Eksperimentet af Meselson og Stahl ( eng. Meselson-Stahl-eksperiment - et eksperiment udført af to molekylærbiologer - Matthew Meselson og Franklin Stahl i 1958. Han viste, at DNA-replikation har en semi-konservativ karakter [1] . at hver datter DNA består af en gammel (matrix)streng og en nysyntetiseret streng.
Siden Watson og Cricks opdagelse af DNA-dobbelthelixen er der blevet foreslået flere mulige mekanismer for dens replikation. Den første hypotese om semi-konservativ DNA-replikation blev foreslået af Watson og Crick selv [2] .
Hypotesen om konservativ DNA-replikation antyder, at den overordnede dobbelthelix som helhed fungerer som en skabelon for syntesen af en barnehelix bestående af to nye strenge [3] . Denne hypotese antyder en stor rolle for histoner i replikationsprocessen.
Den spredte replikationshypotese opstod som et forsøg på at forklare, hvordan cellen kan løse problemet med at afvikle lange duplekser ved kopiering af DNA. Ifølge denne hypotese, for at forhindre supercoiling af DNA under replikation, indføres pauser i det for hver 5. nukleotidrester , som "syes op" efter at overdreven stress er fjernet fra molekylet . Som et resultat heraf består datteren (nysyntetiseret kæde) af alternerende gamle og nye sektioner med en længde på 5 nukleotidrester. Det samme gælder for forældrekæden. Denne formodning blev foreslået af Max Delbrück [4] .
Hver af disse hypoteser antager en vis fordeling af gammelt DNA i molekylerne dannet efter afslutningen af replikationen. Ifølge hypotesen om konservativ replikation vil et af molekylerne være helt gammelt, og det andet helt nyt. Semikonservativ syntese skulle føre til dannelsen af molekyler, der indeholder en gammel og en ny kæde. Den spredte replikationsmodel forudsiger, at hver streng af hvert DNA-molekyle vil bestå af alternerende gamle og nye sektioner [5] . Så hvis du fastslår, hvilke af disse tilfælde der er observeret i naturen, kan du bestemme den korrekte model.
I 1957 udgav Meselson, Stahl og Jerome Winograd en artikel om en ny metode til at studere molekylvægten og det partielle specifikke volumen af makromolekyler (for eksempel DNA ) - ligevægtstæthedsgradient ultracentrifugering [ en [6] . Denne metode giver dig mulighed for at adskille DNA-molekyler i henhold til deres tæthed: hvert molekyle stopper på stedet for gradienten, hvor tætheden af opløsningen falder sammen med dens flydende tæthed. Forfatterne anvendte denne metode til at adskille DNA-molekyler indeholdende nitrogenisotoperne 14 N og 15 N [1] . 15 N er ikke radioaktivt, men kun tungere end 14 N. DNA-molekyler, der indeholder den tunge isotop, er funktionelle og kan fordobles.
Meselson og Stahl viste, at hvis du dyrker flere generationer af Escherichia coli -bakterier i et medium rigt på 15 N eller 14 N, og derefter centrifugerer deres DNA i en cæsiumchlorid - densitetsgradient , viser det sig, at de tungere 15 N-DNA stopper tættere på bunden af et centrifugerør end 14 N-DNA [1] .
For at etablere replikationsmekanismen blev E. coli , der var vokset i flere generationer i et 15 N-holdigt miljø (derfor indeholdt deres DNA kun 15 N) overført til et 14 N-holdigt miljø, hvor de fik lov til at del kun én én gang. Tætheden af DNA isoleret fra disse celler viste sig at være større end tætheden af DNA fra bakterier dyrket i et medium rigt på 14 N, men mindre end tætheden af DNA fra bakterier dyrket i et 15 N medium. Dette var i modstrid med hypotesen om den konservative natur af DNA-replikation, hvor DNA ville blive opdelt i to fraktioner med høj og lav densitet, men ikke med en mellemliggende. Den første hypotese blev således forkastet [1] .
Det opnåede resultat udelukkede imidlertid ikke en dispergeret replikationsmekanisme, hvor sektioner af moder-DNA veksler med sektioner af datter-DNA. Ifølge hypotesen om dispergeret replikation skal bakteriernes DNA-tæthed være den samme for alle molekyler og indtage en mellemposition mellem DNA-densiteten af førstegenerationsceller og tætheden af det letteste DNA. Det viste sig dog, at cellerne indeholdt omtrent lige store mængder tungt DNA (første generation) og hybrid-DNA (anden generation). Dette faktum gjorde det muligt at udelukke hypotesen om en spredt replikationsmekanisme [1] .