Principio de Transformación Bacteriana. Experimentos de Griffith y Avery

EXPERIMENTOS DE TRANSFORMACIÓN BACTERIANA DE GRIFFITH (1928). EL PRINCIPIO TRANSFORMANTE.

En 1928, un bacteriólogo británico llamado Frederick Griffith intentaba desarrollar una vacuna contra el neumococo, la bacteria causante de la neumonía.

El material empleado por Griffith fue la bacteria Diplococcus pneumoniae o neumococo y los ratones. Cuando se inyecta a un ratón con el esputo de una persona enferma, con neumonía, dicho ratón muere de septicemia a las 24 horas. Esta capacidad virulenta de los neumococos se debe a la presencia de una cápsula de polisacáridos (polímeros de glucosa + ácido glucurónico) que envuelve a la bacteria y la protege de la fagocitosis.

Colonia del tipo R

Colonias del tipo S y R

Colonia del tipo S

Para poder realizar cualquier estudio genético es necesaria la existencia de variabilidad para el carácter analizado. Griffith observó la existencia de diferentes tipos de neumococos: neumococos virulentos de tipo S que dan lugar a colonias con aspecto liso y brillante (producen la cápsula azucarada que los protege de la fagocitosis del huésped) y neumococos no virulentos (avirulentos) de tipo R que dan lugar a colonias de tipo rugoso y mate (carecen de la cápsula azucarada protectora).

Experimento: Griffith nunca había observado que los neumococos RII (no virulentos) mutarán o cambiarán a SIII (virulentos).

Griffith observó que si inyectaba a los ratones con neumococos de tipo RII (avirulentos) a las 24 horas seguían vivos, mientras que si los inyectaba con neumococos SIII (virulentos) a las 24 horas los ratones morían. Entonces decidió calentar los neumococos SIII (virulentos) para destruirlos y posteriormente inyectarlos a los ratones, encontrando que los ratones seguían vivos después de 24 horas. Por consiguiente el calor, destruía el poder infectivo de los neumococos SIII. Por último, inyectó a los ratones una mezcla de neumococos RII vivos (no virulentos) y de SIII (virulentos) previamente muertos por calor, encontrado que los ratones morían a las 24 horas y extrayendo de su sangre neumococos SIII vivos.

Inyección con el neumococos del tipo R

Inyección con el neumococos del tipo S

Inyección con neumococos del tipo S,
 muertos por el calor

Inyección con neumococos del tipos S,
muertos por el calor,
 junto a neumococos del tipo R

Conclusiones de Griffith: puesto que los neumococos RII (avirulentos) nunca mutan a SIII (virulentos), en el último experimento se demuestra la existencia de una sustancia presente en los extractos de neumococos SIII muertos por calor que es capaz de transformar a los neumocos RII vivos en SIII vivos, dicha sustancia fue denominada por Griffith el Principio Transformante.

Estudios posteriores pusieron de manifiesto que la transformación de neumocos RII en SIII se podía realizar en tubo de ensayo sin necesidad de utilizar ratones en el experimento. Es decir, se puede mezclar en el mismo medio de cultivo líquido neumocos RII vivos con neumococos SIII previamente muertos por calor y obtener neumococos SIII vivos y virulentos.

EXPERIMENTOS DE TRANSFORMACIÓN BACTERIANA DE AVERY, McLEOD Y McCARTHY (1944). EL PRINCIPIO TRANSFORMANTE ES EL ADN.

Avery, McLeod y McCarthy mediante analísis químicos, enzimáticos y serológicos y utilizando técnicas de electroforesis, ultracentrifugación y espectroscopía aislaron a partir de los extractos de neumococos SIII (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas con el mayor grado de pureza posible en la época. Estas cinco fracciones diferentes fueron una correspondiente a Polisacáridos, otra de Lípidos, una de Proteínas, otra de ARN y otra de ADN.

Con cada una de estas fracciones procedentes de SIII muertos por calor intentaron transformar las células RII vivas en SIII. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformar los neumococos RII en SIII excepto la fracción químicamente pura que contenía ADN (ácido desoxirribonucleico).

Para asegurarse de que solamente la fracción de ADN era capaz de transformar los neumococos RII en SIII, emplearon enzimas que degradan o digieren específicamente el ADN. Cuando trataban la fracción de ADN con estas enzimas y después intentaban transformar las células RII en SIII, no lo conseguían. Si trataban la fracción de ADN con enzimas que degradan específicamente el ARN y después intentaban la transformación, las células RII se transformaban en SIII. Si la fracción de ADN se trataba previamente con proteasas (enzimas que degradan las proteínas) también conseguían transformar los neumococos RII en SIII.

Conclusiones de Avery, McLeod y McCarthy: Teniendo en cuenta que la única fracción químicamente pura de los neumococos SIII muertos por calor que puede transformar los neumococos RII en SIII es el ADN, el Principio Transformante detectado por Griffith debe ser el ADN. Por tanto, la molécula responsable de convertir los neumococos no virulentos en virulentos es el ADN y, por consiguiente, en él debe residir la información genética.

Experimentos para demostrar que el ADN era
el Principio Transformante

ADN como material herditario

La primera demostración de que el ADN es el material hereditario se debe, por tanto, a Avery, McLeod y McCarthy en 1944, pero la comunidad científica, en ese momento, no estaba preparada para aceptar sus resultados, ya que pensaban que el ADN era una molécula monótona que consistía en la repetición de un tetranucleótido y que no podía ser la molécula que almacenaba la información genética ya que no disponía de la variabilidad suficiente. Sin embargo, las proteínas eran muy variables y si eran consideradas como candidatos a ser el material hereditario.

La transformación en bacterias: para conseguir que una bacteria se transforme es necesario que el ADN exógeno o transformante penetre en su interior. Posteriormente, el ADN exógeno o transformante debe integrarse en el ADN bacteriano, luego debe expresarse y, por último, tiene que transmitirse de una bacteria a otra.