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Das Gen - dank Genomforschung ein überholtes Konzept?

Wissenschaftler fördern immer mehr Fakten zu Tage, welche das Gen als überholtes Konzept erscheinen lassen. Einige Forscher drängen gar darauf, den Begriff ganz aus der Wissenschaft zu verbannen.

In der Schule lernte man: Gene sitzen wie Perlen auf der DNA-Kette der Chromosomen, brav eines hinter dem anderen. Sie werden in Boten-RNA umgeschrieben (Transkription), die als Vorlage für die Herstellung von Proteinen dient (Trans­lation). Die Proteine verrichten ihre wohldefinierten Aufgaben - und damit haben auch die Gene ihre Funktion erfüllt.

Funktionen eines Gens

Funktion, Ort und Proteinherstellung eignen sich nicht für die Definition eines Gens

Dieses Konzept ist leicht verständlich, wohlgeordnet - und in wesentlichen Teilen falsch1. Weder Ort noch Funktion taugen dazu, als Definition für ein Gen zu dienen. Und RNA-Gene erfüllen wichtige Aufgaben, ohne jemals ein Protein herzustellen. Im Detail ergibt sich folgendes Bild2:

1. Ein Gen kommt selten allein

Manche Gene lieben es kuschelig und teilen sich ihren Platz auf dem Chromosom mit anderen Genen. Dies ist möglich, weil Gene aus verschiedenen Untereinheiten (Exons) bestehen, die sich beliebig ineinander verschachteln lassen. Oder aber, noch platzsparender, sie teilen sich die gleiche DNA-Buch­staben­folge - einmal vorwärts und einmal rückwärts gelesen. Selbst wenn man nur die klassischen Proteingene betrachtet, verhindert dies die Identifizierung von Genen aufgrund ihrer Position auf dem Chromosom. Wenn man noch die unten beschriebenen RNA-Gene einbezieht, wird es gänzlich unübersichtlich: Diese erhöhen das Gedränge auf dem Chromosom noch einmal beträchtlich.

2. Viele Gene haben mehr als eine Funktion

Die Untereinheiten oder Exons der Gene lassen sich vielfältig miteinander kombinieren: So entstehen unterschiedliche Proteine, die auch unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Im Extremfall kann es sogar passieren, dass aus einem Gen zwei Proteine hervorgehen, die keine einzige Untereinheiten mehr gemeinsam haben.

3. RNA-Gene erzeugen keine Proteine

In der klassischen Auffassung dient ein Gen vor allem einem Zweck - der Herstellung von Proteinen. Zwar waren einige wichtige RNA-Gene bekannt (etwa für Ribosomen), doch die galten als kuriose Ausnahmen und fielen regelmäßig unter den Tisch. Doch in letzter Zeit ist die Genomforschung auf so viele neue Klassen von RNA-Molekülen gestoßen, dass man sie beim besten Willen nicht mehr ignorieren kann. Große und wichtige Bereiche des Genoms warten daher darauf, in einer moderneren Definition des Gens (oder wie man es in Zukunft nennen mag) aufzugehen.

Damit ist klar: Die gängige Auffassung des Gen beschreibt nur einen Teil der funktionellen Elemente des Genoms - das klassische Proteingen. Das ist auch nicht verwunderlich, denn die Natur sträubt sich seit jeher dagegen, in einfache Begriffe und Kategorien gepresst zu werden. Auch das Genom ist viel zu facettenreich, um durch ein stark reduziertes Konzept - wie es das Gen darstellt - sinnvoll beschrieben zu sein.

Doch wenn das Gen nicht gilt, was setzt man dann an seine Stelle? Wissenschaftler operieren mit seltsamen Begriffen wie Genon4,5 oder Genitor1, und erweitern die Konzepte so, dass sie alle beobachteten Möglichkeiten einschließen. Doch die vorgeschlagenen Definitionen sind selbst für Fachleute nur schwer verdaulich, eine breite Akzeptanz hat noch keine erreicht. Dazu kommt: Nur die wenigsten Wissenschaftler interessieren sich für diese Debatte, die ihre tägliche Forschung im Grunde nicht beeinflusst.

Der Begriff "Gen" wird also nicht demnächst aus unserem Wortschatz verschwinden, weder im Alltag noch in der Wissenschaft. Doch man sollte sich klar machen, dass dieses Konzept nur eine Krücke für den menschlichen Verstand darstellt - die Natur hat dafür wenig Verwendung.

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1 Keller und Harel, Beyond the Gene, PLoS ONE 2007, vol. 2, pp. e1231 (Link)
2 Gerstein et al., Genome Research 2007, What is a gene, post-ENCODE?, vol. 17, pp. 669-681 (Link)
alle Referenzen anzeigen 3 P. Carninci, The long and short of RNAs, Nature 2009, vol. 457, pp. 974-5 (Link)
4 Scherrer und Jost, The gene and the genon concept: a functional and information-theoretic analysis, Molecular Systems Biology 2007, vol. 3, pp. 87 (Link)
5 Prohaska und Stadler, Genes, Theory in Biosciences 2008, vol. 127, pp. 215-21 (Link)

Funktionen eines Gens

Funktion, Ort und Proteinherstellung eignen sich nicht für die Definition eines Gens
Gen sind vielfältiger, als Forscher bislang dachten.

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Kurz und knapp

  • die Vorstellung vom Gen hat sich in den letzten Jahren radikal verändert
  • Gene lasst sich nicht mehr genau einem begrenztem Bereich des Genoms zuordnen
  • ein Gen kann unterschiedliche Proteine hervorbringen und somit viele Funktionen haben
  • eine unerwartet große Zahl von Genen - vielleicht sogar die Mehrheit - produziert RNA als Endprodukt
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