肺炎双球菌基本上可以分为两个类型或品系。一个是有毒的光滑类型,简称为 S型。 一个是无毒的粗糙类型,简称为R型。S型的细胞由相当发达的荚膜(或称为 被囊)包裹着。荚膜由多糖构成,其作用是保护细菌不受被感染的动物的正常抵抗 机制所杀死,从而使人或小家鼠致病(对人,它能导致肺炎;对小家鼠,则导致败 血症)。但在加热到致死程度后,该类型的细菌便失去致病能力。由于荚膜多糖的 血清学特性不同、化学结构各异,S型又可分成许多不同的小类型,如SⅠ、SⅡ、S Ⅲ等。 而R型细胞没有合成荚膜的能力,所以不能使人或小家鼠致病。它不能合成 荚膜的原因在于一个控制UDPG一脱氢酶的基因发生了突变,R,S两型可以相互转化。
1928年,格里菲斯将肺炎球菌SⅡ在特殊条件下进行离体培养,从中分离出R型。 当他把这种R型的少量活细菌和大量已被杀死的SⅢ混合注射到小家鼠体内以后,出 乎意外,小家鼠却被致死了。剖检发现,小家鼠的心血中有SⅢ细菌。
这一实验结果可以有三种解释。(1)SⅢ细菌可能并未完全杀死。但这种解释 不能成立,因为单独注射经过处理的SⅢ时并不能致死小家鼠。(2)R型已转变为S 型。这一点也不能成立,因为剖检发现的是SⅢ不是SⅡ,R型从SⅡ突变而来,理应 转化为SⅡ。(3)R型从杀死的SⅢ获得某种物质,导致类型转化,从而恢复了原先 因基因突变而丧失的合成荚膜的能力。格里菲斯肯定了这种解释。这就是最早发现 的转化现象。
三年之后,研究者们发现,在有加热杀死的S型细菌存在的条件下,体外培养R 型的培养物, 也可以产生这种转化作用。此后不到两年,又发现S型细菌的无细胞 抽提物加到生长着的R型培养物上,也能产生R向S的转休(R→S)。
于是, 研究者们提出,加热杀死的S型细菌培养物或其无细胞抽提物中,一定 存在着某种导致细菌类型发生转化的物质。这种物质究竟是什么,人们尚不知道, 为便于研究,暂时叫做“转化因子”(transforming principle)。
艾弗里等人的突破
格里菲斯发现转化作用, 为尔后认识到DNA是遗传物质奠定了基础。艾弗里和 他的同事麦克劳德(C.M.Mcleod) 和麦卡蒂(M.J.Mccarty)正是在这个基础 上继续前进,才获得了重大的突破。
1944年,在纽约洛克菲勒研究所,艾弗里等人为了弄清转化因子的化学本质, 开始对含有R→S转化因子的SⅢ型细菌的无细胞抽提物进行分馏、 纯化工作。他们 根据染色体物质的绝大部分是蛋白质的事实,曾一度推断蛋白质很可能是“转化因 子”。然而,当他们使用一系列的化学法和酶催化法,把各种蛋白质、类脂、多糖 和核糖核酸从抽提物中去掉之后,却发现抽提物的剩余物质仍然保持把R型转化为S 型的能力。于是,他们对自己的推断动摇了。最后,在对抽提物进一步纯化之后, 他们发现,只消把取自SⅢ细胞抽提物的纯化DNA,以低达六亿分之一的剂量加在一 个R型细胞的培养物中, 仍然具有使R→SⅢ的转化能力。他们还发现,从一个本身 由R型转化产生的S型细菌的培养物中提取的DNA也能使R→S。 于是,他们得出结论 说,“转化因子”就是DNA。并在《实验医学杂志》第79卷第137期发表了这一研究 成果。
艾弗里等人的试验和结论是对脱氧核糖核酸认识史上的一次重大突破,彻底改 变了它在生物体内无足轻重的传统观念。