JOVANA
Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
Back to the library
生物學 1944

誘導肺炎球菌型別轉化之物質的化學本質研究

奧斯瓦爾德·埃弗里、科林·麥克勞德 與 麥克林·麥卡蒂

這場實驗證明:基因由 DNA 構成,而非蛋白質。

Choose your version
In depth · the introduction

「基因」曾長久地只是一個抽象。這場實驗,終於在試管裡把它逮住了——並發現它是由 DNA 構成的。

核心想法

生物把性狀傳給後代,靠的是基因;但在 1940 年代,沒人知道基因在物理上由什麼構成。當時大家更看好蛋白質:染色體裡既有蛋白質也有 DNA,而蛋白質變化無窮,DNA 卻只由四種重複的構件搭成,看上去太簡單,裝不下生命的指令。

埃弗里、麥克勞德與麥卡蒂把這件事一錘定音。他們用肺炎細菌做實驗,提純出那種唯一能把一個遺傳性狀從死細胞帶進活細胞的物質,再讓它經受化學與酶的層層檢驗。答案毫不含糊:攜帶者就是 DNA。那個「太簡單」的分子,原來正是遺傳物質。

它是如何誕生的

他們的起點,是 1928 年一個古怪的結果。英國細菌學家弗雷德里克·格里菲斯發現,只要把無害的肺炎球菌,與一株致命菌株經加熱殺死的殘骸混在一起,無害的細菌就會被永久地變得致命。有什麼東西從死細菌傳到了活細菌身上,改寫了牠們的遺傳。格里菲斯稱之為「轉化因子」,卻不知道它究竟是什麼。

在紐約的洛克菲勒研究所,奧斯瓦爾德·埃弗里——一位一絲不苟、說話輕聲細語、其時已年過六旬的研究者——花了十多年追獵那個「東西」。他與更年輕的同事科林·麥克勞德、麥克林·麥卡蒂一道,把它提純、檢驗,並想盡辦法去證偽它。當能嚼碎蛋白質和 RNA 的酶都沒能讓它失效、唯獨摧毀 DNA 的酶讓它停擺時,結論已無可迴避。一向謹慎的埃弗里,把結果寫得措辭小心——而世界,遲遲不肯相信他。他始終沒有獲得諾貝爾獎。

它為何重要

如果基因由 DNA 構成,那麼遺傳就是化學——一種可以被分離、被分析、終有一天能被讀取、被改寫的東西。僅此一項發現,就把生物學直直地指向了那個分子,並讓 DNA 的結構成了科學中最重要的懸而未決之問。五年之後,它將由雙螺旋來回答。

一個可以想像的畫面

想像一座圖書館被燒毀,但它完整的總目錄卻在灰燼中倖存——而任何吸收了這份目錄的鄰近圖書館,會忽然把自己的藏書重新排成與它一樣。殘骸裡究竟哪一片承載著目錄?你靠逐一摧毀來檢驗。燒掉皮質封面(蛋白質):魔法照舊。撕碎某一種顏色的索引卡(RNA):仍舊奏效。唯有當你溶掉目錄印在其上的那種紙(DNA)時,那份力量才消失。那種紙,就是基因。

可互動的轉化實驗台:讓純化的提取物保持原樣,或消化掉其中的蛋白質、RNA 或 DNA,再看活的粗糙型 II 型菌落會不會被轉化為光滑、有毒力的菌落——只有摧毀 DNA 才能讓它停止。

它的位置

孟德爾(1866)表明性狀以一個個離散的小包裹代代相傳;這篇論文揭示了那些包裹由什麼構成;赫爾希與蔡斯在 1952 年用病毒加以確證;而沃森與克里克 1953 年的雙螺旋,終於顯示出一個 DNA 分子如何儲存並複製這條訊息。埃弗里的實驗,是這條鏈上那道安靜的樞紐——是「基因」從一個念頭,變成一種你能握在手裡的化學物質的那一刻。

The original document
Original source text
O. T. Avery, C. M. MacLeod & M. McCarty · Journal of Experimental Medicine 79 (1944): 137–158
The paper opens from a known puzzle. Griffith (1928) had shown that one type of pneumococcus could be permanently transformed into another, and Avery's laboratory had reproduced the change in cell-free extracts. The question it sets out to answer is strictly chemical: what substance carries the transforming activity?
Isolation and chemistry of the active fraction
Repeated fractionation removed protein, lipid and capsular polysaccharide, leaving a fibrous, highly viscous material active in extraordinarily small amounts. Its chemical behaviour — elemental composition, ultraviolet absorption, and a strong diphenylamine reaction — was that of deoxyribonucleic acid.
The active fraction … consists principally, if not solely, of a highly polymerized, viscous form of desoxyribonucleic acid.
Enzymatic evidence
Crystalline trypsin and chymotrypsin, which digest protein, and ribonuclease, which digests RNA, did not destroy the transforming activity; only a preparation that depolymerizes DNA abolished it. Activity tracked the integrity of the deoxyribonucleic acid alone.
Discussion
If the results of the present study on the chemical nature of the transforming principle are confirmed, then nucleic acids must be regarded as possessing biological specificity…
Summary
The evidence presented supports the belief that a nucleic acid of the desoxyribose type is the fundamental unit of the transforming principle of Pneumococcus Type III.
[ … ]
Hospital of the Rockefeller Institute for Medical Research, New York · February 1, 1944