Epigenetik: Wie Erfahrungen vererbt werden [Gebundene Ausgabe]

In seinem neuen Sachbuch "Epigenetik - Wie Erfahrungen vererbt werden" fasst Bernhard Kegel zusammen, welche Erkenntnisse rund um den Globus auf dem Feld des oft als "Lamarckismus" bezeichneten Theoriegebäudes erarbeitet werden. Er legt ausführlich dar, inwieweit Erfahrungen, die eine Pflanze, ein Tier oder der Mensch während seines Lebens oder in einer bestimmten sensiblen Phase macht, in seinen Genen, seinem Genom oder einer anderen biochemischen Struktur festgeschrieben und vererbt werden.
Kegel beginnt mit dem weltweit Aufsehen erregenden Fall der Forschungsergebnisse, die man aus Datenmaterial von Menschen aus Överkalix gewonnen hat. Diese schwedischen Bauern hatten vor einem Jahrhundert ein sehr hartes, entbehrungsreiches Leben. Da sämtliche Sterberegister und weitere Statistiken über die landwirtschaftlichen Erträge über viele Jahrzehnte festgehalten wurden, konnten die Forscher herausfinden, dass eine Hungersnot im Leben der männlichen Bewohnern von Överkalix zu einer höheren Lebenserwartung ihrer Enkeln führte, während eine vergleichsweise gute Ernährungslage die Enkel wiederum früher sterben ließ.
Eine Erfahrung beeinflusste also über die männliche Vererbungslinie die Lebenserwartung der Enkel. Ein unter Anhängern der geltenden Theorien zu Evolution und Genetik undenkbarer Vorgang.
Weiterhin führt Bernhard Kegel aus, welche Moleküle, welche Strukturen für diese Bewahrung von Erfahrungen verantwortlich sein könnten. Es sind seiner Meinung nach - und er fasst hier weltweite Studien der letzten Jahre zusammen - einmal die unterschiedliche Methylierung der DNA, des Weiteren die Positionierung der Nukleosomen, weiterhin die Modifikation von Histonschwänzen und nicht zuletzt der Einbau von Histonvarianten und darüber hinaus die diversen RNAs, die ebenfalls epigenetisch, also unabhängig von der Basensequenz der DNA, nach ihrer Exprimierung verändert werden.

Dieses Buch ist vor allem eins, es ist mühsam zu lesen. Das ist notwendigerweise so, denn Bernhard Kegel versucht nichts weniger, als eine gigantische Umwälzung in tausenden Forschungslabors und zehntausenden Wissenschaftlern, die an diesen Entdeckungen mitarbeiten, festzumachen. Er versucht zu verdeutlichen, dass diese Forscher gegen den extremen Widerstand der etablierten Wissenschaftler ankämpfen müssen und wie dünn das Eis ist, auf dem sich die neuen Thesen und Theorien bewegen. Immer besteht die Gefahr, übers Ziel hinauszuschießen und Dinge zu behaupten, die man hinter dem gewaltigen weltweit zusammengetragenen Datenmaterial allenfalls erahnen kann. Das Risiko zum Gespött zu werden, ist groß, wenn sich vieles nach einer anderen Studie als nichtig und unsinnig und widerlegt herausstellt.

Zwar gelingt es Kegel immer wieder mit lockeren Sprüchen, netten Randbemerkungen und lässigen Zwischenbemerkungen, das Lesen aufzulockern und dieses Buch zu einem guten Sachbuch werden zu lassen, doch er führt zu viele Details auf, setzt viel zu viel Vor- und Fachwissen voraus, um dem Leser den enormen Spaß an dieser Sache vermitteln zu können, der den Autor selbst beherrscht. Man spürt es in jeder Zeile, er will vermitteln, erklären, darlegen. Doch dieser Versuch misslingt immer wieder, artet zu einer solchen Wissenshuberei aus, dass selbst dem Biologen und Schulgenetiker schwindelig wird. Um dieses Buch wirklich zu verstehen, muss man sehr viel von Genetik verstehen und gleichzeitig so offen sein, eigene Theorien über Bord werfen zu können.

Und dennoch, wer etwas über Epigenetik lernen will, muss diesen Kegel lesen, keine Frage, und kann dann in den nächsten Jahrzehnten verstehen, was diese Forscher antreibt und welche bahnbrechenden Erkenntnisse sich in unserer Zeit anzubahnen scheinen. Es ist fast so, als wäre man bei der Veröffentlichung des Buches "On the Origin of Species" von Charles Darwin dabei gewesen und würde die wütenden Proteste der Fachwelt hautnah miterleben. Und die extremen Widerstände, die damals so wirksam waren wie heute, am eigenen Leib erfahren. Das sollte man nicht verpassen, auch wenn dieser Genuss mühsam ist und man ein gerüttelt Maß an genetischem Fachwissen dafür braucht.

