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Vererbung von erworbenen Eigenschaften

Oft ist es nicht entscheidend, welche Gene wir geerbt haben, sondern welche Gene an- oder abgeschaltet sind. Epigenetiker erforschen jene Schalter, die unser Leben prägen können.

Seit einiger Zeit stöbern Forscher in grossen Datenbanken und finden verblüffende Hinweise, dass sich der Lebensstil von Menschen auf ihre Nachfahren auswirkt: Rauchten Väter zum Beispiel in der Zeit, in der ihre Spermien reiften, neigen ihre Kinder zu Übergewicht. Haben Grosseltern zu viel und zu ungesund gegessen, bekommen ihre Enkel eher Herzinfarkte. Und Menschen die lange Zeit hungerten, haben zu kleine Nachfahren mit einer verringerten Lebenserwartung.

Kann es sein, dass wir Eigenschaften vererben, die nicht aus unseren Genen hervorgehen? Gibt es einen zweiten Informationscode, mit dem Zellen ihre Reaktion auf Umweltreize festhalten? Epigenetiker sagen Ja. Sie vertreten einen neuen Forschungszweig, übersetzt etwa «Über-» oder «Nebengenetik» genannt. Nach ihren Resultaten sollten wir in die Gesundheit eines Menschen schon lange vor seiner Geburt investieren.

«Nachdem das Genom weit gehend aufgeklärt ist, konzentrieren wir uns darauf, wann und warum welcher Teil des Erbguts an- oder abgeschaltet ist», sagt der Molekularbiologe Renato Paro, Leiter des Departements Biosysteme der ETH Zürich in Basel. Jede Zelle eines Wesens hat nämlich das gleiche Erbgut. All die Unterschiede, etwa zwischen einer Nerven- und einer Hautzelle kommen daher, dass jeweils andere Gene aktiv sind.

Chemische Markierungen als Schalter

Ungefähr vier Fünftel der rund 22'500 menschlichen Gene scheinen für jede Zelle lebenswichtig zu sein und sind immer aktiv. Die restlichen Gene werden jedoch epigenetisch gesteuert, das heisst «sie tragen molekulare Elemente, die wie Flaggen anzeigen, ob sie abgelesen werden sollen oder nicht», sagt Paro. Eine Flaggen-Art sind so genannte Methylgruppen. Das sind chemische Markierungen, die direkt an die Gene binden und deren Ablesen verhindern. Andere Flaggen sitzen an den so genannten Histonen, also an Eiweissen, um die sich das Vererbungsmolekül DNA wickelt. Sie können das Ablesen von Genen erleichtern oder dafür sorgen, dass ein DNA-Stück so fest verpackt wird, dass seine Information nicht mehr verfügbar ist.

Welche Macht diese Flaggen haben, zeigte Randy Jirtle von der Duke University in Durham, USA, vor vier Jahren: Er fütterte schwangere Mäuse, die wegen einer genetischen Veränderung ein blassgelbes Fell haben, mit einer vitaminreichen Spezialdiät. Allein dadurch bekamen die meisten Nachkommen ein normales braunes Fell. Sie hatten das veränderte Gen zwar geerbt. Es war jedoch abgeschaltet. Der Grund dafür waren angelagerte Methylgruppen. Und nicht nur das: Die Mäuse, deren Mütter während der Schwangerschaft reichlich Vitamine zu sich nahmen, blieben zeitlebens schlanker und gesünder als die anderen Mäuse. Seitdem ist klar: Uns beeinflusst nicht nur, was wir essen, sondern auch, was unsere Mutter gegessen hat.

Mäuse stehen dem Menschen biologisch so nahe, dass sich diese Resultate zumindest prinzipiell übertragen lassen, meinen die Epigenetiker. Zudem scheinen uns nicht nur die Umwelteinflüsse vor und kurz nach der Geburt zu prägen. Analysen eineiiger Zwillinge zeigen, dass sie sich im Laufe ihres Lebens immer unähnlicher werden, vermutlich weil bei ihnen durch unterschiedliche Lebensstile andere Gene an- oder ausgeschaltet werden. Es ist also nie zu spät, auf eine gesunde Lebensführung umzusteigen.

