كيف يعمل الحمض النووي كعامل للوراثة؟
في عام 1869 استخرج الكيميائي السويسري يوهان فريدريش ميشر مادة تحتوي على النيتروجين والفوسفور من نواة الخلية، إذ كانت المادة تسمى في الأصل nuclein لكنها تُعرف الآن باسم حمض (deoxyribonucleic) أو (DNA)، حيث أن الحمض النووي هو المكون الكيميائي للكروموسومات المسؤول بشكل رئيسي عن خصائص تلطيخها في المستحضرات المجهرية.
نظرًا لأن كروموسومات حقيقيات النوى تحتوي على مجموعة متنوعة من البروتينات بالإضافة إلى الحمض النووي، فقد نشأ السؤال بشكل طبيعي عما إذا كانت الأحماض النووية أو البروتينات أو كلاهما معًا، هم الناقلون للمعلومات الجينية، حتى أوائل الخمسينيات من القرن الماضي كان معظم علماء الأحياء يميلون إلى الاعتقاد بأن البروتينات هي الناقل الرئيسي للوراثة، وتحتوي الأحماض النووية على أربع وحدات بناء أحادية مختلفة فقط، لكن البروتينات تتكون من 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة، لذلك يبدو أن البروتينات تتمتع بتنوع أكبر في التركيب ويبدو أن تنوع الجينات في البداية من المرجح أن يعتمد على تنوع البروتينات.
تم إثبات الدليل على أن الحمض النووي يعمل كحامل للمعلومات الجينية لأول مرة بشكل صارم من خلال دراسات ميكروبيولوجية بسيطة للغاية، في عام 1928 كان عالم البكتيريا الإنجليزي فريدريك جريفيث يدرس سلالتين من البكتيريا العقدية الرئوية، وكانت إحدى السلالات قاتلة للفئران (خبيثة) والأخرى غير ضارة (عديمة الفوعة)، حيث وجد جريفيث أن الفئران التي تم تلقيحها إما بالبكتيريا الضارة المميتة للحرارة أو البكتيريا الحية العديمة الفوعة ظلت خالية من العدوى، لكن الفئران التي تم تلقيحها بمزيج من الاثنين أصيبت بالعدوى وماتت.
بدا الأمر كما لو أن بعض “مبدأ التحويل” الكيميائي قد انتقل من الخلايا الخبيثة الميتة إلى الخلايا العديمة الفوعة وقام بتغييرها، وفي عام 1944 وجد عالم البكتيريا الأمريكي أوزوالد تي أفيري وزملاؤه أن العامل المحول هو الحمض النووي، إذ حصل أفيري وفريقه البحثي على مخاليط من بكتيريا مميتة بالحرارة وعطلوا إما البروتينات أو السكريات (وحدات السكر الفرعية) أو الدهون أو الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (حمض الريبونوكليك، وهو مادة كيميائية قريبة من الحمض النووي) وأضافوا كل نوع من المستحضر بشكل فردي إلى خلايا عديمة الفوعة، والطبقة الجزيئية الوحيدة التي منع تثبيطها من التحول إلى الفوعة هي الحمض النووي لذلك بدا أن الحمض النووي، لأنه يمكن أن يتحول يجب أن يكون المادة الوراثية.
تم التوصل إلى استنتاج مماثل من دراسة العاثيات، الفيروسات التي تهاجم وتقتل الخلايا البكتيرية من خلية مضيفة مصابة بعاثمة واحدة، حيث يتم إنتاج مئات من ذرية العاثية، وفي عام 1952 أعد عالما الأحياء الأمريكيان ألفريد د. هيرشي ومارثا تشيس مجموعتين من جسيمات العاثيات، وفي مجتمع واحد تم تمييز الغلاف البروتيني الخارجي للعاثمة بنظير مشع، في الآخر تم تصنيف الحمض النووي.
بعد السماح لكلا المجموعتين بمهاجمة البكتيريا وجد هيرشي وتشيس أنه فقط عندما تم تصنيف الحمض النووي، احتوت العاثية النسل على نشاط إشعاعي لذلك، خلصوا إلى أن الحمض النووي يُحقن في الخلية البكتيرية، حيث يوجه تكوين العديد من العاثيات الكاملة على حساب المضيف وبعبارة أخرى، فإن الحمض النووي في عاثيات البكتيريا هو المادة الوراثية المسؤولة عن الخصائص الأساسية للفيروس.