Meselson-Stahl-Versuch

Aussage und Bedeutung des Versuchs

Der 1958 publizierte Meselson-Stahl-Versuch wurde von den Biologen Matthew Meselson und Franklin Stahl entwickelt. Er weist nach, dass sich DNA semikonservativ, also halb-bewahrend, repliziert. Bei der Replikation entsteht aus einem DNA-Molekül eine Kopie: Das Erbgut der Tochterzellen besteht nach der Zellteilung jeweils zur Hälfte aus Erbinformation der Mutterzelle und zur Hälfte aus neu synthetisiertem Material.

Mögliche Modelle der DNA-Replikation

Vor dem Versuch wurden drei Mechanismen diskutiert:

• Bei der konservativen Replikation bleibt die Mutter-DNA vollständig erhalten. Die Kopien ihrer beiden Einzelstränge setzen sich zu einem neuen Doppelstrang zusammen.
• Bei der semikonservativen Replikation bleibt in jedem Tochter-Molekül ein Einzelstrang der Mutter-DNA erhalten. Der zweite Einzelstrang wird neu ergänzt.
• Bei der dispersen oder dispersiven Replikation bleibt ebenfalls die Hälfte der Mutter-DNA in jeder Tochter-DNA erhalten. Alte und neu hinzukommende Nukleotide wechseln sich jedoch innerhalb der DNA ab.

Aufbau und Ergebnisse

Meselson und Stahl züchteten zunächst Bakterien auf einem Nährmedium mit ausschließlich Stickstoff mit der Massenzahl 15. Dieses Stickstoffisotop wurde in die DNA eingebaut. Danach wurden die Bakterien auf ein Medium mit Stickstoff der Massenzahl 14 übertragen.

Nach 20 Minuten entnahmen sie Bakterien der ersten Nachfolgegeneration (F1-Generation) und untersuchten ihr Erbgut durch Dichtegradientenzentrifugation. Dabei werden DNA-Moleküle entsprechend ihrer Dichte auf verschiedenen Sedimentationsebenen sichtbar. Die DNA der F1-Generation lag genau zwischen den Referenzebenen reiner 14- und 15-u-Stickstoff-DNA. Bei konservativer Replikation hätten dagegen zwei Ebenen auf Höhe der beiden Referenzen entstehen müssen. Das konservative Modell war damit ausgeschlossen.

Bei der Untersuchung der F2-Generation sedimentierte die Hälfte der DNA auf der Ebene der F1-Generation, die andere Hälfte auf der 14-u-Referenzebene. Dieses Ergebnis entsprach den Vorhersagen der semikonservativen Hypothese. Eine disperse Replikation war damit aber noch nicht vollkommen ausgeschlossen, weil konservierte Fragmente alter und neuer DNA theoretisch ein gleiches Dichteverhalten hätten hervorrufen können.

Ausschluss der dispersen Replikation

Um auch die disperse Replikation auszuschließen, erhitzten Meselson und Stahl DNA der F1-Generation im Medium der Dichtegradientenzentrifuge 30 min auf 100 °C. Dadurch wurde die doppelsträngige DNA in Einzelstränge aufgespalten; das Gewicht der Moleküle halbierte sich nach ihrer Beobachtung circa.

Danach erschienen in der Dichtegradientenzentrifugation zwei Banden. Sie stimmten mit den Banden erhitzter reiner N-15- beziehungsweise N-14-DNA überein. Damit ließ sich die disperse Replikation ausschließen; übrig blieb die semikonservative Replikation als Erklärung.