Veränderte Augenfarbe

Noch viel rätselhafter erscheint, dass Teile des epigenetischen Codes vererbbar sind. Das wurde inzwischen bei vielen Modellorganismen gezeigt, unter anderem von Renato Paro in Experimenten mit der Fruchtfliege Drosophila. Er setzte speziell gezüchtete weissäugige Insekten kurzzeitig einem Hitzeschock aus, wovon einige rote Augen bekamen. Der Umweltreiz hatte epigenetische Schalter am Augenfarben-Gen verändert. Dann untersuchte Paro die Nachkommen der rotäugigen Fliegen: «Das Erstaunliche war, dass auch von diesen einige rote Augen hatten.» Die Veränderung müsse also bis in die Keimzellen vorgedrungen und vererbt worden sein. Als Paro die rotäugigen Nachkommen miteinander kreuzte, konnte er die epigenetische Vererbung dieses Merkmals über mindestens sechs Generationen verfolgen.

Auch bei der Neigung zu Krebs spielt die Epigenetik eine Rolle: Zellen besitzen eine Reihe von Schutzmechanismen, die bösartige Veränderungen im Keim ersticken. Oft sind aber mehrere davon durch falsch gesetzte Gen-Schalter blockiert. «Das erklärt, warum manche Menschen eine Veranlagung zu einem bestimmten Krebs haben ohne entsprechend veränderte Krebs-Gene zu besitzen», sagt Paro. Zahlreiche Pharmafirmen entwickeln derzeit Medikamente, die gezielt Methylgruppen oder die Histone in Krebszellen verändern. Die Berliner Firma Epigenomics probiert gerade einen Bluttest zur Früherkennung von Darmkrebs aus, der ein bestimmtes Methylgruppenmuster erkennt.

Selbst unsere Psyche unterliegt den prägenden Einflüssen der Epigenetik, weiss der Psychobiologe Dirk Hellhammer von der Universität Trier: Die Frage, wie empfindlich wir im Laufe unseres Lebens auf extreme Belastungen reagieren, werde nach seinem Eindruck «zu etwa 70 Prozent in der Zeit vor und kurz nach der Geburt im epigenetischen Muster festgelegt», folgert er aus Beobachtungen bei 1200 Menschen.

Offenbar werden Kinder später im Leben besonders anfällig für Stressleiden, wenn sie vor der Geburt oder in den ersten Jahren extremer Verwahrlosung, einem Trauma oder Ähnlichem ausgesetzt waren. «Dass es da einen direkten Zusammenhang gibt, ist inzwischen eindeutig belegt», sagt Hellhammer. So zeigte der Psychologe Michael Meaney von der McGill University im kanadischen Montreal, dass Ratten, die als Neugeborene von ihren Müttern gut umsorgt und viel abgeleckt wurden, später ruhig, mutig und ausgeglichen sind. Vernachlässigte Tiere werden ängstlich und aggressiv. Bei ihnen blockieren Methylgruppen in einem bestimmten Gehirn-Teil das Gen für die Andockstelle des Stresshormons Cortisol. Ihre Stressreaktion ist gestört.

Inzwischen fanden sowohl Meaneys als auch Hellhammers Arbeitsgruppe ähnliche Effekte bei Menschen. «Je nachdem, in was für einer Entwicklungsphase das Gehirn gerade ist, kann ein extremer Stress der Mutter ganz unterschiedliche Folgen für das Kind haben», sagt Hellhammer.

Zu schwache Schutzfunktion

Sein neuestes Beispiel: Am rätselhaften Schmerzleiden Fibromyalgie erkranken überwiegend Frauen, und – wie sein Team herausfand – wurde die Mehrheit ungewöhnlich früh geboren. «Vermutlich hatten ihre Mütter im letzten Schwangerschaftsdrittel sehr viel Stress», sagt Hellhammer. «Dadurch gelangte in das fetale Blut sehr viel mütterliches Cortisol.» Die eigenen, Cortisol produzierenden Zellen würden dann so programmiert, dass sie später nur noch wenig Stresshormon erzeugen. Trete dann irgendwann im Leben ein Trauma, eine schwere Krankheit oder eine andere extreme Belastung auf, wären durch Cortisol vermittelte Schutzfunktionen zu schwach, was Fibromyalgie auslöse. «Männer sind davon so selten betroffen, weil bei männlichen Feten wahrscheinlich weit weniger mütterliches Cortisol in die Blutbahn gelangt.»

Noch wird es dauern, bis sich all diese Vermutungen bestätigen. Spätestens dann, gibt es viele neue Argumente, seine Kinder lieb zu haben, sich niemals eine Zigarette anzuzünden und möglichst ausgewogen und gesund zu ernähren. Es scheint, als hätten wir unser biomedizinisches Schicksal und das unserer Kinder ein Stück weit selbst in der Hand.