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Epigenetik Das Gedächtnis des Erbguts

Es war ein Dogma in der Biologie: Vererbt wird nur das, was in den Genen steht. Doch inzwischen haben Wissenschaftler entdeckt: Auch Umwelteinflüsse - Hunger zum Beispiel - werden an die nächste Generation weitergegeben.

Stand: 02.09.2016

Nur ein Brot und ein Kilogramm Kartoffeln pro Woche bekamen die Niederländer ab Oktober 1944 zu essen. Ab Januar des letzten Kriegswinters gab es statt Kartoffeln sogar nur noch Zuckerrüben. Die Menschen aßen, um ihren Hunger zu stillen, das Einzige, was ein Holland noch reichlich vorhanden war: Tulpenzwiebeln. Etwa 22.000 Menschen verhungerten während der Zeit der deutschen Besatzung.

Risiko für Krankheiten

Niederländer aus dem Jahrgang 1945 haben oft Probleme mit dem Blutdruck.

Wer in den Monaten nach der Hungersnot zur Welt kam, brachte meist nicht einmal zweieinhalb Kilogramm auf die Waage. Doch nach dem Krieg gab es glücklicherweise bald wieder genug zu essen. Keinem Niederländer sieht man heute noch an, ob er 1945 oder ein paar Jahre früher oder später geboren ist. Ärzte in unserem Nachbarland wissen allerdings, dass Menschen dieses Jahrgangs ein besonders hohes Krankheitsrisiko für Diabetes und Bluthochdruck haben. Es scheint fast so, als hätten sie die Krankheiten geerbt.

Überfluss an Informationen

Im Erbmaterial einer Zelle steht weit mehr, als sie selbst braucht.

Als Forscher das Erbgut von Angehörigen des Jahrgangs 1945 aus Holland untersuchten, sahen sie, dass die betreffenden Gene bei diesen Menschen völlig normal waren. Der Text des Erbguts selbst lieferte also keinerlei Hinweis auf die Erkrankungen. Aber dieser Text ist eben nicht alles. Das Erbmaterial enthält nämlich viel mehr Informationen, als eine Zelle normalerweise braucht. Der größte Teil bleibt ungenutzt.

Schalter im Erbgut

DNA-Doppelhelix | Bild: BR zum Thema Telekolleg Biologie Grundlagen der Genetik

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Nur bei Bedarf liest die Zelle die Daten und führt die Befehle aus, die darin enthalten sind. Sie tut das aber nur, wenn das Gen eine Markierung trägt, dass es "eingeschaltet" ist. Und solche "Genschalter" waren bei den Kriegskindern aus den Niederlanden umprogrammiert. Diese Erkenntnis brachte ein zentrales Dogma der Genetik ins Wanken: Ist der Bauplan der Gene selbst vielleicht gar nicht so entscheidend dafür, ob wir zum Beispiel krank werden oder nicht? Sollte es etwa genauso darauf ankommen, welche Gene in unseren Zellen eingeschaltet und welche stillgelegt sind?

Neues Forschungsfeld

Umwelteinflüsse können die Erbinformationen verändern.

Seit einiger Zeit beschäftigt sich damit ein eigenes Forschungsgebiet, die sogenannte Epigenetik. Sie hat herausgefunden: Die Schalter an unseren Genen sind viel wichtiger, als Wissenschaftler früher glaubten. Unsere Zellen nutzen diese Schalter, um rasch auf Stressfaktoren zu reagieren: auf Hunger, Gifte, psychische Belastungen. Dann werden Gene angeschaltet, die in einer solchen Situation nützen, und alles Überflüssige wird stillgelegt.

"Diese Gene können dann auf Dauer, (...) bis zum Ende des Lebens verändert bleiben. Wir wissen mittlerweile auch, dass sie über mehrere Generationen hinweg verändert bleiben können."

