Через 5 лет, в 1966 г. американцы В. Джилберт и Б. Мюллер-Хилл (218) открыли ген, ответственный за синтез белка-репрессора lac, то есть белка, блокирующего транскрипцию, тем самым представив дополнительные факты в поддержку данной гипотезы. Стал неясным вопрос, а оператор — это часть гена или нет.
В 1955 г. Была введена в оборот концепция цистрона, как область ДНК, которая подвержена мутациям (167). В 1958 г. Крик (194) сформулировал центральную догму генетики, в которой исключил возможность обратного потока информации от белка к РНК и от РНК к ДНК. В последнем случае он оказался не прав. Информация с РНК может переписываться на ДНК.
В 1959–1961 году концепция цистрона была чуть изменена (168, 169, 170). Она была детализирована после открытия Джакоба и Моно (243, 244). Цистрон стал определяться как последовательность нуклеотидов, кодирующая один белок (168–170), а ещё точнее ген — это непрерываемый участок ДНК, способный выполнять функцию в цис и транс аспекте (подробнее см. 309, 310). Если перевести с научного, то в понятие ген включили регуляторные гены (транскрипционные фактор, репрессоры…), то есть белки которые приклеиваются к регуляторным участкам ДНК, регулируя синтез белков с последующих участков ДНК. Непрерывный участок ДНК, включавший последовательности нуклеотидов, которые с помощью белков регулировали транскрипцию закодированных далее нескольких белков, получил название оперон. Ген оператор стал считаться частью гена. То есть, определение базировалось на следующей формуле: генетическая функция = ген = полипептид = непрерывный участок ДНК = цистрон.
В том далеком 1959 году, в самом начале эры молекулярной биологии ген определялся как единица функции определяемая генетическими методами, например цвет соцветий, форма крыльев мушки, число и форма колоний бактерий в чашке Петри. Обратите внимание никто не говорил тогда о генах как участках ДНК. Этот анализ не имел ничего общего с ДНК или РНК но определял исключительно функцию. Затем понятие ген было детализировано и под геном понималась не прерываемая последовательность нуклеотидов, кодирующая один белок. Функция (характеристика) = ген = полипептид = непрерывный участок ДНК. В те времена, термин ген был почти синомимом термину кодирование белка (295).
В 1965 г. двумя независимыми группами исследователей (285, 317) началась расшифровка генетического кода, который был теоретически предсказан советским физиком-невозвращенцем Гамовым (311).
В 1969 г. Патти задался вопросом, как последовательность нуклеотидов становится геном, как молекула становится сообщением. И не смог дать точного ответа (248).
Существенный шаг в понимании, что такое ген был сделан тогда, когда исследователи начали расшифровывать полные последовательности нуклеотидов в ДНК. Эти последовательности назвали геномами. В 1976 г. был получен первый полный геном бактериофага (212)
Открытие мозаичной структуры эукариотных генов было сделано в 1977 г. группами ученых, возглавляемых американскими исследователями Ричардом Робертсом и Филиппом Шарпом (170, 188, 216). Тем самым, были открыты интроны и сплайсинг. За это открытие им была присуждена Нобелевская премия. Но термины интрон и экзон предложил У. Джильберт (248).
Оказалось, что сначала матричные РНК синтезируется в виде непрерывного гигантского предшественника и только затем из нее вырезаются интроны, с процессе так называемого сплайсинга, то есть вырезания некодирующих участков из незрелой матричной РНК. Более того, один и тот же участок ДНК может кодировать несколько белков, которые синтезируются независимо друг от друга, если изменить так называемую рамку считывания. Были обнаружены гены, которые вообще не кодируют полипептидов. Это гены, кодирующие транспортные РНК (тРНК) или рибосомные РНК (рРНК), участвующие в синтезе белка. В составе матричной РНК были открыты так называемые нетранслируемые участки, которые в некоторых генах, например, прионах, длиннее чем сама кодирующая часть мРНК.
Уже Б. Мак-Клинток в своей Нобелевской лекции описала геном как очень чувствительный орган клетки, отслеживающий свою активность и корректирующий общие ошибки, чувствуя необычные и неожиданные события и реагирующий на них.
Геном, как команда в футболе. Никогда не знаешь, заиграет команда из лучших игроков или нет, пока не попробуешь. Как видим, никаких шариков на бусах нет и в помине.
В 1985 г. философом Р. Бурианом в очередной раз был поставлен вопрос о том, а что же такое ген (248). В свое время ген был провозглашен “удобным понятием”, “рабочей гипотезой” и т. п. В том же 1985 г. Фэлк (208) писал, что ген это элемент ДНК «и не дискретный и не непрерывный и не имеющий конкретной локализации и четко очерченной функции и даже постоянной последовательности нуклеотидов и четких границ» (… the gene is [.]neither discrete [.] nor continuous [.], nor does it have a constant location [.], nor a clearcut function [.], not even constant sequences [.] nor definite borderlines.
