François Jacob

1961 erforschten Jacob und Monod die Idee, dass die Kontrolle der Enzymexpressionsniveaus in Zellen ein Ergebnis von Rückmeldungen über die Transkription von DNA-Sequenzen ist.

Seit vielen Jahren war bekannt, dass bakterielle und andere Zellen auf äußere Bedingungen reagieren können, indem sie das Niveau ihrer wichtigsten Stoffwechselenzyme und/oder die Aktivität dieser Enzyme regulieren.

Befindet sich ein Bakterium beispielsweise in einer laktosehaltigen Brühe und nicht in dem einfacheren Zucker Glukose, muss es sich an diese anpassen:

1. Laktose importieren,
2. Laktose in ihre Bestandteile Glukose und Galaktose zerlegen und
3. die Galaktose in Glukose umwandeln.

Es war bekannt, dass Zellen die Enzyme für diese Schritte erhöhen, wenn sie Laktose ausgesetzt sind.

Mit der Arbeit an der DNA wurde klar, dass alle Proteine aus ihrem genetischen Code hergestellt werden. Jacob und Monod zeigten, dass es im Bakterium E. coli) spezifische Proteine gibt, die die Transkription der DNA in ihr Produkt (RNA) unterdrücken. Dies reduziert die Produktion dieser speziellen Enzyme.

Der Lac-Repressor ist ein DNA-bindendes Protein, das die Expression von Genen hemmt, die für Laktase-Enzyme kodieren. Der Repressor ist in Abwesenheit von Laktose aktiv.

Dieser Repressor (der Lac-Repressor) wird in allen Zellen hergestellt. Er bindet direkt an die DNA an den Genen, die er kontrolliert, und verhindert physisch die Transkription. Wenn Laktose verfügbar wird, wird sie in Allolaktose umgewandelt, die die DNA-Bindungsfähigkeit des lac-Repressors hemmt.

Auf diese Weise wird eine robuste Rückkopplungsschleife konstruiert, die es erlaubt, den Satz der laktoseverdauenden Enzyme nur dann herzustellen, wenn sie benötigt werden.

Die Regulation der Genaktivität hat sich zu einer sehr großen Teildisziplin der Molekularbiologie entwickelt. Es gibt viele Mechanismen und viele Ebenen der Komplexität. Gegenwärtige Forscher finden regulatorische Ereignisse auf jeder Ebene der Prozesse, die genetische Information exprimieren. Im relativ einfachen Genom der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) sind 405 der 6.419 proteinkodierenden Gene direkt an der Transkriptionskontrolle beteiligt, im Vergleich zu 1.938, bei denen es sich um Enzyme handelt.