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Avery – DNA als Träger der Erbinformation 09:12 min

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Textversion des Videos

Transkript Avery – DNA als Träger der Erbinformation

Hallo. Willkommen zum Video „Versuche mit Bakterien“. Dieses Mal behandeln wir den Versuch von Avery. In diesem Video erfährst du, wer Avery war und wer an seinem bekannten Experiment beteiligt war. Du lernst die Hintergründe des Versuchs und zu welchem Zweck dieser durchgeführt worden ist. Wir behandeln den Versuchsablauf des bekannt gewordenen Experiments. Du erfährst, wie dieser Versuch einen Nachweis lieferte, dass DNA der Träger der Erbinformation ist. Um das Video optimal zu verstehen, solltest du über folgendes Vorwissen verfügen: Du hast dich vorher bereits mit dem Experiment von Griffith vertraut gemacht. In diesem Versuch wurde mithilfe von Streptokokken, den bakteriellen Erregern der Lungenentzündung, und Labormäusen ein Nachweis für die Übertragung von Erbmaterial zwischen Bakterien geliefert. Dieser Versuch lieferte die Grundlage für Averys Versuch. Zur Erinnerung fassen wir Griffiths Versuch kurz zusammen: Griffith benutzte zwei Stämme von Streptokokken. Der S-Stamm verfügt über eine Schleimkapsel und ist krankheitserregend beziehungsweise pathogen. Wird der S-Stamm in eine Labormaus gespritzt, so stirbt diese an einer Infektion. Der R-Stamm hingegen hat keine Schleimkapsel und hat dadurch keine pathogene Wirkung. Die Maus überlebt die Injektion. Des Weiteren wurde der pathogene S-Stamm hitzebehandelt und somit abgetötet. Nach einer Injektion des abgetöteten S-Stamms überlebt die Maus. Interessanterweise hat die gleichzeitige Injektion des mit Hitze abgetöteten S-Stamms und des harmlosen R-Stammes den Tod der Maus zur Folge. Griffith analysierte die Bakterien aus dieser gestorbenen Maus. Er entdeckte, dass nach der gleichzeitigen Injektion von hitzebehandelten Bakterien des S-Stamms und der kapsellosen Bakterien des R-Stamms lebende Bakterien vorlagen, die zur Schleimkapselbildung fähig waren. Er schlussfolgerte daraus, dass die Erbinformation für die Bildung der Schleimkapsel auf den R-Stamm übertragen worden ist. Dieses Phänomen, bei dem Erbinformation zwischen Bakterienzellen ausgetauscht wird, nennt man „Transformation“. Vor Averys Versuch stellten sich die Wissenschaftler noch die Frage, welche Substanz ist der Träger der Erbinformation? DNA, RNA und Proteine wurden als mögliche Träger der Erbinformationen diskutiert. Avery entwickelte einen genial einfachen Versuch, um dieser Frage auf den Grund zu gehen. Oswald Avery war ein kanadischer Mediziner. Nach seiner Tätigkeit als praktizierender Arzt war er wissenschaftlich tätig. 1944 konnte er in Zusammenarbeit mit dem kanadisch-amerikanischen Genetiker Colin MacLeod und dem US-amerikanischen Biochemiker Maclyn McCarty mithilfe des bekannten Experiments wertvolle genetische Erkenntnisse über die chemische Beschaffenheit der Erbsubstanz gewinnen. Versuchsablauf: Der S-Stamm wurde zuerst mit Hitze abgetötet. Daraufhin wurden die Zellen aufgebrochen und somit wurde ein Homogenisat, also ein Zellbrei, hergestellt. Danach wurden Kohlenhydrate und Lipide, die als Erbsubstanz weniger in Frage kamen, entfernt. Dieser Zellbrei enthielt nun verschiedene Proteine, DNA- und RNA-Stücke. Als erstes wurde zum Homogenisat der nicht krankheitserregende, keine Schleimkapsel aufweisende R-Stamm hinzugegeben. Beim nächsten Schritt wurde dieses Homogenisat mit verschiedenen Enzymen behandelt, um bestimmte Stoffklassen zu eliminieren. Die Wissenschaftler wollten damit testen, welche Stoffe benötigt werden, damit die Transformation stattfinden kann. Als erstes wurde das Enzym Protease hinzugegeben. Das Enzym Protease baut Proteine ab. Das heißt im Zellbrei lagen nur noch DNA und RNA vor. Diese Mischung aus Zellbrei und R-Stamm-Bakterien wurde nun in die Maus gespritzt. Das Ergebnis: Die Maus stirbt. Das bedeutet, dass die harmlosen R-Stamm-Bakterien sich zu krankheitserregenden S-Stamm-Bakterien mit Schleimkapsel transformiert haben. Man kann also schlussfolgern, dass eine Transformation stattgefunden hat. Als nächstes wurde das Enzym Ribonuclease eingesetzt. Dieses baut RNA ab. Im Zellbrei waren außer den Bakterien des R-Stamms noch DNA und Proteine enthalten. Nach der Injektion wurde wieder das gleiche Ergebnis beobachtet: Die Maus war tot. Also hat wieder, in Abwesenheit von RNA, eine Transformation stattgefunden. Als nächstes wurde Desoxyribonuclease eingesetzt. Dieses Enzym baut DNA ab. Im Zellbrei waren also neben den Bakterien des R-Stamms noch RNA und Proteine enthalten. Nach der Injektion lautete das Ergebnis: Die Maus lebt. Man konnte daraus schlussfolgern, dass die Erbinformation zur Schleimkapselbildung nicht auf die Bakterien des R-Stamms übertragen wurde. Es hat also keine Transformation stattgefunden. Das Ergebnis zusammengefasst: Es findet keine Transformation statt, wenn die DNA zerstört wird. Auch ohne Proteine und ohne RNA findet Transformation statt. Schlussfolgerung: Der transformierende Stoff ist DNA. Der Versuch lieferte ein starkes Indiz dafür, dass DNA der Träger der Erbinformation ist. Wir kommen zur Zusammenfassung des Videos: Die grundlegende Frage von Avery und seinen Forscherkollegen lautete: Welche Substanz ist der Träger der Erbinformation? Der durchgeführte Versuch basierte auf Griffiths Experiment mit Streptokokken, bei denen die Transformation nachgewiesen wurde, also die Übertragung von Erbinformation zwischen den Bakterien. Durch die Eliminierung bestimmter Substanzen im Versuchsansatz, nämlich Proteine oder RNA oder DNA, konnte beobachtet werden, welche für die Transformation benötigt werden. Averys Versuch lieferte den Beweis, dass DNA der Träger der Erbinformation ist. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss, bis zum nächsten Video.

