Czego nie wiedzą geny (cz. 1)

Że najwyższy czas przestać zrzucac wszystko na geny informuje przydługawy, ale interesujący artykuł opublikowany w naukowej sekcji New York Timesa [1]. Jak wyjaśnia Sonja Prohaska, bioinformatyk z Uniwersytetu Lipskiego, wyniki nowych kompleksowych badań nad genami zmuszają biologów do zrewidowania koncepcji czym w ogóle geny są. W świetle faktów nie da się utrzymać standardowej definicji, że gen jest fragmentem DNA kodującym jedno białko. "To nie może działać w ten sposób - twierdzi Prohaska - jest po prosytu zbyt wiele wyjątków od tej konwencjonalnej reguły".

Skąd ten postępujący "krysys tożsamości" genów? Przecież wszystko wydawało się już tak dobrze ustalone. Od lat 60. ubiegłego wieku gen był rozumiany jako jednostka dzidziczności i miał swoją ścisłą definicję. Wedle niej, genem był fragment DNA zawierający instrukcję konieczne do syntezy jednego białka. Ta definicja genu przyjęła się tak dobrze, że w 1968 r. biolog molekularny Gunther Stent zadeklarował, że w tym temacie przyszłe generacje naukowców będą musiały zadowolić się jedynie "dopieszczaniem szczegółów"

Rzeczywistość szybko zweryfikowała przewidywania Stenta. Już wcześniej było wiadome, że niektóre geny nie kodują białka, ale molekuły RNA, które nigdy nie staną się białkami. Ale te wyjątki nie kłopotały biologów. "Biologia działa inaczej niż matematyka" - wzdycha Mark Gerstein, bioinformatyk z Yale. "Jeśli w matematyce znajdziesz kontrprzykład, wracasz na początek by na nowo przemyśleć definicję. W biologii wygląda to inaczej. Jeden lub dwa kontrprzykłady - ludzie bez problemu to zaakceptują".

Prawdziwe jednak problemy zaczęły się w latach 80. i 90. ubiegłego wieku, kiedy odkryto, że na bazie jednego genu może powstawać wiele różnych białek w procesie zwanym alternatywnym splicingiem (łączeniem). Aby informacja zawarta w genie przełożyła się na finalny produkt, czyli białko, najpierw informacja ta musi być "przepisana" na matrycowe RNA, które następnie ulega specjalnej obróbce, kiedy to wyspecjalizowane enzymy tną je na wiele części i nowo składają w zupełnie inny sposób. W efekcie tego z jednego genu może powstawać wiele białek. Co więcej, komórki często łączą różne fragmenty mRNA pobrane z różnych nawet fizycznie odległych genów, a nawet z różnych chromosomów. Jak argumentuje biolog Thomas Gingeras w świetle tego nie możemy dalej myśleć o genie jako o fragmencie DNA w jednej fizycznej lokalizacji. "Sądzę, że obecny paradygmat jak genom jest zorganizowany ulega przesunięciu" - dodaje.

Ale to dopiero początek. Okazuje się, że samo DNA jest przedmiotem regulacji ze strony słabo jeszcze poznanych mechanizmów kontrolnych. Mechanizm ten w zorganizowany sposób zarządza genetycznym rezerwuarem komórkowym w odpowiednich momentach aktywując niektóre geny i wyciszając inne. Wszystko to bardzo mało przypomina statyczny obraz, dominujący w biologii jeszcze do niedawna.

Geny tracą także monopolistyczną pozycję jedynej jednostki dziedziczności. Jak tłumaczy Gerstein, istnieje jeszcze co najmniej jeden kanał poprzez który informacja jest przekazywana poprzez kolejne generacje: epigenom. Ten kolejny poziom biologicznego sterowania złożony jest m.in. z białek histonowych. "Pomagają one komórkom pamiętać, które geny utrzymywać w działaniu, a których nigdy nie włączać" - twierdzi Bradley Bernstein z Harvardu. Zagadki epigenomu dopiero czekają na odkrycie - we wrześniu 2008 r. National Institutes of Health rozpoczął kosztujący 290 mln dolarów program mający na celu mapowanie epigenetycznych znaczników na DNA w różnych komórkach.

Dominacja genocentryzmu nawet w biologii głównego nurtu zaczyna się kruszyć - o tym wiedzą wszyscy, nawet ci, którzy karmią ewolucyjne masy dyrdymałami o całkowicie nas kontrolujących "samolubnych genach".

---------------------------------------------------

Przypisy:

1. Zimmer, C., (2008) Now: The Rest of the Genome. New York Times 11 November 2008, section D1.