Vad är en gen?

Att hitta de gener som bär instruktionen för att bygga upp proteiner har visat sig vara den lätta biten. Det är den andra delen, de andra 98 procenten av genomet, som är svår att förstå sig på. Nu har funktionen hos de andra delarna börjat kartläggas systematiskt. För de insatta har det varit känt ett tag nu, men för oss andra är det bara att inse att det vi tidigare lärt oss om hur genetik fungerar bara förklarar en liten del av hela bilden.

Dogmen om “en gen ett protein”

På 1930-talet bombarderade George Beadle och Edward Tatum en mögelsvamp med röntgenstrålar. Från det våldsamma experimentet kunde de odla upp olika muterade mögelkulturer som alla hade något fel i sin ämnesomsättning*. Mutanterna visade hur varje steg i ämnesomsättningen kontrollerades av ett specifikt enzym.

Det specifika enzymet kom i sin tur från en gen som kunde förändras om den bombarderades med röntgenstrålning. Experimentet ledde till en genetisk modell som levt och frodats fram till våra dagar: en gen, ett protein. Det var ett stort steg, kom ihåg att det här var innan forskarna var överens om vilken molekyl som bar ärftligheten. Ingen visste vad det var för en molekyl som hade bombarderas. Dnamolekylens struktur var ännu längre bort i framtiden, men inspirerade av den teoretiska fysikern Erwin Schrödinger hade många tagit upp jakten på genens molekyl.

Under de 70 år som följde vad det mycket som hände. Forskarvärlden lärde sig om dnamolekylens kemiska struktur och kunde därefter börja läsa den genetiska kodens fyra bokstäver. Biologin har genomgått och genomgår en teknisk revolution som är svår att överblicka.

 

Människans genom

2003 var det långa och tidskrävande arbetet med att sekvensera människans genom klart. Alla biologer var förväntansfulla och ville veta hur många gener människan har, alltså antalet platser på dna som bär information som behövs för att göra protein. När alla tre miljarder kvävebaser kunde analyseras stod det klart att antalet sådana gener var förvånansvärt få, bara 23 000 när man hade förväntat sig 100 000. Ur den aspekten har människor ungefär lika många gener som den mikroskopiska nematoden, ett maskliknande djur. Men hos nematoden står generna som kodar för proteiner för 24 procent av hela genomet medan de hos människa bara står för knappt två procent.

 

Är du två procent?

Att förstå hur genomet arbetar är en stor uppgift för 2000-talets genetiker. De två procenten är som en stor påse med lego, medan människan är som en väl fungerande legorobot. Vi vet var i kroppen många av de olika bitarna används och vi kan använda oss själva för att ta reda på var okända bitar hör hemma.

Den stora utmaningen handlar om att förstå hur informationen om vilka bitar som är rätt i olika delar av kroppen, eller mer specifikt i olika typer av celler. Det finns många hundra olika sorters celler i människokroppen, trots att allting började med en enda befruktad äggcell. Vad är det för något som håller i trådarna och får rätt legobit, rätt protein, att hamna i rätt cell? Ännu ett jättelikt långsiktigt samarbete mellan mängder av forskare arbetar med att kartlägga just det. Nyligen gav de ut en hel hög med vetenskapliga artiklar.

 

Vad är en gen?

Okey. Vi har alltså hela vår genetiska kod, vårt genom, men hur används det? Hur gör man om man vill undersöka hur hela genomet fungerar? Det skulle behövas en samlad katalog över alla delar av genomet som gör något. Det är just det som det stora forskningssamarbetet Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) arbetar med. Nyligen så publicerade de ett trettiotal artiklar i välrenomerade vetenskapliga tidskrifterna Nature och Science.

ENCODE presenterade resultatet av experiment som undersöker vilka delar av genomet som är aktivt i 147 olika typer av mänskliga celler. Genom att pussla ihop de olika delar av genomet som är aktivt i olika celler kunde de visa att ungefär 80 procent av allt dna är biologiskt aktivit på något sätt. 80 procent är bra mycket mer än två, men vad betyder “biologiskt aktivt”? Det här 80 proocenten har skapat en viss debatt.

ENCODE-projektet kan rapportera om vad ytterligare drygt 6 procent av genomet gör för något. De har hittat mängder av delar i genomet som på olika sätt påverkar när de proteinkodande generna ska vara påslagna, avstängda, öka sin produktion eller minska sin produktion. Projektet har visat det som många forskare redan visste, nämligen att själva regleringen av generna är minst lika viktigt som de proteinkodande generna. Den stora märkvärdigheten är att ENCODE-projektet lyckas ge en mer generell bild som gäller för hela genomet. Det är unikt och det generella angreppssättet gör också att vi måste förändra och förfina det som vi menar med begreppet “gen”. Det är dags att bryta med den gamla “en gen ett protein”-dogmen.

Definitionen av en gen på wikipedia är “en molekylär ärftlig enhet hos en levande organism”. Det är en defintion som rymmer så mycket mer än bara proteinkodande gener, men å andra sidan är hela genomet ärftligt så definitionen kan sägas rymma alldeles för mycket. Den måste specificeras. Vi vet idag att vårt mänskliga genom rymmer ungefär 2 procent gener som kodar för protein, och drygt 6 procent gener som påverkar när de andra två procenten ska vara aktiva. Vi har alltså mer än 8 procent av genomet som vi vet har en specifik uppgift, eller uttryckt på ett annat sätt; om vi skulle ta bort delar av dessa 8 procent skulle det påverka cellens funktion på något sätt. Utöver det så finns det en stor del av genomet som läses av på olika sätt i olika celler, men om det har någon funktionell betydelse eller inte går inte att säga idag.

Vissa forskare menar att upp mot 20 procent av genomet verkar användas på ett biologiskt relevant sätt. För att undersöka om det verkligen är så måste det experimenteras med ännu fler mänskliga celler och det är lättare sagt en gjort. Om de återstående 60 procenten som ENCODE menar är "biologiskt aktiv" har någon riktigt betydelse eller inte återstår att se. Frågan man bör ställa sig är om det skulle ändra cellens funktion om man tog bort en viss del av dessa 60 procent? Den biologiska aktiviteten kan vara nog så subtil, från inbindning till proteiner som håller dnakedjan i schack till strukturella delar som behövs när kromosomerna ska dela sig. Det viktigaste som vi kan lära oss av ENCODE är att det behövs så mycket mer än proteinkodande gener för att en cell ska fungera, för att en levercell ska bli en levercell och en hjärncell en hjärncell. Gener är så mycket mer än det, så mycket mer än bara ritningen för legobitarna. Gener är också de delar av dna som behövs för att orkestrera hela legobygget, från ritning till produktionskedja.

Det är dags att skriva om skolböckerna och skapa nya definitioner. Det gamla sättet att använda begreppet "gen" är en historisk rest från den tid då vetenskapen inte kände till dna och än mindre genomets mekanismer. Vi borde bygga upp en ny begreppsvärld som bygger på det vi vet om dna och dess biologiska funktion idag. Och när vi nu ser gener i ett nytt ljus, vad betyder det då för konceptuella idébyggen som den "själviska genen"? Det tål att tänkas på.

 

*) Rekommenderad läsning

Mawer, Simon. 2006. Gregor Medel. Planting the seeds of genetics. Abrahams, New York

Uddenberg, Nils. 2003. Idéer om livet. En biologihistoria. Natur och Kultur, Stockholm

Lägg till ny kommentar