艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验解析
摘要：艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验是学生认识“DNA是主要的遗传物质”的关键实验之一。现行各版本高中生物学教材对该实验的相关描述略有差别。本文从研究背景、设计思路、结果及推论、指向推论的新证据等方面梳理了该实验的研究过程，以进一步体会本实验之精巧。
关键词：艾弗里；肺炎链球菌；体外转化实验；研究过程
文章编号：1003-7586（2024）03-0061-03中图分类号：G633.91文献标识码：B
艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验是遗传物质发现史上的经典实验之一，也是“DNA是主要的遗传物质”的重难点内容。现行各个版本的高中生物学教材均重点介绍了这一实验，但在描述该实验的具体内容上略有差别。人教版、北师大版、沪科教版教材提及艾弗里对制备的S型菌细胞提取物进行酶学检测，而浙科版、沪科版、苏教版教材则指出艾弗里是逐一分离出S型菌所含的物质进行鉴定。此外，多版教材提到因为DNA纯度没有达到100%而导致该实验结论受到学界质疑。这不禁让人疑惑，艾弗里究竟是如何设计肺炎链球菌体外转化实验并得出结论的？当其他人质疑实验不严谨时，他是否展开进一步的研究？为理清这些问题，回溯艾弗里团队当时的真实研究至关重要。
1肺炎链球菌体外转化实验的研究背景
20世纪初，由于大叶性肺炎的迅速传播与高致死率，科学家们开始致力于肺炎链球菌的免疫学研究。1928年，格里菲斯的实验结果震惊了学界，他发现在加热杀死的S型菌作用下，活的R型菌能在小鼠体内转化为活的S型菌。临床上需要不同类型的肺炎链球菌保持遗传性稳定，才能开发血清治疗方案针对特定肺炎链球菌。显然，不同类型肺炎链球菌的转化导致治疗前景并不乐观，还需进一步探寻其转化机制。
艾弗里敏锐地意识到引起转化的可能是加热杀死的S型菌中的某种物质（以下称“转化因子”），但其化学本质仍是未知。值得注意的是，“转化因子”一度被人产认为是蛋白质。但艾弗里并未受此束缚，而是不断尝试肺炎链球菌的体外转化，以此深入挖掘“转化因子”化学本质的相关事实与证据。
2肺炎链球菌体外转化实验的设计思路
当时人们已经认识到，S型肺炎链球菌中含蛋白质、多糖、脂质、RNA、DNA等成分，而这些成分都可能是“转化因子”。判别的主要思路有两种：第一，从S型菌细胞粗提取物中除去某种成分，检测转化活性是否损失，若损失很少，则被除去的成分不是“转化因子”；第二，分离纯化出具有转化活性的成分，并对其性质进行鉴定。艾弗里团队首先基于第一种思路排除了蛋白质、多糖、RNA、脂质作为“转化因子”的可能性，而后沿第二种思路寻找到DNA是“转化因子”的多重证据。
3肺炎链球菌体外转化实验的结果及推论
3.1揭示RNA、蛋白质、多糖、脂质不是“转化因子”
结果一：提取物经纯化后，转化活性损失很少。
要分离活性物质，必须对细胞粗提取物进行纯化，纯化涉及4个关键步骤：钙醇沉淀、超速离心、加热、盐水洗涤。这些步骤带走了大量的RNA、蛋白质、多糖，但转化活性的损失却不超过10%～15%。
推论一：RNA、蛋白质、多糖不是转化因子。
细胞粗提取物中大量的RNA、蛋白质、多糖被除去。若它们是“转化因子”，则纯化后提取物的转化活性也应而事实上并未如此，所以上述成分不大大降低是“转化因子”的可能性。
纯化后的提取物中并非完全不含这些成分，或许只需微量的某种成分便能促使转化发生。因此，必须找到更有说服力的证据。艾弗里继续对纯化后的提取物进行定性、定量检测和酶解，提供了更完整的证据。
结果二：纯化后提取物的双缩脲反应、米伦反应均呈阴性。
推论二：纯化后提取物中几乎不含蛋白质。
双缩脲反应和米伦反应都能定性检测蛋白质，结果是两个反应均呈阴性，可推断纯化后的提取物中已几乎不含蛋白质。但严格来讲，定性反应的说服力仍不足以应对质疑，须有更精准的方法。
结果三：提取物的转化活性几乎不会随RNA、蛋白质、多糖、脂质的损失而损失。
艾弗里团队使用了核糖核酸酶、蛋白酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶）、多糖水解酶、酯酶一一分解提取物中的RNA、蛋白质、多糖和脂质，并利用透析除去酶解产生的小分子物质。最后通过滴定检测提取物的转化活性，以检验这些成分的损失对转化活性的影响。结果显示，提取物的转化活性几乎不会随这些成分的损失而损失。
推论三：进一步明确RNA、蛋白质、多糖、脂质不是“转化因子”。
相较于定性检测，酶解法能更彻底地除去提取物中的上述成分，使之几乎不含这些成分。如，双缩脲反应不能检测到二肽，米伦反应无法检测到不含酪氨酸的蛋白质，而当时不知道提取物中究竟有哪些蛋白质或含有无法被双缩脲反应和米伦反应测到的蛋白质。但酶解法利用了实验设计中常用的“减法原理”，无需明确蛋白质的种类和含量，转而将其统一水解为氨基酸并除去。在当时提纯技术有限的情况下，艾弗里团队通过这种方式，巧