5 Kommentare
  1. Hallo Dichterunddenkertv,
    vielen Dank für deinen Kommentar. Meine Recherche in entsprechender Fachliteratur lieferte ebenfalls leicht unterschiedliche Vorgehensweisen Averys. Sicher bin ich mir in dem Punkt, dass zum Kulturmedium jeweils die verschiedenen Enzyme gegeben wurden, um die Proteine, RNA und DNA zu spalten und funktionslos zu machen. So, wie es auch in unserem Video dargestellt ist. Ob Avery und seine Mitarbeiter anschließend diese Flüssigkeit mit den Bakterien Mäusen injizierten oder ob sie rein optisch überprüft haben, ob S-Zellen (mit Schleimkapsel) vorlagen und somit eine Transformation stattgefunden hat, konnte ich nicht eindeutig herausfinden. Da der Versuch oft mit Griffiths Untersuchungen zusammen unterrichtet wird, könnte ich mir vorstellen, dass die Mäuse zur Veranschaulichung dienen, damit der Zusammenhang besser hergestellt werden kann.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor etwa einem Jahr
  2. Ich habe jetzt an einem Tag 4 Versionen des Avery Experiments gesehen/gelesen. Mal sind Mäuse im Spiel (wie hier), mal wird gesagt, es wurde rein im Reagenzglas gemacht (ohne Mäuse nur durch Beobachten der Zellkulturen), mal wird nur die DNA extrahiert und dann den R-Zellen hinzugefügt, mal werden die DNA und die Proteine einzeln extrahiert und jeweils in zwei verschiedene R-Zellkulturen hinzugefügt und noch etliche andere Versionen die im Netz und in den Fachbüchern herumgeistern. Alleine auf YouTube habe ich innerhalb von 5 Minuten zwei verschiedene Versionen gehört. Auch wenn diese Erklärungen letztendlich alle auf das gleiche Ergebnis kommen, so würde mich doch interessieren, wie Avery nun genau vorgegangen ist? Gibt es da irgendwelche "offiziellen" Quellen, die man nachschlagen kann?

