Ένας φάγος με δίκλωνο DNA μολύνει ένα βακτήριο. Το βακτήριο αυτό βρίσκεται σε θρεπτικό υλικό κυτταροκαλλιέργειας. Προκειμένου ο φάγος να δημιουργήσει τους απογόνους του, ξεκινάει την αντιγραφή του DNA του, αμέσως μόλις αυτό εισαχθεί στο βακτήριο. Στο θρεπτικό υλικό του βακτηρίου, όμως, παρέχονται μονάχα νουκλεοτίδια ραδιενεργού αζώτου. Μετά από τρεις κύκλους αντιγραφής, τα νέα μόρια DNA συγκροτούν νέους φάγους, οι οποίοι εξέρχονται από το βακτήριο. Οι νέοι φάγοι μεταφέρονται σε άλλη κυτταροκαλλιέργεια, όπου μολύνουν ισάριθμα βακτήρια. Στο θρεπτικό υλικό της νέας κυτταροκαλλιέργειας παρέχονται μονάχα νουκλεοτίδια ραδιενεργού φωσφόρου. Μέσα σε κάθε μολυσμένο βακτήριο, ο φάγος επιτελεί άλλους δύο κύκλους αντιγραφής του DNA του.
α. πόσα ιικά μόρια DNA προκύπτουν τελικά;
β. πόσοι κλώνοι των τελικών μορίων DNA αποτελούνται από νουκλεοτίδια ραδιενεργού αζώτου και πόσοι από νουκλεοτίδια ραδιενεργού φωσφόρου;
γ. πόσα από τα τελικά μόρια είναι υβρίδια (δηλαδή έχουν διαφορετική χημική σύσταση νουκλεοτιδίων στους δύο κλώνους τους);
Λύση…
α. Λέγοντας ιικά μόρια DNA, εννοούμε μόρια DNA του ιού, δηλαδή του φάγου. Ο αρχικός φάγος διαθέτει ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος, του οποίου οι δύο κλώνοι είναι αποκλειστικά κατασκευασμένοι από μη ραδιενεργά νουκλεοτίδια. Το μόριο αυτό αντιγράφεται τρεις φορές, εντός του μολυσμένου βακτηρίου.
Κατά την πρώτη αντιγραφή, το μόριο DNΑ που εισάγει ο φάγος στο βακτήριο «ξετυλίγεται» και καθένας από τους δύο κλώνους χρησιμεύει ως καλούπι για τη σύνθεση ενός νέου, συμπληρωματικού κλώνου. Οι νέοι κλώνοι που συντίθενται αποτελούνται αποκλειστικά από νουκλεοτίδια ραδιενεργού αζώτου. Έτσι, καθένα από τα δύο δίκλωνα μόρια DNA που προκύπτουν έχει έναν κλώνο αποτελούμενο από μη ραδιενεργά νουκλεοτίδια και έναν κλώνο αποτελούμενο από νουκλεοτίδια ραδιενεργού αζώτου:
Κ/Κ → Κ/Ν και Κ/Ν
[όπου Κ: κλώνος μη ραδιενεργών νουκλεοτιδίων, Ν: κλώνος νουκλεοτιδίων ραδιενεργού αζώτου]
Κατά τη δεύτερη αντιγραφή, εφαρμόζεται και πάλι ο ημισυντηρητικός τρόπος. Με καλούπι κάθε αλυσίδα (οποιασδήποτε σύστασης) συντίθεται ένας κλώνος νουκλεοτιδίων ραδιενεργού αζώτου. Προκύπτουν τέσσερα μόρια, των οποίων η σύσταση κλώνων φαίνεται παρακάτω:
Κ/Ν → Κ/Ν και Ν/Ν
Κ/Ν → Κ/Ν και Ν/Ν
Κατά την τρίτη αντιγραφή, όλοι οι νεοσυντιθέμενοι κλώνοι κατασκευάζονται επίσης από νουκλεοτίδια ραδιενεργού αζώτου. Προκύπτουν τα ακόλουθα οχτώ μόρια:
Κ/Ν → Κ/Ν και Ν/Ν
Κ/Ν → Κ/Ν και Ν/Ν
Ν/Ν → Ν/Ν και Ν/Ν
Ν/Ν → Ν/Ν και Ν/Ν
Αφού προέκυψαν οχτώ μόρια DNA, οχτώ θα είναι και οι νέοι φάγοι που τα περιέχουν (ένα μόριο στον καθένα). Οι οχτώ αυτοί φάγοι, στην άλλη καλλιέργεια όπου μεταφέρονται, μολύνουν ισάριθμα βακτήρια, ακολουθώντας τη λογική πολλαπλασιασμού που εφαρμόστηκε παραπάνω. Αξίζει να σημειωθεί πως δύο από τους οχτώ φάγους διαθέτουν DNA σύστασης Κ/Ν και οι υπόλοιποι έξι φάγοι διαθέτουν DNA σύστασης Ν/Ν.
Ας δούμε πρώτα τι γενετικό υλικό θα προκύψει από τις δύο διαδοχικές αντιγραφές των (δύο) φάγων σύστασης Κ/Ν.
Κ/Ν → Κ/Ρ και Ν/Ρ → Κ/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Κ/Ν → Κ/Ρ και Ν/Ρ → Κ/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
[όπου Ρ: κλώνος νουκλεοτιδίων ραδιενεργού φωσφώρου]
Ας δούμε τώρα τι γενετικό υλικό θα προκύψει από τις δύο διαδοχικές αντιγραφές των (έξι) φάγων σύστασης Ν/Ν.
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Ν/Ν → Ν/Ρ και Ν/Ρ → Ν/Ρ, Ρ/Ρ, Ν/Ρ και Ρ/Ρ
Διαπιστώνουμε πως τα τελικά μόρια DNA είναι 32. Αναλυτικά:
2 μόρια Κ/Ρ
14 μόρια Ν/Ρ
16 μόρια Ρ/Ρ
β. Αφού υπάρχουν 14 μόρια Ν/Ρ, 14 είναι οι κλώνοι νουκλεοτιδίων ραδιενεργού αζώτου. Αφού υπάρχουν 2 μόρια Κ/Ρ, 14 μόρια Ν/Ρ και 16 μόρια Ρ/Ρ, 48 θα είναι οι κλώνοι νουκλεοτιδίων ραδιενεργού φωσφόρου.
γ. Υβρίδια είναι τα 2 μόρια Κ/Ρ και τα 14 μόρια Ν/Ρ. Συνολικά, ανέρχονται στα 16.