Meselson–Stahl-kísérlet: a DNS félkonzervatív replikáció bizonyítása (1958)

Meselson–Stahl-kísérlet (1958): az E. coli vizsgálata egyértelműen bizonyítja a DNS félkonzervatív replikációját — klasszikus áttörés a molekuláris genetika történetében.

A Meselson–Stahl-kísérletet Matthew Meselson és Franklin Stahl 1958-ban végezte E. coli DNS vizsgálatára. A kísérlet célja annak eldöntése volt, hogy a DNS-replikáció melyik modell szerint zajlik: konzervatívan, félkonzervatívan vagy diszperzíven (szétszórt módon). Az egyszerű, jól tervezett izotópos jelölés és a sűrűségi gradiensek alkalmazása egyértelmű bizonyítékot szolgáltatott: a DNS replikációja félkonzervatív.

Módszer röviden

A kísérlet lényege az volt, hogy a baktériumokat először nehéz nitrogénizotópot tartalmazó táptalajon nevelték, hogy az összes DNS-ben a nehezebb N15 izotóp épüljön be. Ezután a sejteket áttranszferálták könnyebb nitrogént (N14) tartalmazó táptalajra, és vették a DNS-mintákat különböző replikációs generációk után. A DNS molekulákat CsCl (cézium-klorid) sűrűségi gradiens centrifugálással választották el: a nehezebb, N15-tel jelölt DNS más sűrűségű zónában ült meg, mint a könnyű, N14-tel jelölt DNS.

Mit vártak a különböző replikációs modellek szerint?

• Konzervatív replikáció: Az eredeti, teljesen nehéz (N15) kettős hélix megmarad; a két újonnan szintetizált lánc teljesen könnyű (N14) lesz. Egy generáció után két különálló sávot (egy nehezebbet és egy könnyebbet) kellene látni.
• Félkonzervatív replikáció: Minden új kettős hélix egy régi (N15) és egy új (N14) szálból áll. Egy generáció után egy köztes (hibrid) sáv jelenik meg; két generáció után már egy könnyű sáv és egy hibrid sáv lesz.
• Diszperz replikáció (szétszórt): A régi és új nukleotidok szeletekben keverednek minden szálon; az első generáció után hibrid sáv, később folyamatos eltolódás várható egyetlen sávban a könnyebb irányába (nem különálló könnyű sáv kialakulása).

Eredmények és következtetés

Meselson és Stahl mérési eredményei röviden:

• Az N15-ös táptalajon növelt baktériumok DNS-e a nehéz zónában ült meg, ahogy várható volt.
• Amikor a sejteket N14-es táptalajra helyezték és egy replikációs ciklust engedtek lezajlani (egy generáció), a DNS egyetlen közepes sűrűségű (hibrid) sávot adott — ez ellentmondott a konzervatív modellnek.
• Két generáció után már két sáv jelent meg: egy könnyű és egy közepes sűrűségű. Ez a minta pontosan megfelelt a félkonzervatív replikáció előrejelzésének, és kizárta a diszperz modellt is.

Összefoglalva: az első generációs hibrid sáv azt jelezte, hogy minden új kettős hélix tartalmaz egy régi (N15) és egy új (N14) szálat; a második generációs könnyű sáv megjelenése pedig azt, hogy a második replikáció során teljes hélixek keletkeznek, amelyek egyre több teljesen új (N14) szálat tartalmaznak — tehát a replikáció félkonzervatív.

Miért fontos ez a kísérlet?

A Meselson–Stahl-kísérlet klasszikus példája annak, hogy egyszerű, jól megtervezett kísérleti felépítéssel világos, következtetésre alkalmas adatokat lehet szerezni. A kísérlet erős bizonyítékot adott a Watson–Crick által javasolt replikációs mechanizmusnak, és alapvető szerepet játszott a molekuláris biológia korai fejlődésében. A módszertan — izotópos jelölés és sűrűségi gradiens centrifugálás — ma is fontos eszköz a molekuláris biológiai kutatásban.

Az eredmények megértéséhez hasznos végiggondolni az egyes generációk során várható sávmintázatokat és azt, hogyan zárják ki ezek a mintázatok a nem megfelelő replikációs modelleket. A kísérlet egyszerűsége és eleganciája miatt ma is gyakran tanítják az egyetemi tankönyvekben és laborokban.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a Meselson-Stahl-teszt?

K: Hogyan működik a félkonzervatív replikáció?

K: Mi a három lehetséges módja a DNS replikációjának?

K: Hogyan mutatta ki Meselson és Stahl, hogy a félkonzervatív replikáció helyes?

K: Mit figyeltek meg, amikor megnézték a spirális szálakat abból az időből, amikor az N15 jelen volt?

Keresés betűvel