    Von Dichterunddenkertv, vor etwa einem Jahr
  3. Super Video :)

    Von Roeber E, vor mehr als 5 Jahren
  4. Gichtig gut :)

    Von Henri Koch, vor fast 6 Jahren
  5. Danke, das Video ist super! Super Hilfe für die Bio Arbeit!

    Von Alexandradietz, vor etwa 6 Jahren

Avery – DNA als Träger der Erbinformation Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Avery – DNA als Träger der Erbinformation kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne den Träger der Erbinformation.

    Tipps

    Mit Enzymen (z. B. Ribonuclease) suchte Avery nach der „Substanz“, die für das transformierende Prinzip verantwortlich ist – in dem also die Erbinformation enthalten ist. Enzyme selbst enthalten aber keine Erbinformation.

    Streptokokken sind Bakterien, die der Gattung Streptococcus angehören. Sie haben eine kugelige Form und sind in Ketten angeordnet. Mit zwei Bakterienstämmen forschten die Wissenschaftler Griffith und Avery.

    Lösung

    Die Versuche von Oswald Avery brachten ein starkes Indiz dafür, dass DNA (bzw. DNS für Desoxyribonukleinsäure) Träger der Erbinformation ist. Und nicht, wie vorher angenommen wurde, Proteine.

    Denn ohne DNA sind die Mäuse gesund geblieben. Die ungefährlichen R-Bakterien haben nicht die Information zur Bildung einer Schleimkapsel erhalten. Dies war ein starkes Indiz dafür, dass DNA der Träger der Erbinformation sein muss.

  • Beschreibe den Versuch, den Frederick Griffith im Jahre 1928 durchgeführt hat.

    Tipps

    Der S-Stamm der Bakteriengattung Pneumococcus ist pathogen, also krankheitserregend. Der R-Stamm ist nicht pathogen.

    Im dritten Bild siehst du, wie Griffith der Labormaus hitzeabgetötete Bakterien des S-Stammes injizierte. Diese können sich nicht mehr vermehren und haben eine zerstörte Schleimkapsel, durch die die Zellen des S-Stammes normalerweise vor den Immunzellen des Wirtes geschützt werden.
    Kannst du dir nun denken, ob die Maus aufgrund der Injektion stirbt oder gesund bleibt?

    Lösung

    Griffith experimentierte mit zwei Stämmen der Bakteriengattung Pneumococcus: dem krankheitserregenden S-Stamm und dem nicht pathogenen R-Stamm. Die Bakterien des S-Stammes umgibt eine Schleimkapsel.

    Als Griffith seinen Labormäusen den pathogenen S-Stamm injizierte, starben die Mäuse.

    Enthielt die Injektion den ungefährlichen R-Stamm, blieben sie gesund. Auch die hitzeabgetöteten Bakterien des S-Stammes stellten keine Gefahr für die Mäuse dar.

    Kombinierte Griffith in einer Injektion Zellen des R-Stammes mit abgetöteten Zellen des S-Stammes, starben die Mäuse – obwohl die Injektionen einzeln keine Krankheit bei den Labormäusen auslösten.

    Griffith formulierte anhand dieses überraschenden Ergebnisses das transformierende Prinzip: Die Information zur Bildung der Schleimkapsel muss von den abgetöteten S-Bakterien auf die R-Bakterien übertragen worden sein, sodass die R-Bakterien nun die schützende Schleimkapsel ausbilden und die Mäuse infizieren konnten.
    Die Übertragung von genetischer Information durch isolierte (freie) DNA wird als Transformation bezeichnet.

