Vietnamen’s Weblog

Time, Chances, Diligence, Intelligence: which is the most important?

Di truyền phân tử 3 – DNA make up gene

with one comment

Trong phần 1, ta biết DNA và protein đều quan trọng trong nhân tế bào. Phần 2 cho ta biết gene đóng vai trò chính tạo ra protein. Vậy gene nằm ở đâu? Trong phần 1, Leuvene và nhiều nhà khoa học khác vẫn cho rằng protein chứa gene. Như vậy bài toán “the egg and the chicken” xảy ra, nghĩa là gene tạo ra protein và protein chứa gene. Vậy quan điểm “protein chứa gene” đúng hay sai? Phần này, ta muốn khẳng định rằng chính DNA mới chứa gene – một gene là một đoạn của DNA. Điều này chỉ được làm sáng tỏ vào thập niên 1940.

Oswald Avery (tại Rockfeller Institute, thập niên 1940) cùng đồng nghiệp đã tiến hành thí nghiệm trên vi khuẩn Pneumococcus, loại gây ra bệnh viêm phổi (pneumonia). Pneumococcus phát triển trong cơ thể vật chủ (ví dụ: chuột), nhưng đồng thời cũng có thể phát triển trong môi trường cấy lỏng hoặc đặc.

Từ năm 1928, Fred Griffith công bố 2 dòng khác nhau của Pneumococcus: S và R.

  • dòng S có khả năng gây ra bệnh (có bề mặt trơn nhẵn do có vỏ bọc)
  • dòng R thì vô hại (có bề mặt thô ráp)

Do cả 2 dòng S và R đều có thể được tìm thấy trên một mẫu bệnh. Nên Griffith suy đoán là từ dòng này có thể chuyển sang dòng kia. Để trả lời nghi vấn, ông đã thử nghiệm và phát hiện ra rằng dòng vi khuẩn R vô hại này vẫn có thể gây bệnh khi nó gặp phải virus của dòng S đã chết (virulent strain of bacteria) – dĩ nhiền dòng S đã chết thì bản thân không còn khả năng gây bệnh nữa. Như vậy, virus của dòng S đã chết có thể đã cung cấp thành phần hóa học nào đó giúp cho quá trình chuyển đổi (transform) từ dòng vô hại sang có hại – gọi là dòng S được nuôi cấy (S strain cultured). Đồng thời, dòng S được nuôi cấy này khi đưa sang con chuột khác khỏe mạnh cũng gây bệnh, nghĩa là sự thay đổi này có tính ổn định và kế thừa (stable & inherited).

Vậy có thể nào virus của dòng S chết đã cung cấp một gene nào đó cần thiết cho quá trình hóa học giúp chuyển virus từ dòng R vô hại sang có hại. Câu trả lời dành cho Oswald Avery.

Avery cùng với Colin Macleod, Maclyn McCarty bắt đầu tìm hiểu câu trả lời cho nguyên lí này. Họ không làm trực tiếp trên chuột mà dùng môi trường ống nghiệm (test tube assay) và dùng chất tẩy (detergent) để phá vỡ (lyse) các tế bào của dòng S đã bị chết. Các mãnh vở tế bào (cellular debris) sẽ được lắng xuống và dễ dàng tách các mảnh vỡ (lysate) nằm ở trên ra (lysate chính là thành phần bên trong của một tế bào đã được dung giải: gồm có lớp vỏ bọc tế bào (coat), protein, phân tử DNA và RNA).

Khi đưa lysate vào với dòng R thì nó sẽ tạo ra dòng gây bệnh. Vậy có thể chắc chắn là một thành phần bên trong lysate đã giúp chuyển hóa từ dòng R vô hại sang có hại. Để tìm ra thành phần nào bên trong lysate quyết định đến quá trình chuyển đổi R thành S, họ làm từng bước:

  • Đưa enzyme SIII vào để “ăn” hết phân tử đường làm vỏ bọc –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R. Như vậy, phân tử đường không đóng vai trò giúp chuyển hóa dòng R thành dòng S.
  • Họ cho tiếp enzyme (trypsin + chymotrypsin) tiêu hóa protein vào mẫu đã bị tách đường ở trên –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R. Như vậy, protein không đóng vai trò giúp chuyển hóa từ dòng R sang S.
  • Họ cho tiếp rượu (alcohol) vào –> họ lần đầu tiên tách được nucleic acids kết tủa (precipitate) ra khỏi Pneumococcus. Và họ tin rằng, có thể chính một trong các nucleic acids (DNA hay RNA) quyết định đến sự chuyển đổi. Họ hòa tan nucleic acids kết tủa vào trong nước. Tiếp, hủy RNA bằng RNase enzyme và kiểm tra quá trình chuyển đổi.

