Antecedentes del experimento de Hershey-Chase
Aunque Oswald Avery ya había demostrado que el principio transformante de las bacterias era el ADN hace 8 años, Hotchkiss incluso había reducido el contenido de proteína a un 0.02%, sin embargo casi todos los científicos creían que la proteína no podía ser descartada por completo como material genético. Mientras tanto, Max Delbruck esperaba aplicar el principio de complementariedad de la mecánica cuántica a los fenómenos de la vida, particularmente la conferencia de Bohr sobre la luz y la vida lo inspiró y lo impulsó a pasar de ser físico a biólogo. En Caltech, Max Delbruck creó el grupo de fago con un estilo académico libre como la Escuela de Copenhague para atraer a numerosos biólogos y físicos que estaban interesados en descubrir las leyes fundamentales de la vida. Entre ellos estaba Hershey, uno de los fundadores de la biología molecular.
Antes del experimento de Hershey-Chase, los científicos ya sabían que los fagos eran virus que infectaban bacterias. Los fagos estaban compuestos únicamente por una capa de proteína y material genético interno, ADN. Su estructura extremadamente simple y su rápida reproducción los hacía muy adecuados como organismos modelo para experimentos biológicos. Durante la infección, sus apéndices inferiores agarran la bacteria para inyectar el material hereditario como una jeringa. Después de muchas replicaciones, la bacteria estalla para liberar fagos progenitores. Como aún se desconocía si la sustancia inyectada contenía proteína, Hershey y Chase decidieron usar isótopos radiactivos para marcar los fagos. El marcaje isotópico es una nueva tecnología que permitía a los científicos rastrear con precisión las moléculas en reacciones bioquímicas.
Experimento de Hershey-Chase o experimento de la batidora Waring
Casi todos los libros de biología han transformado o distorsionado el experimento de Hershey-Chase para hacerlo más comprensible y convincente. Por ejemplo, se describe como un solo experimento, pero de hecho, fue una colección de varios experimentos. En uno de los experimentos, Hershey y Chase solo midieron la radiactividad de la solución, sin embargo se embellece diciendo que el precipitado era altamente radiactivo. Se ignoran grandes errores experimentales, por lo que los resultados experimentales se dan por sentados. Intentamos describir el experimento lo más fielmente posible a su forma original, manteniéndolo accesible.
Primero cultivaron E. coli en placas de Petri que contenían elementos radiactivos, luego añadieron los fagos, porque el metabolismo del virus debe depender del huésped. El azufre radiactivo, ³⁵S, solo podía marcar la capa de proteína, ya que todo el azufre estaba concentrado en la proteína. Asimismo, el fósforo radiactivo, ³²P, en otra placa de Petri solo podía marcar el ADN. Su primer experimento replicó y desarrolló los resultados de Thomas Anderson mediante el marcaje con isótopos radiactivos: cuando la concentración de sal cambiaba drásticamente, los fagos liberaban su ADN y dejaban atrás la capa de proteína sin ADN; la capa de proteína se adhería fácilmente a las bacterias, pero el ADN no; si los fagos se adsorbían en bacterias muertas o en restos bacterianos, el ADN podía ser fácilmente digerido por enzimas. Así, la capa de proteína protegería al ADN de la hidrólisis de la DNasa.
En el siguiente experimento, se infectó E. coli con fagos marcados con ³²P radiactivo. Luego el fluido de cultivo fue agitado con una batidora Waring durante 0~8 minutos para eliminar la capa de proteína adherida a la superficie de las bacterias. La batidora Waring preservaba la integridad de las bacterias y del material genético del fago que había entrado en las bacterias. Por eso tenía otro nombre: experimento de la batidora Waring. El líquido y las bacterias fueron separados en una centrífuga. Hershey y Chase detectaron solo alrededor de un 21–35% de ³²P en el sobrenadante. Esto sugería que gran parte del ADN había entrado en las bacterias, pero no podía excluirse la posibilidad de que la proteína también fuera inyectada en las bacterias. Así que Hershey y Chase repitieron el experimento con fagos marcados con azufre radiactivo. Esta vez el resultado fue el opuesto: el 80% de ³⁵S estaba en el sobrenadante. La mayoría de la proteína no había sido inyectada en las bacterias, sino que simplemente estaba adherida a su superficie.
Sin embargo, la batidora Waring solo eliminó el 80% de la capa de proteína marcada con ³⁵S. Para probar que el 20% faltante no se replicaba en las células bacterianas, Hershey y Chase realizaron otro experimento. Esta vez, siguieron usando la batidora Waring para eliminar la capa de proteína, pero se permitió que los fagos se reprodujeran durante una generación. Finalmente, solo se detectó un 1% de azufre radiactivo y un 30% de fósforo radiactivo en el precipitado (fago progenie).