  • Vergleiche den Aufbau und die Funktion von DNA, RNA und Proteinen miteinander.

    Tipps

    Bei der Proteinbiosynthese wird die DNA zunächst in mRNA umgeschrieben (Transkription). Im Anschluss findet die Translation statt, bei der die Basen der mRNA in eine Aminosäuresequenz und, nach räumlicher Strukturänderung, in ein Protein übersetzt wird.

    Die Base Uracil finden wir nicht in der DNA. Die vier Basen der DNA werden meist mit den Buchstaben A, C, T, und G abgekürzt.

    Proteine übernehmen unterschiedliche Aufgaben in unserem Körper. Wir finden sie in Form von Enzymen, als Muskelproteine, in Knorpel und Haaren, als sauerstoffbindende Proteine in roten Blutkörperchen oder als Membranproteine.

    Lösung

    Bevor Avery ein starkes Indiz dafür lieferte, dass DNA Träger der Erbinformation ist, sprach man diese Funktion eher Proteinen zu.

    DNA (Desoxyribonukleinsäure) hat die räumliche Struktur einer Doppelhelix und ist aus Doppelsträngen aufgebaut, welche durch die Basenpaarungen Adenin-Thymin und Cytosin-Guanin und den dazwischen ausgebildeten Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Der enthaltene Zucker heißt Desoxyribose.

    Als Träger der Erbinformation enthält die DNA natürlich auch die Baupläne für die RNA. Es gibt drei verschiedene RNAs: die mRNA (Boten-RNA), die tRNA (Transport-RNA) und die rRNA (ribosomale RNA). Sie entstehen durch den Vorgang der Transkription.
    Ihr Aufbau ist einzelsträngig, der enthaltene Zucker heißt Ribose und als vierte Base finden wir statt Thymin die Base Uracil.

    Nachdem die DNA in mRNA umgeschrieben wurde (Transkription), wird sie mithilfe von tRNA an Ribosomen (mit rRNA) in eine Aminosäuresequenz übersetzt (Translation). Nach Ausbildung der spezifischen räumlichen Struktur ist aus der Kette ein Protein entstanden.
    Die Formen und Funktionen von Proteinen sind vielfältig. Dazu einige Beispiele: Enzyme (Katalysatoren, beschleunigen Reaktionen), Stützproteine (Haare, Knorpel), Muskelproteine, Antikörper, sauerstoffbindende Proteine (Hämoglobin), Kanal- bzw. Membranproteine (Ionenkanäle), etc.
    Das oben abgebildete Protein weist eine Tertiärstruktur auf (räumliche Faltung von Aminosäureketten). Die Struktur ist bei Proteinen unterschiedlich und reicht von der Primärstruktur (Aminosäuresequenz) und der Sekundärstruktur bis zur Quartärstruktur.

  • Stelle die Versuche von Avery dar, bei denen er die Pneumococcus-Versuche von Griffith wiederaufnahm.

    Tipps

    Durch Beimengen der Enzyme wurden Bestandteile des Homogenisats abgebaut, so z. B. RNA durch Ribonuclease.

    Lösung

    Um herauszufinden, welche „Substanz“ für das transformierende Prinzip verantwortlich ist, führte Oswald Avery mit seinen Mitarbeitern folgende Versuche durch.

    Zuerst wurde ein Homogenisat (Zellbrei) aus hitzeabgetöteten Zellen des S-Stammes der Bakteriengattung Pneumococcus hergestellt. Die Bakterien wurden aufgebrochen und das Homogenisat enthielt somit alle Bestandteile der Bakterien. Es wurden Kohlenhydrate und Lipide (Fette) entfernt.