Jörg Dötsch, Leiter der Kinderklinik der Universität Köln

Das erklärt zum Beispiel, warum viele Niederländer Jahrgang 1945 zuckerkrank sind: Bereits ihre Mütter haben in ihrem eigenen Erbgut das Stoffwechselprogramm "Hunger" gespeichert. Für die Schwangeren im Hungerwinter 1944/45 war es eine sinnvolle, überlebenswichtige Strategie. Sie hatten wirklich zu wenig Zucker oder Kohlenhydrate zur Verfügung.

Notfallprogramm macht Nachkommen krank

"Es gab auch eine große Hungersnot während des Zweiten Weltkriegs in Leningrad. Die Nachkommen dieser Hungersnot in Leningrad haben in Hinblick auf das Übergewicht und den Diabetes nicht die Probleme, die in den anderen Hungersnöten entstanden sind. Die Frage ist: Warum ist das so? Man hat in der Forschung herausgefunden, dass die Nachkommen der Leningrad-Hungersnot auch nach der Beendigung der Belagerung zu wenige Kalorien bekamen. Denn in der Sowjetunion war weiterhin eine zu niedrige Kalorienversorgung an der Tagesordnung."

Jörg Dötsch, Leiter der Kinderklinik der Universität Köln

Geänderte Erbinformationen sorgen in der nächsten Generation für Übergewicht.

Hätte die schlechte Versorgungssituation angehalten, wäre das "Hungerprogramm" der Zellen auch für die nächste Generation angemessen gewesen. In den Niederlanden war das anders. Dort gab es schon bald wieder genug zu essen. Der von den Müttern geerbte und auf Hunger geeichte Stoffwechsel schadete den Menschen plötzlich. Ihre Zellen weigerten sich sozusagen auf Grund der früheren Erfahrung, den nun reichlich vorhandenen Zucker zu verbrauchen. Die Folge: Bei vielen Menschen sammelte sich zu viel Zucker im Blut an und sie wurden zuckerkrank.
Für die Mütter war es sinnvoll gewesen, bestimmte Gene abzuschalten und ein Notfallprogramm anzuwerfen. Doch ihre Kinder wurden dadurch auf Übergewicht und Diabetes programmiert.

Krebsbremsen außer Betrieb

Wenn wichtige Gene abgeschaltet werden, kann das auch andere dramatische Folgen haben: Einige Erbabschnitte sorgen zum Beispiel dafür, dass sich Zellen nicht beliebig vermehren. Wächtergene werden diese Erbabschnitte oft genannt. Fallen diese Krebsbremsen aus, kommt es zu ungehemmtem Zellwachstum. Lange Zeit dachten Forscher, dass Mutationen dafür verantwortlich sind, dass die Wächtergene außer Gefecht gesetzt werden. Heute wissen sie: Es genügen schon kleine chemische Markierungen an den Genen - quasi ein "Außer Betrieb". Umwelteinflüsse zum Beispiel können solche chemischen Veränderungen hervorrufen.

Kaputte Bremsen reparieren

Gerade werden Wirkstoffe getestet, die die stillgelegten Krebsbremsen wieder aktivieren sollen. Wenn Ärzte herausfinden, welche Genschalter eine Krebsgeschwulst wachsen lassen, könnten Tumore früher entdeckt werden. Das würde bei einigen Krebsarten einen Fortschritt bedeuten, da die Heilungschancen umso besser sind, je früher ein Tumor entdeckt wird.

Zeit heilt nicht alle Wunden

Übrigens kann auch Stress Spuren im Erbmaterial hinterlassen. Belastende Erlebnisse prägen sich buchstäblich ein und verändern zwar nicht die Erbsubstanz selbst, aber die Schalter auf der Erbsubstanz. Erbgut hat ein Langzeitgedächtnis: In Nachfolgegenerationen könnten dann zum Beispiel die Empfindlichkeit gegenüber dem Stresshormon Cortisol besonders hoch sein, vermehrt Adrenalin ausgeschüttet werden oder das Immunsystem gedrosselt sein. Forscher fanden heraus, dass eine solche Stress-Prägung mit Medikamenten oder einer Gesprächstherapie teilweise rückgängig gemacht werden kann. Wenn man das Zeitfenster nutzt, das hierfür nur wenige Monate nach einem traumatischen Ereignis offen steht.


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