한 유형이 분류됩니다.[1]

에이버리가 수행한 정제 과정은 먼저 박테리아를 열로 죽이고 식염수에 용해되는 성분을 추출하는 것이었습니다. 다음으로 클로로포름을 이용하여 단백질을 침전시키고 다당류 캡슐을 효소가수분해했습니다. 캡슐의 완전 파괴를 검증하기 위해 유형별 항체에 의한 면역학적 침전물을 사용했습니다. 그런 다음 알코올 분획에 의해 활성 부분이 침전되어 교반봉으로 제거할 수 있는 섬유 가닥이 생성되었습니다.[1]

화학적 분석 결과 이 활성 부분의 탄소, 수소, 질소, 인의 비율이 DNA의 화학적 조성과 일치하는 것으로 나타났습니다. 에이버리와 그의 동료들은 변형을 일으키는 것은 소량의 RNA, 단백질, 또는 다른 세포 성분이 아닌 DNA임을 보여주기 위해 여러 가지 생화학적 테스트를 사용했습니다. 그들은 트립신, 키모트립신, 리보뉴클레아제(단백질이나 RNA를 분해하는 효소)는 영향을 미치지 않았지만, "디옥시리보뉴클레오데폴리머라제" (DNA를 분해할 수 있는 여러 동물 공급원에서 얻을 수 있는 조 제제)의 효소 제제가 추출물의 변형력을 파괴한다는 것을 발견했습니다.[1]

비판과 도전에 대한 후속 연구로는 1948년 모제스 쿠니츠가 DNA 해중합효소(디옥시리보뉴클레아제 I)를 정제하고 결정화한 것과, 정제된 DNA에서 검출된 질소가 거의 모두 뉴클레오티드 염기 아데닌의 분해 산물인 글리신에서 나왔다는 것을 보여주는 롤린 하치키스의 정밀한 연구가 있었습니다. 하치키스의 추정에 따르면 검출되지 않은 단백질 오염은 최대 0.02%[11][12]였습니다

오스왈드 에이버리
콜린 맥로드
매클린 매카티 (왓슨크릭과 함께)

수신 및 유산

Avery-MacLeod-McCarty 실험의 실험 결과는 빠르게 확인되었고, 다당류 캡슐 이외의 다른 유전적 특성으로 확장되었습니다. 그러나 DNA가 유전물질이라는 결론을 받아들이기에는 상당한 거부감이 있었습니다. 피버스 레벤(Phoebus Levene)의 영향력 있는 "테트라뉴클레오티드 가설"에 따르면, DNA는 4개의 뉴클레오티드 염기의 반복 단위로 구성되어 있고 생물학적 특이성은 거의 없었습니다. 따라서 DNA는 염색체의 구조적 구성요소로 생각되었고, 반면 유전자는 염색체의 단백질 구성요소로 생각되었습니다.[13][14] 이 사고 방식은 1935년 웬델 스탠리에 의해 담배 모자이크 바이러스[15]결정화되고 바이러스, 유전자, 효소가 유사해짐에 따라 강화되었습니다. 많은 생물학자들은 유전자가 일종의 "슈퍼 효소"일 수 있다고 생각했으며, 스탠리에 따르면 바이러스는 단백질이며 자가 촉매 작용의 특성을 많은 효소와 공유하는 것으로 나타났습니다.[16] 게다가, 염색체와 성 생식이 부족하기 때문에, 유전자가 박테리아에 적용될 수 있다고 생각하는 생물학자는 거의 없었습니다. 특히 1950년대 분자생물학의 새로운 학문에 영향을 미치게 될 파지 그룹으로 비공식적으로 알려진 많은 유전학자들은 DNA가 유전 물질이라는 것을 외면했습니다(그리고 에이버리와 그의 동료들의 "혼란스러운" 생화학적 접근을 피하려는 경향이 있었습니다). 동료 록펠러 연구소의 Alfred Mirsky를 포함한 몇몇 생물학자들은 변형 원리가 순수한 DNA라는 Avery의 발견에 이의를 제기했고, 단백질 오염 물질이 그 대신 원인임을 시사했습니다.[13][14] 비록 변형은 어떤 종류의 박테리아에서 발생했지만, 그것은 다른 박테리아(또는 어떤 고등 유기체에서도)에서 복제될 수 없었고, 그것의 중요성은 주로 의학에 국한되어 보였습니다.[13][17]

Avery-MacLeod-Mcarty 실험을 되돌아보는 과학자들은 그것이 1940년대와 1950년대 초에 얼마나 영향력이 있었는지에 대해 의견이 엇갈렸습니다. Gunther Stent유전학이 부상하기 수십 년 전 Gregor Mendel의 연구와 유사하게 그것이 대체로 무시되고 그 후에야 기념되었다고 제안했습니다. Joshua Leaderberg나 Leslie C와 같은 다른 사람들., 초기의 중요성을 증명하고 이 실험을 분자유전학의 시작으로 인용합니다.[18]

