Scoperta del DNA come materiale genetico e il modello della doppia elica

L'Esperimento di Griffith e la Scoperta del Principio Trasformante

Nel 1928, il microbiologo britannico Frederick Griffith condusse un esperimento pionieristico che rivelò l'esistenza di un "principio trasformante" in grado di trasferire tratti ereditari tra batteri. Lavorando con due ceppi di Streptococcus pneumoniae, uno patogeno e capsulato (S) e l'altro non patogeno e non capsulato (R), Griffith scoprì che iniettando topi con una combinazione di batteri S uccisi dal calore e batteri R vivi, i topi morivano e i batteri R venivano trasformati in una forma patogena. Questo fenomeno indicava che una sostanza stabile al calore, derivante dai batteri S morti, era responsabile della trasformazione genetica dei batteri R vivi. L'esperimento di Griffith non identificò il DNA come il principio trasformante, ma gettò le basi per la futura identificazione del materiale genetico.

L'Esperimento di Avery, MacLeod e McCarty e l'Identificazione del DNA

L'esperimento di Griffith ispirò Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty a condurre ulteriori ricerche per identificare la natura del principio trasformante. Nel 1944, attraverso una serie di esperimenti rigorosi, essi dimostrarono che il DNA era il materiale genetico responsabile della trasformazione. Isolarono varie componenti cellulari dai batteri S e le trattarono con enzimi specifici che degradavano proteine, RNA e DNA. Scoprirono che solo la degradazione del DNA con DNAasi preveniva la trasformazione dei batteri R in S, fornendo la prova diretta che il DNA era il principio trasformante. Questa scoperta fu cruciale per stabilire il ruolo del DNA come materiale genetico.

L'Esperimento di Hershey e Chase e la Conferma del DNA come Materiale Genetico

Alfred Hershey e Martha Chase, nel 1952, condussero un esperimento che confermò ulteriormente il DNA come materiale genetico. Utilizzando virus noti come batteriofagi, che infettano i batteri, marcarono il DNA dei fagi con l'isotopo radioattivo fosforo-32 (32P) e le proteine con zolfo-35 (35S). Dopo che i fagi infettarono i batteri Escherichia coli, Hershey e Chase separarono i componenti virali dai batteri e trovarono che la radioattività del 32P era all'interno dei batteri, mentre quella del 35S rimaneva nel surnatante. Questo dimostrò che era il DNA, e non le proteine, a essere introdotto nei batteri e a portare l'informazione genetica necessaria per la produzione di nuovi fagi.

La Struttura del DNA e il Contributo di Franklin e Wilkins

La conferma del DNA come materiale genetico intensificò l'interesse verso la sua struttura tridimensionale. Rosalind Franklin e Maurice Wilkins svolsero un ruolo chiave utilizzando la cristallografia a raggi X per ottenere immagini dettagliate del DNA. La Fotografia 51, ottenuta da Franklin, mostrò chiaramente un modello di diffrazione che indicava una struttura ad elica. Queste immagini furono essenziali per James Watson e Francis Crick, che, utilizzando anche i dati di Franklin e Wilkins, proposero nel 1953 il modello della doppia elica per la struttura del DNA. Questo modello spiegava come il DNA potesse conservare e replicare l'informazione genetica, e fu un passo fondamentale nella comprensione della biologia molecolare.

La Rivoluzione Scientifica di Watson e Crick

La proposta di James Watson e Francis Crick del modello della doppia elica del DNA nel 1953 fu una svolta nella biologia molecolare. Il loro modello non solo interpretava correttamente le immagini di diffrazione a raggi X, ma spiegava anche il meccanismo di replicazione del DNA e il trasferimento dell'informazione genetica. La scoperta del modello della doppia elica del DNA ha avuto un impatto profondo sulla scienza, influenzando la ricerca in campi come la genetica, la biotecnologia e la medicina, e ha aperto la strada alla moderna era della biologia molecolare e della genetica.