По мнению Портина (293. С. 208), старый термин ген, полезный в начале развития генетики, уже бесполезен в современных условиях. С ним согласен У. Джелбат, который пишет, что ген более не является физическим объектом. Это более концепция, которая приобрела большое значение в прошлом, но потеряла его в настоящем. По мнению историков науки, концепция гена никогда не была единой, понятной и точно очерченной (248. С. 69). Как видим, четкого понятия, что такое ген не было, нет и, скорее всего, не будет. Но давайте продолжим наш анализ.
5.3. РАЗМЫТОСТЬ СОВРЕМЕННОГО ПОНЯТИЯ ГЕН
Ну а как же сейчас (18)? В интернете я нашел несколько определений гена.
"Ген — это участок или несколько участков ДНК, в котором последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи". Но есть гены, которые кодируют не информационные РНК, а рибосомальные РНК и транспортные РНК.
"Геном называется участок ДНК, кодирующий один белок. Он начинается с так называемого старт кодона, которые указывает молекуле белка, ответственной за образование молекулы информационной РНК в ядре, что именно здесь начинается информация, кодирующая данный белок. Похожий сигнал есть и в конце гена. Другими словами, промотор сигнал (или инициирующий сигнал) и стоп сигнал определяют, когда надо начинать транскрипцию и когда закончить".
"Ген (эукариотный) — это длинная и преимущественно случайная, не кодирующая последовательность нуклеотидов, в которой расположены участки (экзоны), способные после вырезания из транскрипта этого гена и их объединения в строго определенной очередности, кодировать определенную функцию".
"Ген — это полный сегмент хромосомы, ответственный за функциональный продукт."
Часто вместо термина ген нередко используется термин кодирующая последовательность ДНК — это отрезок двойной нити ДНК, с которого копируется РНК. Иногда генами считают отрезки ДНК, начиняемые особыми последовательностями нуклеотидов, так называемыми «старт-кодонами». Во втором издании учебника под названием "Молекулярная биология гена" под редакцией Нобелевского лауреата Уотсона ген определялся как участок ДНК, открытый для открытого прочтения от старт кодона до стоп кодона. (Для тех кто не в курсе поясню. Образование матричной РНК начинается с определенного триплета нуклеотидов ДНК, который носит название старт кодона). При этом белки-стимуляторы синтеза РНК, белки-операторы, то есть белки, непосредственно участвующие в синтезе и другие регуляторные элементы могут располагаться вне гена (см. 338, рисунок 14-6 на странице 445).
В 1994 году наиболее популярный учебник Б. Льюина «Гены» давал такое определение гена. "Ген (цистрон) это сегмент ДНК вовлеченный в продуцирование полипептидной цепи. Он включает области, предшествующие и следующие за областью ответственной за кодирование, а также интроны.
В наиболее широко распространенном на Западе учебнике "Молекулярная биология клетки" (157) утверждается, что обнаружение, что эукариотические (а проще небактериальные или клетки с обособленным ядром) клетки содержат интроны и что их кодирующая последовательность нуклеотидов может считываться более чем одним способом, подняло вопрос о том, что такое ген. Ведь вроде бы подразумевалось, что один ген это одна полипептидная цепь. Сейчас считается, что это отрезок ДНК, который кодирует одну молекулу РНК, которая в свою очередь кодирует одну полипептидную (или белковую) цепь или сама по себе имеет особую клеточную функцию. Явление альтернативного сплайсинга (или вырезания ненужных цепей нуклеотидов по-разному) подрывает и это определение.
В статье Джинжераса (219) ген определен как геномическая область или область генома, которая продуцирует полиаденозилированную мРНК. Герштейн с соавторами (217) определяют ген как набор перекрывающихся транскриптов, которые образуются из одной и той же последовательности нуклеотидов ДНК, начинающейся со старт-кодона и кончающейся стоп-кодоном, при использовании разных рамок считывания информации.
На одном из вебсайтов, где содержатся дата базы данных о нуклеотидных последовательностях ДНК, ген определяется "как набор первичных перекрывающихся транскриптов".
Организация по созданию номенклатуры человеческого генома так определила ген. "Сегмент ДНК, который оказывает влияние на функции фенотипа" (336).
Бросиус и Гоулд (183) считают, что в многоклеточных организмах архитектура большинства генов, включая те их части, интроны, которые не кодируют белки, имеет модульный характер.
Свое определение гена дает Номенклатурный комитет, который участвовал в расшифровке генома человека. "Ген — это сегмент ДНК который вносит вклад в реализацию фенотипа/функции и при отсутствии демонстрируемого фенотипа/функции ген может быть определен охарактеризован последовательностью нуклеотидов, транскрипцией и гомологией" (219, 336). Мне лично после этого определения вообще ничего не стало ясным.
"Ген — участок ДНК, кодирующий отдельный белок, уже не имеет ничего общего с геном в моргановском понимании. И в том, что наследственное вещество состоит из таких генов, не содержится ничего принципиально отличного от утверждения, что всякое вещество состоит из элементов. Идея о дискретности наследственного вещества опустилась от принципиального — “каждому признаку — свой ген” до тривиального — вещество наследственнос