1944년 이전에 몇몇 미생물학자들과 유전학자들이 유전자의 물리적, 화학적 성질에 관심을 가져왔지만, 에이버리-맥로드-맥카티 실험은 이 주제에 대한 새롭고 폭넓은 관심을 가져왔습니다. 원래 출판물은 유전학에 대해 구체적으로 언급하지 않았지만, 에이버리뿐만 아니라 논문을 읽은 많은 유전학자들은 에이버리가 유전자 자체를 순수한 DNA로 분리했을 수 있다는 유전학적 의미를 알고 있었습니다. 생화학자 에르빈 샤가프(Erwin Chargaff), 유전학자 H. J. Muller(H. J. Muller) 등은 이 결과가 DNA의 생물학적 특수성을 확립하고 DNA가 고등 유기체에서 유사한 역할을 한다면 유전학에 중요한 의미를 갖는다고 칭찬했습니다. 1945년 왕립학회는 박테리아 변형에 관한 그의 업적에 대해 부분적으로 에이버리에게 코플리 메달을 수여했습니다.[19]

1944년과 1954년 사이에 이 논문은 미생물학, 면역화학 및 생화학에 관한 논문에서 최소 239회(그 해 동안 고르게 인용되었습니다) 인용되었습니다. 미르스키의 비판에 대한 록펠러 연구소의 매카티와 다른 사람들의 후속 연구 외에도, 이 실험은 박테리아 유전과 성 생식 유기체의 유전자 사이의 유사성을 재조명하는 미생물학의 상당한 연구에 박차를 가했습니다.[17] 프랑스 미생물학자 앙드레 보이빈은 에이버리의 박테리아 변형 연구 결과를 대장균까지 확장했다고 주장했지만 다른 연구자들은 이를 확인할 수 없었습니다.[20][17] 그러나 1946년 조슈아 레더버그와 에드워드 테이텀 대장균에서 박테리아 접합을 입증했고 에이버리의 특정 형질전환 방법이 일반적이지 않더라도 유전자가 박테리아에 적용될 수 있음을 보여주었습니다.[21] 또한 Avery의 연구는 Maurice Wilkins가 생체 분자가 아닌 전체 세포에 연구를 집중해야 한다는 기금 모금자들의 압력에 직면했음에도 불구하고 DNA에 대한 X선 결정학 연구를 계속하도록 동기를 부여했습니다.[17]

논문에 대한 많은 인용과 발표 후 몇 년 동안 긍정적인 반응을 얻었음에도 불구하고, 에이버리의 연구는 과학계의 많은 사람들에 의해 대부분 방치되었습니다. 많은 과학자들에게 긍정적인 평가를 받았지만, 이 실험은 주류 유전학 연구에 심각한 영향을 미치지 않았는데, 부분적으로는 유전자가 화학적 구성보다는 번식 실험에서의 행동에 의해 정의되는 고전 유전학 실험에 거의 차이가 없었기 때문입니다. H. J. Muller는 관심이 있었지만 대부분의 파지 그룹 구성원과 마찬가지로 유전자에 대한 화학적 연구보다는 물리적 연구에 더 중점을 두었습니다. 이후 노벨 재단은 에이버리에게 노벨상을 주지 못한 것에 대해 대중의 유감을 표명한 노벨 재단에 의해서도 에이버리의 업적은 소홀해졌습니다.[22]

1952년 허시-체이스 실험 당시, 유전학자들은 DNA를 유전물질로 생각하는 경향이 더 강했고, 알프레드 허시는 파지 그룹의 영향력 있는 일원이었습니다.[23][24] 에르빈 샤르가프는 테트라뉴클레오티드 가설과 달리 DNA의 염기 조성이 종에 따라 다르다는 것을 보여주었고,[25] 1952년 롤린 핫키스는 샤르가프의 연구를 확인하고 에이버리의 변형 원리에 단백질이 없음을 입증하는 실험적 증거를 발표했습니다.[26] 게다가 박테리아 유전학 분야는 빠르게 자리를 잡아가고 있었고, 생물학자들은 박테리아와 고등 생물에 대해 같은 용어로 유전을 생각하는 경향이 더 강했습니다.[23][24] 허시와 체이스가 방사성 동위원소를 이용해 박테리오파지에 감염됐을 때 세균에 들어간 것은 주로 단백질이 아닌 DNA임을 밝힌 [27]뒤 DNA가 그 물질이라는 사실이 곧 널리 받아들여졌습니다. 훨씬 덜 정밀한 실험 결과에도 불구하고(DNA뿐만 아니라 세포로 들어가는 단백질의 양을 발견했습니다), 허시-체이스 실험은 같은 정도의 도전 대상이 아니었습니다. 그것의 영향은 파지 그룹의 증가하는 네트워크와 다음왓슨과 크릭이 제안한 DNA 구조를 둘러싼 홍보에 의해 강화되었습니다(왓슨도 파지 그룹의 일원이었습니다). 그러나 돌이켜 볼 때, 두 실험 모두 DNA가 유전물질이라는 것을 확실히 증명했습니다.[23][24]

