Avery, Griffith e altri: il Dna può portare la specificità genetica

Oswald Avery e i suoi collaboratori nel 1944  misero appunto un esperimento, eseguito precedentemente da Federick Griffith. Quest'ultimo scienziato nel 1928 gettò le basi per determinare, appunto, che il DNA costituisce il materiale genetico, con il suo esperimento di trasformazione del batterio pneumoccoccus, oggi chiamato Streptococcus pneumoniae. Questi organismi nella forma selvatica sono costituiti da cellule sferiche circondate da un involucro mucoso chiamato capsula. Le cellule formano grandi colonie lucide con aspetto liscio (S). Queste cellule sono virulente, ossia sono in grado di causare infezioni letali se iniettate in un topo. Un particolare ceppo mutante di S. pneumoniae ha perso la capacità di formare la capsula e forma colonie piccole e dall'aspetto ruvido (R). Inoltre questa forma è non virulenta, in quanto non avendo la capsula sono facilmente fagocitati dai globuli bianchi dell'organismo. La scoperta fondamentale di Griffith è costituita dal fatto che era possibile trasformare colonie di tipo R (non virulente) esponendole a colonie di tipo S (virulente) uccise tramite esposizione al calore. Sia le colonie S uccise al calore che le colonie R prese singolarmente non erano in gradi di promuovere un infezione letale. Tuttavia se somministrate insieme erano mortali. In qualche modo il tratto che conferiva la virulenza era passato dalle cellule virulenti morte a quelle non virulenti vive. Inoltre fu scoperto che la trasformazione non è un fenomeno passeggero. Infatti, una volta conferita la capacità a formare la capsula al ceppo non virulento e pertanto uccidere gli organismi ospiti, questa era passata ai discendenti come carattere ereditario. In altre parole le  cellule non virulente in qualche modo acquisivano il gene per la virulenza durante la trasformazione. Questo significava che il principio trasformante presente nei batteri uccisi con il calore era costituito probabilmente dallo stesso gene per la virulenza.
L'ultimo tassello mancante per completare il mosaico era scoprire la natura chimica della sostanza trasformante. A questo ci pensarono Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCary che nel 1944 completarono il quadro. Come primo passo estrassero le proteine dall'estratto per mezzo di solventi organici e determinarono che l'estratto era ancora in grado di trasformare. Successivamente trattarono l'estratto con diversi enzimi. La tripsina e la chimotripsina, che digeriscono le proteine, non sortirono alcun effetto sulla capacità trasformane, e neanche il trattamento con ribonucleasi, che degrada l'RNA. Pertanto fu escluso che il fattore trasformante potesse essere costituito da proteine o RNA. Avery e collaboratori, d'altra parte, scoprirono che trattando l'estratto di cellule virulenti con la deossiribonucleasi (Dnasi), enzima che degrada il DNA, questo perdeva la capacità di trasformare i ceppi non virulenti. Questi risultati suggerirono, dunque, che il principio trasformante fosse proprio il DNA. Per finire, nel 1952, A. D. Hershey e Martha Chase eseguirono un esperimento che apportò ulteriori prove a favore dell'ipotesi che i geni sono composti da DNA. Questo esperimento prevedeva l'utilizzo di un batteriofago (virus batterico) chiamato T2 che infetta il batterio Escherichia coli. Durante l'infezione i geni del fago penetrano nella cellula ospite e inducono la sintesi di nuove particelle virali. Essendo il fago composto solo da DNA e proteine, questi due scienziati si chiesero se i geni risiedono nelle proteine o nel DNA. Comunque, dal momento che il DNA era la componente maggiore che entrava nella cellula ospite era altamente probabile che contenesse i geni. L'esperimento di Hershey e Chase si basava sulla marcatura radioattiva del DNA e delle proteine, una marcatura distinta per ciascuna delle due molecole. Usarono infatti fosforo-32 (32P) per marcare DNA e zolfo-35 (35S) per marcare le proteine. Questa scelta ha un senso se si considera che il DNA è ricco di fosforo mentre le proteine del fago non ne contengono ma invece contengono zolfo mentre il DNA ne è privo. Hershey e Chase permisero ai fagi marcati di infettare i batteri iniettando i loro geni nella cellula ospite. Successivamente staccarono i capsidi vuoti dei fagi dalle cellule batteriche, per mezzo di una agitazione vigorosa, tramite un frullatore (nuova invenzione dell'epoca). Poiché sapevano che i geni dovevano penetrare all'interno delle cellule batteriche, la loro domanda era, cosa è penetrato, il DNA marcato con 32P o le proteine marcate con 35S? Come hanno potuto vedere si trattava di DNA. In generale, quindi, i geni sono composti da DNA.