Meselson-Stahl-Experiment

Eine semikonservative Replikation besagt, dass sich die replizierte DNA aus einem Strang der Mutterzelle und einem neu-synthetisierten Strang zusammensetzt. Zuvor existierten zwei weitere Hypothesen, wie die DNA-Replikation ablaufen könnte:

• konservative Replikation: Mutter-DNA bleibt vollständig erhalten, die Kopien ihrer Einzelstränge setzen sich zu einem neuen Doppelstrang zusammen.
• disperse bzw. dispersive Replikation: Jede Tochter-DNA enthält zur Hälfte alte DNA und zur Hälfte neu-synthetisierte DNA (wie beim semikonservativen Mechanismus), allerdings wechseln sich Nukleotide der alten und neuen DNA innerhalb der einzelnen Stränge ab, statt sich in einen Strang aus vollständig alter und einen Strang aus vollständig neuer DNA zu unterteilen.

Beim Meselson-Stahl-Experiment züchteten die beiden Forscher zunächst Bakterien auf einem Nährmedium mit Stickstoffisotopen der Atommasse 15 u. Diese ¹⁵N-Isotope wurden von den Bakterien im Rahmen der Replikation in ihre DNA integriert.

Anschließend wurden die Bakterien auf ein zweites Nährmedium mit ¹⁴N-Isotopen überführt, die ebenfalls in die DNA integriert wurden. Nach weiteren 20 Minuten wurden Bakterien der ersten Nachfolgegeneration (F1-Generation) entnommen und ihre DNA einer Dichtegradientenzentrifugation unterworfen.

Die isolierte DNA ergab eine Sedimentationsebene, welche sich zwischen den Sedimentationsebenen der DNA mit ausschließlich ¹⁴N-Atomen beziehungsweise ¹⁵N-Isotopen befand. Demnach besaß die F1-Generation eine Hybrid-DNA, die Anteile der alten DNA und der neu-synthetisierten DNA in gleichem Maße enthält. Damit war die konservative Hypothese widerlegt, bei der sich zwei Sedimentationsebenen auf Höhe der Referenzebenen hätten bilden müssen.

Anschließend wurde der Vorgang mit der nächsten Nachfolgegeneration (F2-Generation) wiederholt, die sich zuvor erneut im ¹⁴N-Medium vermehrt hat. Hier ergaben sich 2 Banden: Eine Bande in der ¹⁴N-Referenzebene und eine in der Ebene der F1-Generation.

Zum endgültigen Ausschluss der Hypothese einer dispersen Replikation wurde die DNA der F1-Generation erhitzt, damit sich die doppelsträngige DNA aufspaltet. In der Dichtegradientenzentrifugation zeigten sich nun zwei Banden, die mit denen erhitzter reiner ¹⁵N- bzw. ¹⁴N-DNA übereinstimmten.

siehe auch: Taylor-Experiment