epigenetische Markierung

    Bekanntlich werden Informationen im Epigenom durch die DNA-Methylierung gespeichert, wobei kleine Moleküle an die DNA-Basen angehängt werden,d. h., mithilfe der DNA-Methylierung entstehen markierte Stellen auf bestimmten DNA-Regionen, ohne dass die Abfolge der Basen verändert wird, d. h., Gene können so markiert und abgeschaltet werden. Diese Art der Markierung ist chemisch sehr stabil, kann aber auch wieder durch Enzyme entfernt werden, d. h., das Epigenom bleibt flexibel und kann jederzeit auf Veränderungen reagieren. Solche DNA-Methylierungen werden von einer Zell-Generation auf die nächste übertragen. Die Methylierung zeigt gewissermaßen der Zelle, welche Regionen der DNA sie nutzen kann und welche nicht. Der genetische Code der DNA bleibt also von diesen epigenetischen Strukturen unberührt, doch sie bestimmen über die Aktivierbarkeit der DNA, also darüber, wie gut oder schlecht einzelne Abschnitte des DNA-Moleküls und damit auch die dort liegenden Gene abgelesen und in das entsprechende Protein übersetzt werden können. Im Gegensatz zu Veränderungen der DNA, den Mutationen, sind Veränderungen der epigenetischen Strukturen grundsätzlich reversibel. Diese Umkehrbarkeit ist einer der Wesenszüge der Epigenetik, denn sie erlaubt eine vergleichsweise flexible Anpassung der Genaktivierbarkeit. DNA-Mutationen sind hingegen unumkehrbar und entsprechend unflexibel.

    Im jüngsten Studien zur epigenetischen Vererbung bei Tieren kommt man zeigen, dass epigenetische Modifikationen über Generationsgrenzen hinweg übertragen werden. Andererseits zeigen die Daten die biologischen Folgen dieser Vererbung und legen nahe, dass epigenetische Markierungen, die von der Mutter übertragen werden, einen genau abgestimmten Mechanismus darstellen, um die Genaktivierung während des komplexen Prozesses der frühen Embryonalentwicklung zu regulieren. es gilt als sicher, dass Menschen mehr als nur Gene ihrer Eltern erben, denn man fand auch Mechanismen, die die Aktivität des Erbguts steuern und von denen man weiß, dass sie durch unsere Umwelt und vom individuellen Lebensstil beeinflusst werden. Es ist somit durchaus denkbar, dass zumindest in einigen Fällen erworbene Umweltanpassungen über die Keimbahn auch an die Nachkommen weitergegeben werden könnten, unter anderem Störungen epigenetischer Mechanismen, die zu Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder Autoimmunerkrankungen führen.

    Auch menschliche Beziehungen haben nachhaltigen Einfluss auf das Epigenom und somit auf das Leben und die Gesundheit, denn ein Säugling, der zu wenig Liebe und Geborgenheit erhält, bekommt offenbar nicht nur Bindungsprobleme, sondern hat auch biologisch nachweisbar Störungen im Stresshormon-System, gewissermaßen Narben im Erbgut. Wenn diese Narben auch im Erbgut der Keimzellen sind, dann werden sie sogar weitervererbt. Ein Beispiel für das epigenetische Gedächtnis ist jenes der schwangeren Holländerinnen aus dem Hungerwinter 1944/45, in dem die Frauen untergewichtige Babys zur Welt brachten. Diese Kinder hatten überdurchschnittlich oft Depressionen, Übergewicht oder Schizophrenie und erstaunlich früh bekamen die Kinder Alterskrankheiten wie Herzprobleme oder Diabetes. Auch die Söhne dieser Mütter hatten vorwiegend übergewichtigen Nachwuchs, möglicherweise eine Folge der Erfahrung dieser Mütter und dem daraus resultierenden Bestreben, einer Hungersnot mit dem Anlegen von Fettreserven vorzubeugen, obwohl die Enkel doch in einer Zeit mit Nahrung im Überfluss und mit weniger Nöten gezeugt worden waren. Die Erbsubstanz der Enkel enthielt also offenbar auch Informationen über die Lebensbedingungen der Großeltern. Dieser Effekt ließ sich jedoch nicht beim Nachwuchs der Töchter nachweisen, so dass man möglicherweise auch Sozialisationsfaktoren zur Erklärung heranziehen kann.

    Neuere Untersuchungen zeigen, dass sogar Bäume bis zu einem gewissen Maß ihre Erinnerung an Umweltbedingungen sogar an ihre Nachkommen weitergeben können. So können sich Bäume nicht nur auf trockene Bedingungen einstellen, indem sie mehr Wurzeln bilden, sondern dieses Wissen wird an ihre Nachkommen vererbt. Im Pfynwald im Schweizer Wallis, wo Föhren unter extrem trockenen Bedingungen wachsen, bewässerte man seit 2003 bestimmte Parzellen des Waldes, bei einem Teil stellte man die Bewässerung nach zehn Jahren wieder ein. Als man den Zapfen von den verschiedenen Parzellen die Samen entnahm und diese teils in einem Gewächshaus unter verschiedenen Bedingungen, teils im Freien im Pfynwald auf den unterschiedlich bewässerten Parzellen aussäte, zeigte sich, dass die Nachkommen von Bäumen, die an Trockenheit gewöhnt waren, mehr Wurzeln bildeten und deutlich besser mit wenig Wasser gediehen. Bei ausreichender Wasserversorgung bildeten die Nachkommen der Bäume von bewässerten Flächen wie ihre Eltern mehr Nadeln und konnten deshalb bei guten Bedingungen besser wachsen. Offenbar geben Elternbäume Umweltinformationen an ihre Nachkommen weiter, die dadurch besser mit den Lebensbedingungen klarkommen. Die Nachkommen sind von Anfang an auf die Situation vorbereitet. Diese Anpassung der Bäume an Umweltbedingungen beruht auf den gleichen Mechanismen wie bei anderen Pflanzen und Tieren, und zwar sind es Methylgruppen, die die Aktivität von Genen steuern, die von der Umwelt geprägt werden. Die Muster dieser Methylgruppen bestimmen in der Folge, wie stark verschiedene Gene abgelesen werden, sodass das Erbgut auf diese Weise quasi lernt, ohne dass sich dabei die eigentliche Erbgutsequenz ändert. Es gibt also bei Pflanzen eine gewisse Weitergabe dieser epigenetischen Markierungen, während Anpassungen an neue Bedingungen im Rahmen der Evolution auf Basis der Erbgutsequenz selbst deutlich länger benötigen, und zwar mehrere Generationen. Bei langlebigen Organismen wie Bäumen bräuchte diese Form der Anpassung viel zu lang im Vergleich zur Geschwindigkeit, mit der sich im Rahmen etwa des Klimawandels die Bedingungen verändern (Stangl & Stangl, 2011).

    Literatur

    Spork, Peter (2019). Gesundheit ist kein Zufall. München: Pantheon Verlag.
    Stangl, B. & Stangl, W. (2011). Stichwort: ‘Sind Pflanzen Lebewesen, die kommunizieren und ein Gedächtnis haben? – Hochbeet’. Das Hochbeet in der Stadt.
    WWW: https://hochbeet.stangl.eu/sind-pflanzen-lebewesen-die-kommunizieren-und-ein-gedaechtnis-haben (11-06-30)


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