메모들

  1. ^ a b c d Avery, Oswald T.; Colin M. MacLeod; Maclyn McCarty (1944-02-01). "Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Deoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III". Journal of Experimental Medicine. 79 (2): 137–158. doi:10.1084/jem.79.2.137. PMC 2135445. PMID 19871359.
  2. ^ Fruton (1999), pp. 438–440
  3. ^ 리더, 스티븐 신체의 탐험가 2판. i universe 2006 p 46 [1]
  4. ^ Griffith, Frederick (January 1928). "The Significance of Pneumococcal Types". The Journal of Hygiene. 27 (2): 113–159. doi:10.1017/S0022172400031879. JSTOR 4626734. PMC 2167760. PMID 20474956.
  5. ^ Dawes, Heather (August 2004). "The quiet revolution". Current Biology. 14 (15): R605–R607. doi:10.1016/j.cub.2004.07.038. PMID 15296771.
  6. ^ Neufeld, Fred; Levinthal, Walter (1928). "Beitrage zur Variabilitat der Pneumokokken". Zeitschrift für Immunitätsforschung. 55: 324–340.
  7. ^ Dawson, MH (1 January 1930). "The transformation of pneumococcal types: II. The interconvertibility of type-specific S pneumococci". The Journal of Experimental Medicine. 51 (1): 123–47. doi:10.1084/jem.51.1.123. PMC 2131805. PMID 19869670.
  8. ^ Dawson, Martin H.; Sia, Richard H. P. (1930). "The Transformation of Pneumococcal Types In Vitro". Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. 27 (9): 989–990. doi:10.3181/00379727-27-5078. S2CID 84395600.
  9. ^ Fruton (1999), p. 438
  10. ^ 오스왈드 T. 에이버리 컬렉션: "시프팅 포커스: 박테리아 변형에 관한 초기 연구, 1928-1940." 과학의 프로필. 미국 국립 의학 도서관 2009년 2월 25일 접속.
  11. ^ Fruton (1999), p. 439
  12. ^ Witkin EM (August 2005). "Remembering Rollin Hotchkiss (1911–2004)". Genetics. 170 (4): 1443–7. doi:10.1093/genetics/170.4.1443. PMC 1449782. PMID 16144981.
  13. ^ a b c Morange (1998), pp. 30–39
  14. ^ a b Fruton (1999), pp. 440–441
  15. ^ Stanley, Wendell M. (1935-06-28). "Isolation of a Crystalline Protein Possessing the Properties of Tobacco-Mosaic Virus" (PDF). Science. New Series. 81 (2113): 644–645. Bibcode:1935Sci....81..644S. doi:10.1126/science.81.2113.644. JSTOR 1658941. PMID 17743301. Archived from the original (PDF) on September 27, 2006. Retrieved 2009-02-26.
  16. ^ 이 시기의 바이러스, 유전자 및 효소의 교차 이론에 대해서는 크리거, 안젤라 N. H.를 참조하십시오. 바이러스의 생명: 실험 모델로서의 담배 모자이크 바이러스, 1930-1965. 시카고 대학교 출판부: 시카고, 2002. ISBN 0-226-12025-2
  17. ^ a b c d Deichmann, pp. 220–222
  18. ^ Deichmann, pp. 207–209
  19. ^ Deichmann, pp. 215–220
  20. ^ Boivin; Boivin, André; Vendrely, Roger; Lehoult, Yvonne (1945). "L'acide thymonucléique hautement polymerise, principe capable de conditioner la spécificité sériologique et l'équipement enzymatique des Bactéries. Conséquences pour la biochemie de l'hérédité". Comptes Rendus. 221: 646–648.
  21. ^ Lederberg, Joshua; Edward L. Tatum (1946-10-19). "Gene Recombination in Escherichia Coli". Nature. 158 (4016): 558. Bibcode:1946Natur.158..558L. doi:10.1038/158558a0. PMID 21001945. S2CID 1826960.
  22. ^ Deichmann, pp. 227–231
  23. ^ a b c Morange (1998), 44-50쪽
  24. ^ a b c Fruton (1999), pp. 440–442
  25. ^ Chargaff E (June 1950). "Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation". Experientia. 6 (6): 201–9. doi:10.1007/BF02173653. PMID 15421335. S2CID 2522535.
  26. ^ Hotchkiss, Roland D. "The role of deoxyribonucleotides in bacterial transformations". In W. D. McElroy; B. Glass (eds.). Phosphorus Metabolism. Baltimore: Johns Hopkins University Press. pp. 426–36.
  27. ^ Hershey AD, Chase M (May 1952). "Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage". The Journal of General Physiology. 36 (1): 39–56. doi:10.1085/jgp.36.1.39. PMC 2147348. PMID 12981234.

참고문헌

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외부 링크