【生物基礎】ハーシーとチェイスの実験をちょっと詳しめに解説

今回は遺伝子の本体がDNAであることを証明した実験のうち、ハーシーとチェイスの実験について解説していきましょう。

バクテリオファージを用いて、DNAが遺伝物質であるという実証をしたというとても有名な実験です。

ハーシーとチェイスの実験問題の解き方をこちらの記事で解説しています。併せてご覧ください。

T2ファージについて

ハーシーとチェイスの実験には、T2ファージというウイルスが用いられました。T2ファージはバクテリオファージというウイルスの一種で、細菌に感染するウイルスの一種です。

T2ファージは、タンパク質とDNAからできています。タンパク質からできた外殻とDNAがあり、外殻は頭部と尾部に分かれています。DNAは通常頭部に格納されています。

まずファージは、大腸菌の表面に付着します。すると、足のような尾部繊維で大腸菌としっかりくっつき、大腸菌の細胞壁と細胞膜に穴をあけて、注射器のようにファージのDNAを注入します。

注入されたファージのDNAは、大腸菌がもともと持っているDNA複製機構を利用して複製されていきます。また並行して、大腸菌がもともと持っているタンパク質合成機構を利用してファージの外殻を合成していきます。

その後、複製されたファージのDNAや外殻が組み立てられ、たくさんの子ファージが大腸菌内にいる状態になります。最終的には子ファージたちは大腸菌の細胞膜と細胞壁を破壊し（溶菌と呼びます）、外に出ていきます。

この一連の流れは約20～30分程度で行われます。

ハーシーとチェイスの実験

では、ハーシーとチェイスの実験の解説をしていきましょう。

まずは標識です。この操作では、ファージのタンパク質もしくはDNAに放射線を出す放射性同位体を組み込みます。

タンパク質は硫黄（S）が含まれていますので、硫黄の放射性同位体である³⁵Sをファージに含ませます。DNAにはリン（P）が含まれていますので、リンの放射性同位体である³²Pを含ませます。このどちらかの操作を行います。

例えば³⁵Sで標識したうえで、ある部分から放射線が検出されれば、そこにはタンパク質があるということになります。
³²Pで標識したうえで、ある部分から放射線が検出されれば、その部分にはDNAがあるということになりますね。

次に、³⁵Sあるいは³²Pで標識したファージをそれぞれ大腸菌に感染させます。ファージは大腸菌の表面にくっつきますが、その後すぐに培養液をミキサーで撹拌し、大腸菌にくっついたファージをはぎ落します。

その後、遠心分離を行います。そうすると、重い大腸菌は下に沈殿し、軽いファージは液体の上澄みに残ります。その後、³⁵Sで標識した方と³²Pで標識した方で、どちらの分画から放射線が検出されるのかを調べました。

そうすると、³⁵Sで標識した場合は放射線は上澄みの分画で検出され、³²Pで標識した場合は放射線は沈殿の分画から検出されました。つまり、ファージのタンパク質は上澄みにありましたが、ファージのDNAは大腸菌の中にあったということです。

これが何を意味するかというと、ファージのタンパク質は大腸菌に取り込まれませんでしたが、ファージのDNAは大腸菌の中に入ったということです。つまり、ファージが大腸菌へ注入し、次世代を増幅させるために活用したのはDNAであり、遺伝子の本体はDNAであると判断できるという訳ですね。

さらにこの実験には続きがあります。
³²Pで標識した条件でファージを大腸菌に感染させたのち、ミキサーで外殻を振り落とし、遠心分離で外殻を含む上澄みと大腸菌を含む沈殿を分けます。大腸菌を再び培養液に懸濁してから30分ほど待って、子ファージが増殖してからミキサーで攪拌・遠心分離を行います。

すると今度は、沈殿部分からではなく上澄み部分からDNAが検出されました。つまり、上澄みに含まれている子ファージの中に標識されたDNAがあったということですね。これによって、子孫へ受け継がれる遺伝物質がDNAであることが確認できました。

この実験からわかったこととしては、「次世代のファージに受け継がれた物質はDNAであった」ということです。これにより、遺伝子の本体はDNAである、と結論付けることができました。

まとめ

ハーシーとチェイスの実験について解説していきました。

全体像を理解するのは簡単ではありませんが、医学部や難関校ではときたま問題の元ネタになるので、しっかりと理解しておくと役立つでしょう。

それでは！