Bacteriële transformatie

In 1928 werkte bacterioloog Frederick Griffith aan een vaccin tegen longontsteking, die wordt veroorzaakt door de Streptococcus pneumoniae- bacterie. Griffith bestudeerde twee longontstekingstammen bij muizen: een pathogene en een niet-pathogene stam. Alleen de pathogene stam doodde gastmuizen.

Griffith deed een onverwachte ontdekking toen hij de pathogene soort doodde en de overblijfselen ervan mengde met de levende, niet-pathogene soort. Het mengsel doodde niet alleen gastmuizen, maar het bevatte ook levende pathogene bacteriën die pathogene nakomelingen produceerden. Griffith concludeerde dat de niet-pathogene stam iets ontving van de dode pathogene stam die het in de pathogene stam transformeerde; hij noemde dit het transformerende principe.

Ten tijde van Griffiths studies was er een verhit debat over de identiteit van het genetisch materiaal. Veel vroege bewijzen impliceerden eiwitten als erfelijke moleculen. Griffiths experimenten met bacteriële transformatie leverden de een van de eerste bewijzen dat het genetische materiaal DNA is.

Bacteriën nemen extern DNA op door middel van transformatie. Transformatie vindt van nature plaats, maar wordt ook geïnduceerd in laboratoria – vaak om DNA te klonen. Om een specifiek gen te klonen, kunnen wetenschappers het gen invoegen in een plasmide, een circulair DNA-molecuul dat onafhankelijk kan repliceren. Het plasmide bevat vaak een antibioticumresistentiegen. Bacteriën nemen het plasmide op door middel van transformatie. Wetenschappers stellen de bacteriën vervolgens bloot aan antibiotica. Overlevende bacteriekolonies zouden het plasmide moeten bevatten omdat het plasmide een antibioticumresistentiegen bevat. DNA-analyse kan de aanwezigheid van het gen in het plasmide bevestigen. Bacteriekolonies met het gewenste gen planten zich voort en kunnen gebruikt worden om meer plasmiden of eiwitten te maken.

Waarom zouden bacteriën vreemd DNA opnemen? In tegenstelling tot seksueel voortplantende organismen, klonen bacteriën zichzelf in wezen. Deze voortplantingsmethode, binaire splitsing genaamd, biedt weinig mogelijkheden voor genetische variatie. Hoewel mutaties enige diversiteit introduceren, zijn veel mutaties schadelijk. Het delen van genen door middel van transformatie, conjugatie en transductie, maakt het voor prokaryoten mogelijk om zich te evolueren.