Nel loro primo articolo su Neurospora, pubblicato nell’edizione del 15 novembre 1941 dei Proceedings of the National Academy of Sciences, Beadle e Tatum notarono che era “del tutto ragionevole supporre che questi geni che sono essi stessi una parte del sistema, controllino o regolino reazioni specifiche nel sistema agendo direttamente come enzimi o determinando le specificità degli enzimi”, un’idea che era stata suggerita, sebbene con un limitato supporto sperimentale, già nel 1917; Essi offrirono nuove prove a sostegno di questo punto di vista, e delinearono un programma di ricerca che avrebbe permesso di esplorarlo più a fondo. Nel 1945, Beadle, Tatum e altri, lavorando con Neurospora e altri organismi modello come E. coli, avevano prodotto notevoli prove sperimentali che ogni passo in una via metabolica è controllato da un singolo gene. In una recensione del 1945, Beadle suggerì che “il gene può essere visualizzato come se dirigesse la configurazione finale di una molecola proteica e quindi determinasse la sua specificità”. Sosteneva anche che “per ragioni di economia nel processo evolutivo, ci si potrebbe aspettare che, con poche eccezioni, la specificità finale di un particolare enzima sia imposta da un solo gene”. All’epoca, si pensava che i geni fossero costituiti da proteine o nucleoproteine (anche se l’esperimento Avery-MacLeod-McCarty e i lavori correlati stavano cominciando a mettere in dubbio questa idea). Tuttavia, la connessione proposta tra un singolo gene e un singolo enzima proteico è sopravvissuta alla teoria proteica della struttura del gene. In un articolo del 1948, Norman Horowitz chiamò il concetto “ipotesi un gene-un enzima”.
Anche se influente, l’ipotesi un gene-un enzima non era incontestata. Tra gli altri, Max Delbrück era scettico sul fatto che solo un singolo enzima fosse effettivamente coinvolto in ogni fase delle vie metaboliche. Per molti che accettarono i risultati, essi rafforzarono il legame tra geni ed enzimi, così che alcuni biochimici pensarono che i geni fossero enzimi; ciò era coerente con altri lavori, come gli studi sulla riproduzione del virus del mosaico del tabacco (che era noto per avere variazioni ereditabili e che seguiva lo stesso modello di autocatalisi di molte reazioni enzimatiche) e la cristallizzazione di quel virus come una proteina apparentemente pura. All’inizio degli anni ’50, le scoperte di Neurospora erano ampiamente ammirate, ma l’opinione prevalente nel 1951 era che la conclusione che Beadle aveva tratto da esse era una grande semplificazione eccessiva. Beadle scrisse nel 1966, che dopo aver letto il Simposio di Cold Spring Harbor del 1951 sui geni e le mutazioni, ebbe l’impressione che i sostenitori dell’ipotesi un gene-un enzima “si potevano contare sulle dita di una mano con un paio di dita in più”. All’inizio degli anni ’50, la maggior parte dei biochimici e dei genetisti consideravano il DNA il candidato più probabile per la base fisica del gene, e l’ipotesi un gene-un enzima fu reinterpretata di conseguenza.
Un gene-un polipeptideModifica
Assegnando un ruolo istruttivo ai geni, Beadle e Tatum hanno implicitamente riconosciuto ai geni una capacità informativa. Questa intuizione ha fornito le basi per il concetto di codice genetico. Tuttavia, non è stato fino a quando gli esperimenti sono stati eseguiti dimostrando che il DNA era il materiale genetico, che le proteine sono costituite da una sequenza lineare definita di amminoacidi, e che la struttura del DNA conteneva una sequenza lineare di coppie di basi, c’era una chiara base per risolvere il codice genetico.
Dai primi anni ’50, i progressi nella genetica biochimica – stimolati in parte dall’ipotesi originale – hanno fatto sembrare l’ipotesi un gene-un enzima molto improbabile (almeno nella sua forma originale). A partire dal 1957, Vernon Ingram e altri dimostrarono attraverso l’elettroforesi e la cromatografia 2D che le variazioni genetiche nelle proteine (come l’emoglobina falciforme) potevano essere limitate a differenze in una sola catena polipeptidica in una proteina multimerica, portando invece all’ipotesi “un gene-un polipeptide”. Secondo il genetista Rowland H. Davis, “Nel 1958 – anzi, persino nel 1948 – un gene, un enzima non era più un’ipotesi da difendere con determinazione; era semplicemente il nome di un programma di ricerca.”
Attualmente, la prospettiva un gene-un polipeptide non può rendere conto delle varie versioni spliced in molti organismi eucarioti che usano uno spliceosoma per preparare individualmente un trascritto di RNA a seconda dei vari segnali ambientali inter- e intra-cellulari. Questo splicing è stato scoperto nel 1977 da Phillip Sharp e Richard J. Roberts