+ No coat, no protein, no RNA: –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R.

Còn lại cuối cùng là DNA, họ hủy DNA bằng cách đưa vào enzyme tiêu hóa DNA (DNase enzyme)

+ No coat, no protein, no RNA, no DNA: –> kết quả thu được là dòng R. Như vậy nó mất khả năng tạo ra dòng S từ dòng R.

Tiếp, họ thay S-strain DNA bằng R-strain DNA thì DNA của R không thể tạo ra dòng S từ R được do DNA của R thiếu gene cần thiết để tạo ra được lớp vỏ bọc bằng đường (sugar coat). Việc tạo ra lớp vỏ bọc này sẽ giúp dòng R (R strain) chuyển thành dòng S.

Khi phân tách ra dung dịch có chứa DNA, Avery và cộng sự nhận thấy nó có tính chất sệt, dày, và quánh (viscous, thick & stringy). Sau khi hủy DNA, thì dung dịch không còn tính chất đó nữa. Kết quả thu được cũng tương tự khi họ lắc mạnh dung dịch DNA. Việc lắc mạnh này làm gãy cấu trúc của DNA thành các mảnh nhỏ. Và khi đưa kết quả này vào với dòng R, thì cũng không tạo ra dòng S, nghĩa là việc làm đứt gãy DNA cũng làm mất tác dụng của gene hay các đoạn DNA không đủ dài để chứa gene. Khi chia đôi phân tử DNA, thì một bên có khả năng tạo ra dòng S khi kết hợp với dòng R, còn nửa còn lại thì không. Như vậy, có thể kết luận rằng gene là một đoạn DNA (đủ dài). Năm 1944, kết quả được công bố “DNA của S đóng vai trò quan trọng và là nơi lưu giữ gene.”

Qui trình nghiên cứu của Griffith.

Griffith phát hiện là chuột bị nhiễm dòng S thì phát triển bệnh viêm phổi và chết vài ngày sau đó. Nguyên nhân là do dòng S có lớp vỏ bọc hình viên nhộng (capsule-like coat) tạo bởi các phân tử đường giúp nó ngăn hệ miễn dịch của vật chủ (host’s immune system) tiêu diệt vi khuẩn. Vì thế, dòng S là lây nhiễm (infectious).

Griffith nhận thấy rằng cả hai dòng khác nhau đều có thể được nuôi cấy (culture) từ cùng 1 vật chủ. Vậy, có thể nào từ dòng này chuyển sang dòng kia? Ông đã làm thí nghiệm:

– nung nóng dòng S để làm chết vi khuẩn, sau đó

+ nếu đưa vào cơ thể chuột dòng S đã bị chết, vi khuẩn bị nhiệt độ làm chết đã không còn khả năng gây bệnh nữa.

+ nếu đưa vào cơ thể chuột dòng S đã bị chết đồng thời với dòng R còn sống thì chuột lại bị nhiễm bệnh viêm phổi và chết. Và từ con chuột chết này, Griffith đã có thể lấy ra dòng S còn sống. Như vậy, từ dòng R có thể chuyển sang dòng S và câu hỏi đặt ra là: bằng cách nào?

CONCLUSION:

DNA là nơi lưu giữ thông tin di truyền, cụ thể là gene. Gene là một phần trong chuỗi phân tử DNA. Đồng thời, ta cũng biết thêm rằng vi khuẩn cũng có DNA.

LINK:

  1. http://profiles.nlm.nih.gov/ (Profiles các nhà khoa học trong biomedical research và public health)

Written by vietnamen

Tháng Năm 21, 2008 lúc 3:06 sáng

Posted in Di truyền phân tử, Sinh học

Tagged with ,

Một phản hồi

Subscribe to comments with RSS.

  1. […] tế bào. Tuy nhiên, DNA mới là nguyên liệu di truyền (sẽ được chứng thực trong phần 3). Chromosome thực chất là chuỗi DNA được “đóng gói” lại. Có 4 loại […]


Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: