Tiếp nhận và lịch sử Thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty

Oswald AveryColin MacLeodMaclyn McCarty (với WatsonCrick).

Kết quả của thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty nhanh chóng được xác nhận, và mở rộng ra cho các đặc điểm di truyền khác ngoài lớp màng nhầy polysaccharide. Tuy vậy, vẫn có sự miễn cưỡng khi phải chấp nhận kết luận DNA là vật liệu di truyền. Theo như giả thiết có tầm ảnh hưởng về bộ bốn nucleotide ("tetranucleotide hypothesis") của Phoebus Levene, DNA là chuỗi chứa bốn base nucleotide lặp lại và có ít đặc tính sinh học. Do vậy các nhà sinh học thời đó đã nghĩ DNA là thành phần cấu trúc của nhiễm sắc thể, trong khi các gen được cho là chứa các thành phần protein tham gia vào cấu trúc của nhiễm sắc thể.[13][14] Dòng suy nghĩ này lại được củng cố bởi kết quả tinh thể hóa virus khảm thuốc lá do Wendell Stanley thực hiện năm 1935,[15] và song song trong số vi rút, gene, và enzyme; nhiều nhà sinh học cho rằng các gene là một dạng "siêu enzyme", và Stanley chỉ ra vi rút là một dạng protein có chung đặc điểm tự xúc tác (autocatalysis) với nhiều enzyme.[16] Hơn nữa, một vài nhà sinh học cho rằng di truyền học có thể áp dụng cho vi khuẩn, do chúng thiếu nhiễm sắc thể và khả năng sinh sản hữu tính. Đặc biệt, nhiều nhà di truyền học mà được biết đến một cách không chính thức là “Nhóm các nhà khoa học thực khuẩn” (phage group), mà sẽ trở thành những người ảnh hưởng trong lĩnh vực mới nổi là sinh học phân tử ở thập niên 1950, đã gạt bỏ DNA như là vật liệu di truyền (và đã lảng tránh cách tiếp cận hóa sinh "hổ lốn" như của Avery và các cộng sự). Một số nhà sinh học, bao gồm Alfred Mirsky ở cùng Viện Rockefeller, đã không thừa nhận kết quả của Avery về chỉ mình DNA tham gia vào quá trình biến nạp, mà ông cho rằng các protein lẫn tạp trong dung dịch mới là nguyên nhân chính.[13][14] Tuy sự biến nạp xảy ra ở một số loài vi khuẩn, nó không thể sao chép sang các loài vi khuẩn khác (hoặc ở sinh vật bậc cao hơn), ý nghĩa của quá trình này dường như chỉ giới hạn chủ yếu trong y học.[13][17]

Các nhà khoa học khi nhìn lại thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty về mặt lịch sử đã không có sự thống nhất về tầm ảnh hưởng của nó trong thập niên 1940 và đầu thập niên 1950. Gunther Stent cho rằng phần lớn nó đã bị bỏ qua, và chỉ nhận được sự khen ngợi—tương tự như công trình của Gregor Mendel xuất hiện hàng thập kỷ trước khi ngành di truyền học ra đời. Một số nhà sinh học khác, như Joshua LederbergLeslie C. Dunn, đã nhận thức được tầm quan trọng của thí nghiệm lúc mới công bố và coi thí nghiệm này như là sự khởi đầu của lĩnh vực di truyền phân tử.[18]

Một số nhà vi sinh học và di truyền học đã có sự quan tâm tới bản chất hóa lý của gene trước năm 1944, nhưng thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty đã làm mới và mở rộng sự quan tâm của các nhà sinh học một cách rộng hơn đối với chủ đề này. Trong khi ở bài báo gốc không nhắc cụ thể tới di truyền học, Avery cũng như nhiều nhà di truyền học đã đọc bài báo đã nhận thức được ý nghĩa của nó đối với di truyền học—rằng Avery đã có thể cô lập được gene như DNA thuần túy. Nhà hóa sinh Erwin Chargaff, nhà di truyền học H. J. Muller và các nhà khoa học khác ca ngợi kết quả này đã thiết lập lên đặc tính sinh học của DNA và sẽ có tầm ý nghĩa quan trọng cho di truyền học nếu DNA đóng vai trò tương tự ở các sinh vật bậc cao khác. Năm 1945, hội Hoàng gia Luân Đôn đã trao Avery huy chương Copley, như một phần công nhận các nghiên cứu của ông về biến nạp ở vi khuẩn.[19]

Giữa các năm 1944 và 1954, bài báo được trích dẫn ít nhất 239 lần (với số lần trích dẫn phân bố đều qua các năm), phần lớn từ các bài báo trong lĩnh vực vi sinh học, hóa học miễn dịch (immunochemistry) và hóa sinh. Cùng với các công trình theo sau của McCarty và các nhà nghiên cứu khác tại Viện Rockefeller để đáp lại những chống đối từ Mirsky, thí nghiệm đã thúc đẩy đáng kể nghiên cứu trong vi sinh học, nơi nó làm sáng tỏ những sự tương tự giữa di truyền vi khuẩn và di truyền học ở các sinh vật sinh sản hữu tính.[17] Nhà vi sinh học người Pháp André Boivin công bố đã mở rộng quá trình biến nạp của phế cầu khuẩn của Avery sang vi khuẩn Escherichia coli,[20] mặc dù kết quả của ông không được các nhà vi sinh học khác xác nhận bằng thực nghiệm.[17] Tuy nhiên, năm 1946, Joshua Lederberg và Edward Tatum đã chứng tỏ quá trình tiếp hợp vi khuẩn (bacterial conjugation) xảy ra ở E. coli và chỉ ra di truyền có thể áp dụng cho vi khuẩn, ngay cả khi phương pháp biến nạp đặc hiệu của Avery không áp dụng được cho trường hợp tổng quát.[21] Công trình của Avery đã thúc đẩy Maurice Wilkins tiếp tục nghiên cứu tinh thể học tia X của DNA, cho dù ông phải đối mặt với áp lực từ những thành viên ủy ban quản lý quỹ nghiên cứu khi họ yêu cầu ông tập trung vào nghiên cứu tổng thể tế bào, hơn là vào các phân tử sinh học.[17]

Cho dù số lượng bài báo trích dẫn và những phê bình tích cực mà thí nghiệm này nhận được trong những năm sau khi công bố, phần lớn cộng đồng khoa học đã bỏ qua công trình của Avery. Mặc dù nhiều nhà khoa học nhận xét tích cực về kết quả, thí nghiệm đã không có ảnh hưởng rõ rệt tới xu hướng nghiên cứu trong di truyền học vào thời điểm này, đặc biệt nó thể hiện ít sự khác biệt với các thí nghiệm di truyền học cổ điển mà trong đó các gene được xác định bởi các đặc tính của chúng trong những thí nghiệm tạo giống hơn là từ thành phần hóa học của chúng. Mặc dù được sự quan tâm của H. J. Muller, nhưng ông lại tập trung nghiên cứu nhiều vào tính chất vật lý hơn là tính chất hóa học của gene, giống như đa số các thành viên trong nhóm phage. Công trình của Avery cũng bị Ủy ban trao giải Nobel bỏ qua, mà sau này họ công khai tuyên bố lấy làm tiếc khi đã không trao một giải Nobel cho Avery.[22]

Cho đến thời điểm công bố thí nghiệm Hershey–Chase năm 1952, các nhà di truyền học đã nghả nhiều hơn về việc coi DNA là vật liệu di truyền, và Alfred Hershey khi ấy là một thành viên có ảnh hưởng trong “nhóm phage”.[23][24] Erwin Chargaff đã chỉ ra rằng số lượng các base trong DNA biến đổi giữa các loài (mâu thuẫn với giả thuyết bộ bốn nucleotide (tetranucleotide hypothesis) trước kia là các thành phần không đổi),[25] và năm 1952 Rollin Hotchkiss công bố kết quả thực nghiệm của ông vừa xác nhận công trình của Chargaff đồng thời minh chứng sự vắng mặt của protein trong thí nghiệm biến nạp của Avery.[26] Thêm nữa, ngành di truyền vi khuẩn đã nhanh chóng được hình thành, và các nhà sinh học đã ngả nhiều hơn về giả thuyết cho rằng tính di truyền có bản chất như nhau ở cả vi khuẩn lẫn sinh vật bậc cao.[23][24] Sau khi Hershey và Chase sử dụng các đồng vị phóng xạ để chứng tỏ rằng DNA của vi rút, chứ không phải là protein, đã xâm nhập vào thể thực khuẩn,[27] các nhà khoa học rất nhanh chóng công nhận rộng rãi DNA là vật liệu di truyền. Mặc dù kết quả thí nghiệm có độ chính xác thấp (họ tìm thấy một lượng không đáng kể protein xâm nhập vào tế bào giống như DNA), thí nghiệm Hershey–Chase không chịu nhiều sự phê bình và phản đối như thí nghiệm của Avery–MacLeod–McCarty. Tầm ảnh hưởng của nó được lan tỏa bởi mạng lưới các nhà sinh học trong “nhóm phage” và, trong các năm về sau, bởi kết quả công bố nghiên cứu về cấu trúc của DNA của WatsonCrick (Watson cũng là một thành viên của “nhóm phage”). Tuy vậy, khi nhìn nhận lại, cả hai thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty và Hershey–Chase đều chưa hoàn toàn chứng minh chắc chắn rằng DNA là vật liệu di truyền.[23][24]

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Thí nghiệm Avery–MacLeod–McCarty http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S09609... http://www.juliantrubin.com/bigten/dnaexperiments.... http://adsabs.harvard.edu/abs/1935Sci....81..644S http://adsabs.harvard.edu/abs/1946Natur.158..558L //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1205797 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1449782 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2135445 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2147348 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2167760 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12981234