    Dem Homogenisat wurden Bakterienzellen des R-Stammes beigemengt sowie Enzyme, die jeweils eine der drei infrage kommenden „Substanzen“ (Proteine, DNA, RNA) abbauten. Anschließend wurde das Gemisch in Mäuse injiziert. Sind diese gestorben, hat eine Transformation stattgefunden. Blieben sie dagegen gesund, konnte man darauf schließen, welche „Substanz“ für das transformierende Prinzip verantwortlich ist.

    Folgende Beobachtungen konnte Avery feststellen:
    Homogenisat + R-Bakterien - Proteine $=$ tote Maus
    Homogenisat + R-Bakterien - RNA $=$ tote Maus
    Homogenisat + R-Bakterien - DNA $=$ lebende Maus

    Bei der Beisetzung von Protease (baut Proteine ab) bzw. Ribonuclease (baut RNA ab) sind die Mäuse also gestorben. Somit konnten Proteine bzw. RNA nicht als Träger der Erbinformation infrage kommen, da trotzdem eine Transformation stattgefunden hat.

    Ohne DNA (Beimengen von Desoxyribonuclease) sind die Mäuse gesund geblieben. Die ungefährlichen R-Bakterien haben also nicht die Information zur Bildung einer Schleimkapsel erhalten. Dies war ein starkes Indiz dafür, dass DNA der Träger der Erbinformation sein muss.

  • Erkläre das Prinzip der Transformation bei Bakterien.

    Tipps

    Die Transduktion ist eine Möglichkeit des Gentransfers, bei der Bakterienviren (Phagen) eine entscheidende Rolle spielen.

    Bei der Transformation wird freie DNA (hier grün) übertragen. Durch die Aufnahme kann die Bakterienzelle darin enthaltene Informationen und damit fremde Eigenschaften erwerben.

    Lösung

    Das Prinzip der Transformation entdeckte der Bakteriologie Griffith im Jahre 1928. Allerdings wusste er damals noch nicht, welche „Substanz“ für das transformierende Prinzip verantwortlich war. Das fanden 1944 Avery und seine Mitarbeiter heraus.

    Die Transformation beschreibt eine Möglichkeit des Gentransfers, die, wie Konjugation (über Plasmabrücke) und Transduktion (über Bakteriophagen), bei Prokaryoten (z. B. Bakterien) zu finden ist.
    Bei der Transformation wird freie DNA zwischen Bakterienzellen nicht-viral ausgetauscht. Durch die Aufnahme kann die Bakterienzelle darin enthaltene Informationen und damit fremde Eigenschaften erwerben.

  • Skizziere den Aufbau der DNA.

    Tipps

    Die Zuckermoleküle in der Desoxyribonukleinsäure heißen Desoxyribose. In der RNA finden wir dagegen Ribose als Zucker vor, ebenso wie die Base Uracil.

    Zwischen den Basenpaaren werden Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet. Zwischen Adenin und Thymin sind es zwei, zwischen Cytosin und Guanin drei.

    Die DNA ist wie eine Wendeltreppe aufgebaut. Diese Form wird als Doppelhelix bezeichnet. Hast du sie in der oberen Abbildung entdeckt?

    Lösung

    DNA bzw. DNS (Desoxyribonukleinsäure) ist der Träger der Erbinformation. Wie der Name schon vermuten lässt, finden wir den Zucker Desoxyribose vor. Er bildet zusammen mit den Phosphatgruppen das Rückgrat der DNA, also quasi das Geländer der Wendeltreppe (Doppelhelix).
    Die Stufen der Treppe bilden die vier Basen, welche sich paarweise anordnen. Zwischen dem Basenpaar Adenin & Thymin bilden sich hierbei zwei Wasserstoffbrückenbindungen aus, zwischen Cytosin & Guanin dagegen drei.
    Auch wenn die Zuordnung der Basen in schematischen Abbildungen wie der obigen meist willkürlich erscheint, ist sie das nicht. Thymin und Cytosin gehören nämlich zur Stoffgruppe der Pyrimidine, Adenin und Guanin zählen zu den Purinen. Da die beiden Purinbasen von der Struktur her größer sind, werden sie auch in den Abbildungen größer dargestellt als die Pyrimidinbasen.