Experiment Meselson a Stahl ( eng. Meselson-Stahl experiment - experiment provedený dvěma molekulárními biology - Matthew Meselson a Franklin Stahl v roce 1958. Ukázal, že replikace DNA má semikonzervativní charakter [1] . To znamená že každá dcera Dvojšroubovice DNA se skládá z jednoho starého (matrixového) vlákna a jednoho nově syntetizovaného vlákna.
Od objevu dvoušroubovice DNA Watsona a Cricka bylo navrženo několik možných mechanismů její replikace. První hypotézu polokonzervativní replikace DNA navrhli sami Watson a Crick [2] .
Hypotéza konzervativní replikace DNA naznačuje, že rodičovská dvoušroubovice jako celek působí jako templát pro syntézu dětské šroubovice sestávající ze dvou nových vláken [3] . Tato hypotéza předpokládá velkou roli histonů v procesu replikace.
Hypotéza rozptýlené replikace vznikla jako pokus vysvětlit, jak může buňka vyřešit problém odvíjení dlouhých duplexů při kopírování DNA. Podle této hypotézy, aby se zabránilo supercoilingu DNA během replikace, jsou do ní každých 5 nukleotidových zbytků zavedeny zlomy, které jsou po odstranění nadměrného stresu z molekuly „zašity“ . Výsledkem je, že dceřiný (nově syntetizovaný řetězec) sestává ze střídání starých a nových úseků o délce 5 nukleotidových zbytků. Totéž platí pro nadřazený řetězec. Tuto domněnku navrhl Max Delbrück [4] .
Každá z těchto hypotéz předpokládá určitou distribuci staré DNA v molekulách vzniklých po dokončení replikace. Podle hypotézy konzervativní replikace bude jedna z molekul zcela stará a druhá zcela nová. Semikonzervativní syntéza by měla vést ke vzniku molekul, které obsahují jeden starý a jeden nový řetězec. Model rozptýlené replikace předpovídá, že každý řetězec každé molekuly DNA se bude skládat ze střídajících se starých a nových úseků [5] . Pokud tedy určíte, který z těchto případů je pozorován v přírodě, můžete určit správný model.
V roce 1957 publikovali Meselson, Stahl a Jerome Winograd článek o nové metodě studia molekulové hmotnosti a parciálního specifického objemu makromolekul (například DNA ) – ultracentrifugace s gradientem rovnovážné hustoty [ en [6] . Tato metoda umožňuje oddělit molekuly DNA podle jejich hustoty: každá molekula se zastaví v místě gradientu, kde se hustota roztoku shoduje s jeho plovoucí hustotou. Autoři tuto metodu aplikovali na separaci molekul DNA obsahujících izotopy dusíku 14N a 15N [ 1 ] . 15N není radioaktivní, ale pouze těžší než 14N . Molekuly DNA obsahující těžký izotop jsou funkční a mohou se zdvojnásobit.
Meselson a Stahl ukázali, že pokud pěstujete několik generací bakterií Escherichia coli v médiu bohatém na 15N nebo 14N pak odstředíte jejich DNA v gradientu hustoty chloridu česného , ukáže se, že těžší 15N -DNA se zastaví blíže ke dnu centrifugační zkumavky než 14 N-DNA [1] .
Za účelem stanovení mechanismu replikace byly E. coli , které rostly několik generací v prostředí obsahujícím 15 N (proto jejich DNA obsahovala pouze 15 N), přeneseny do prostředí obsahujícího 14 N, kde jim bylo umožněno sdílet pouze jednou. Ukázalo se, že hustota DNA izolované z těchto buněk je vyšší než hustota DNA bakterií pěstovaných v médiu bohatém na 14N , ale nižší než hustota DNA bakterií pěstovaných v médiu 15N . To bylo v rozporu s hypotézou o konzervativní povaze replikace DNA, kdy by DNA byla rozdělena na dvě frakce s vysokou a nízkou hustotou, nikoli však se střední. První hypotéza tedy byla zamítnuta [1] .
Získaný výsledek však nevylučoval mechanismus rozptýlené replikace, kdy se úseky mateřské DNA střídají s úseky dceřiné DNA. Podle hypotézy rozptýlené replikace by hustota DNA bakterií měla být stejná pro všechny molekuly a zaujímat mezilehlou pozici mezi hustotou DNA buněk první generace a hustotou nejlehčí DNA. Ukázalo se však, že buňky obsahovaly přibližně stejné množství těžké DNA (první generace) a hybridní DNA (druhá generace). Tato skutečnost umožnila vyloučit hypotézu o mechanismu rozptýlené replikace [1] .