Redescobrindo o DNA 2 – O DNA é o material hereditário

Hoje sabemos que o DNA transmite as características de um organismo para seus descendentes, mas como esse fato foi desvendado?

Descubra a resposta em mais um capítulo da série “Redescobrindo o DNA”! Perdeu o começo ou quer relembrar? Acesse os links no final do texto!

No início do século 20 a química da hereditariedade permanecia desconhecida. As proteínas pareciam a melhor escolha para o material genético, pois em análises mostravam maior variedade em composição química e propriedades físicas que o DNA. Assim, a descoberta do DNA como material hereditário aconteceu quase por acaso e foi uma surpresa para todos.

Frederick Griffith e a transformação bacteriana

Antes dos antibióticos as infecções eram um problema grave e tomavam muitas vidas. Por esse motivo muitos governos investiam pesado contra as pneumonias bacterianas e vários cientistas estudavam a bactéria Streptococcus pneumoniae, responsável por muitas dessas infecções.

O microbiologista Frederick Griffith estudava duas linhagens de S. pneumoniae: a altamente virulenta (virulência é a habilidade em causar a doença) linhagem S, encapsulada; e a linhagem não-virulenta R, sem cápsula.

Ele inicialmente verificou que camundongos injetados com S morriam dias após a injeção, enquanto os injetados com a R permaneciam vivos. Em seguida, Griffith determinou que a linhagem S perdia virulência após o aquecimento das bactérias. A surpresa veio ao descobrir que os camundongos morriam quando eram injetados com uma mistura de bactérias S mortas por calor e bactérias R vivas, uma vez que nenhuma das culturas matava os camundongos quando injetada sozinha.

Ao isolar bactérias dos animais mortos pela mistura ele observou a cápsula característica da linhagem S. Griffith então  lançou a hipótese de que um componente químico da linhagem S havia, de algum modo, transformado as células R na forma virulenta S. Ele não identificou o que chamou de “princípio transformador”, apenas que o mesmo resistia ao tratamento por calor.

Hoje a análise dos resultados publicados por Griffith em 1928 parece óbvia. Sabemos que moléculas de DNA podem voltar à sua forma original após tratamentos de calor por um processo chamado renaturação. Também é conhecimento de qualquer biólogo que bactérias conseguem captar DNA do meio externo em um processo que ainda hoje chamamos de transformação.

O DNA é o “princípio transformador”

A identificação do “princípio transformador” de Griffith foi um resultado inesperado de uma série de investigações sobre infecções pneumocócicas. Enquanto Griffith conduzia seus experimentos, um pesquisador chamado Oswald Avery e seus colaboradores estudavam a cápsula da bactéria pneumocócica e seu papel nas infecções. Avery estava convencido da importância desse conhecimento para tratar a pneumonia bacteriana, de modo que seu grupo acumulou muitas informações bioquímicas sobre essas bactérias. Duas descobertas importantes foram:

• As linhagens bacterianas poderiam ser distinguidas por suas cápsulas e;
• A integridade da cápsula era essencial para a virulência bacteriana.

Ao saberem dos resultados de Griffith, eles decidiram usar sua experiência para identificar as moléculas específicas que poderiam transformar uma bactéria. O método do grupo de Avery era diferente: as bactérias eram transformadas em culturas e não em camundongos, permitindo mais controle sobre cada experimento, e a identificação da molécula responsável foi baseada em um processo de eliminação.

Inicialmente, extratos idênticos de bactérias S mortas por calor foram tratados com enzimas que destruíam proteínas, RNA ou DNA. Depois, os extratos eram misturados a células R vivas. No final do experimento, as células S (com cápsula) apareceram em todas as culturas, menos nas tratadas com a enzima DNAse, que destrói especificamente moléculas de DNA.

Esses resultados sugeriram que o DNA era responsável pela transformação bacteriana e a hipótese foi fortalecida quando eles isolaram quimicamente o DNA do extrato celular, que demonstrou a mesma habilidade de transformação do extrato.

Atualmente esses experimentos publicados em 1944 são a prova definitiva de que o DNA é o material hereditário. Porém, como a opinião pública favorecia as proteínas para essa função, os resultados não foram bem recebidos até que, em 1952, uma publicação de Alfred Hershey e Martha Chase descartasse de vez as proteínas.

Vale notar que para Hershey e Chase eram necessários mais estudos para definir o DNA como responsável pela hereditariedade. Ainda assim, apenas um ano depois a estrutura do DNA foi determinada por Watson e Crick… mas isso é assunto para outro texto.

 

Referências bibliográficas e menções nesse post:
Quem descobriu o DNA? (Ciensinando)

Redescobrindo o DNA 1 – Do que é feito o DNA? (Ciensinando)

Griffith, F. (1928) The significance of pneumococcal types. Journal of Hygiene 27, 113–159

Avery, O. T. et al. (1944) Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Journal of Experimental Medicine 79, 137–157

Hershey, A. D. & Chase, M. (1952) Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. Journal of General Physiology 36, 39–56

O’Connor, C. (2008) Isolating hereditary material: Frederick Griffith, Oswald Avery, Alfred Hershey, and Martha Chase. Nature Education 1(1)

O’Connor, C. (2008) Discovery of DNA as the hereditary material using Streptococcus pneumoniae. Nature Education 1(1)

Imagem retirada do ótimo site da Coleção Biologia e Biologia — Volume Único de César e Sezar.