La natura dei geni

Una volta stabilito che i geni sono localizzati sui cromosomi, il passo successivo era quello di stabilire da quale dei due costituenti dei cromosomi (DNA e proteine) è composto il gene. Per molto tempo si pensò che le proteine fossero il materiale ereditario, ma in seguito l'attenzione si indirizzò sul DNA. Gli studi che portarono all'identificazione del DNA come costituente chimico dei geni iniziarono negli anni '20 con gli esperimenti di Griffith e trovarono conferma con le dimostrazioni di Avery e di Hersey e Chase.

  Gli esperimenti di Griffith

Nel 1928 il batteriologo F. Griffith condusse una serie di esperimenti sul batterio Streptococcus pneumoniae, l'agente della polmonite nei topi, che esiste in due forme: una virulenta, protetta da una capsula liscia e viscosa; l'altra innocua, priva di capsula e con la superficie ruvida.

Griffith osservò che poteva rendere innocui gli Streptococcus virulenti uccidendoli con il calore. Tuttavia, iniettando nei topi un miscuglio di Streptococcus virulenti uccisi con il calore e Streptococcus innocui, i topi contraevano la polmonite: nel loro sangue venivano trovati batteri virulenti vivi.

Griffith concluse che esiste un "principio trasformante" capace di indurre la trasformazione dei batteri innocui in batteri virulenti. Inoltre questa trasformazione poteva essere trasmessa ereditariamente.

  Gli esperimenti di Avery

Nel 1944 lo scienziato americano O. Avery, insieme ai suoi collaboratori, dimostrò che il "principio trasformante" individuato da Griffith è il DNA.

Egli trattò con enzimi proteolitici (enzimi che rompono i legami peptidici) un miscuglio di Streptococcus virulenti uccisi con il calore e Streptococcus innocui vivi e osservò che avveniva la trasformazione. Invece, trattando il miscuglio con enzimi che distruggono il DNA, la trasformazione non aveva luogo.

  Gli esperimenti di Hersey e Chase

Nel 1952 gli scienziati americani A. Hershey e M. Chase realizzarono degli esperimenti su un ceppo di virus, i batteriofagi o fagi T2, che infetta i batteri. Essi volevano stabilire quale parte del virus reca con sé le istruzioni necessarie per la produzione di nuove particelle virali all'interno del batterio.

Ai ricercatori era noto che:

1. quando un batterio viene infettato da un fago T2, la cellula batterica si rompe e si liberano numerosi fagi;
2. i fagi sono costituiti unicamente da un rivestimento proteico e da DNA;
3. la molecola di DNA contiene fosforo; le proteine contengono zolfo.

Hershey e Chase aggiunsero fosforo radioattivo al mezzo di coltura di una popolazione di fagi, e zolfo radioattivo a quello di un'altra popolazione. Si formarono così un ceppo con DNA marcato (cioè contenente l'elemento radioattivo) e un ceppo con proteine marcate.

Quando i batteri venivano infettati dal ceppo di virus con proteine marcate, lo zolfo radioattivo veniva trovato solo nel rivestimento dei fagi al di fuori dei batteri. Non risultavano radioattivi né i batteri, contenenti il materiale genetico dei fagi, né i nuovi fagi. Quando invece i batteri venivano infettati dal ceppo con DNA marcato, il fosforo radioattivo veniva trovato all'interno sia dei batteri infetti, sia dei nuovi fagi prodotti dall'infezione. Ciò dimostrava che il materiale genetico iniettato dai fagi nei batteri è DNA e non una proteina.