Vorneweg: Das Buch unterscheidet sich durch eine fast durchweg durchgehaltene Sachlichkeit sehr angenehm von anderen sich derzeit auf dem Markt befindlichen Büchern zum Thema. Der Autor nimmt sich viel Zeit, die molekularen Grundlagen sowohl ausführlich als auch verständlich zu erklären (zugegeben: etwas zellbiologische Vorbildung ist notwendig), und stellt erst dann die Befunde vor, die dazu geführt haben, daß das Thema "Epigenetik" in zunehmendem Maße auch die an Wissenschaft interessierte Öffentlichkeit beschäftigt. Eine wesentliche Faszination des Themas liegt sicherlich in der - wissenschaftlich gesicherten - Erkenntnis, daß Umwelteinflüsse über epigenetische Mechanismen Genaktivitäten, und damit Wohlbefinden, Gesundheit etc., beeinflussen können. Kennen wir die zu Grunde liegenden Mechanismen, dann ist es uns vielleicht ja auch möglich, diese zu unseren Gunsten zu nutzen (z. B. für die Diagnose und Therapie mancher Krebsformen). Beispiele und experimentelle Belege zu epigenetisch vermittelten Umwelteinflüssen machen daher einen wesentlichen Teil des Buches aus.

Sein gefühlsmäßiger Schwerpunkt liegt jedoch - wie auch der Titel schon sagt - auf einem ganz anderen Thema: der Behandlung eines - weniger gesicherten - Einflusses epigenetischer Genomveränderungen auf nachfolgende Generationen (Stichwort: Vererbung erworbener Eigenschaften). Der Autor versucht hier - nicht immer erfolgreich - die häufig ideologisch unterlegten Frontlinien in dieser Debatte dadurch zu umgehen, daß er Befunde, die eine solche Vererbung stützen, ausführlich vorstellt, dabei allerdings immer auch auf ihre Grenzen verweist. So ist beispielsweise völlig ungeklärt, wie epigenetische Veränderungen, deren Weitergabe sich zwar unter bestimmten, meist experimentell hergestellten Bedingungen über mehrere Generationen hinweg nachweisen läßt, letztendlich "genetisch fixiert", d. h. stabil vererbt werden könnten (ohne hier gleich wieder eine begleitend auftretende Mutation anzunehmen) - eine unabdingbare Voraussetzung jedoch, wenn diese im Evolutionsprozess eine Rolle spielen sollen. Denn ohne diese "genetische Fixierung" können sie - das ist nunmal ihr Wesen - jederzeit auch wieder rückgängig gemacht werden (z. B. wenn sich die Umwelt wieder verändert). Artbildung ist auf dieser Basis nur schwer vorstellbar.

Ich habe daher meine Zweifel, ob uns hier - wie vom Autor in seinen letzten Kapiteln dann doch suggeriert - tatsächlich ein "Paradigmenwechsel" in der Evolutionsbiologie bevorsteht. Wahrscheinlicher scheint mir, daß durch die Befunde der Epigenetik der derzeitigen Evolutionstheorie möglicherweise ein Schuss "Lamarck" beigefügt wird, womit sie jedoch ganz gut leben kann, da es an der entscheidenden Bedeutung von Mutation und Selektion für den in der Regel mehrere Hunderte oder Tausende von Generationen erfordernden Artbildungsprozess nichts ändert. Wie auch immer diese Diskussion jedoch ausgehen mag, Kegels Buch bietet eine gute Grundlage, sie zu verstehen.

Die Bauern aus dem abgelegenen Överkalix (Nordschweden) hatten vor einem Jahrhundert ein extrem hartes, entbehrungsreiches Leben. Dafuer gibt es sehr gut dokumentiertes Material: Sämtliche Sterberegister und die Statistiken über die landwirtschaftlichen Erträge und Lebensmittelpreise wurden bis 1890 zurueckreichend über Jahrzehnte schriftlich festgehalten. Das ist Gold wert!
Erstaunliches fanden nun aus diesen Daten englische und schwedische Forscher 2005 heraus: eine Hungersnot im Leben der männlichen Bewohnern von Överkalix führte zu einer höheren Lebenserwartung ihrer Enkel!
Eine gute Ernährungslage liess dagegen die Enkel früher sterben. Die Enkel von Männern, deren Kindheit in eine Zeit des Überflusses fiel, entwickelten mit größerer Wahrscheinlichkeit Diabetes - verbunden mit dem höheren Risiko eines frühen Todes. Das galt jedoch nur für die männliche Linie, die Enkeltöchter blieben verschont. Sie wiederum waren betroffen, wenn sich ihre Großmuetter väterlicherseits überreich ernährt hatten. In diesem Fall kamen die Enkelsöhne gesund davon.
Eine Erfahrung von Hunger oder guter Ernaehrung beeinflusste also über die Vererbungslinie die Lebenserwartung der Enkel! Unglaublich?
Ein zweiter Fall: Randy Jirtle und Robert Waterland von der Duke University im amerikanischen Durham setzten eine Diät angereichert mit Vitamin B12, Folsäure und Cholin dicken, gelben Mäusen vor, die in der Wissenschaft unter dem Namen 'Agouti-Mäuse' bekannt sind. Das Agouti-Gen in ihrem Erbgut ist es, das den Tieren ein gelbes Fell verleiht, sie gefräßig macht. Die Weibchen bekamen das Futter zwei Wochen vor der Paarung und während der Schwangerschaft. Wenn Agouti-Mäuse Nachwuchs bekommen, wird dieser normalerweise ebenso gelb, ebenso fett und ebenso krankheitsanfällig, wie es die Eltern sind.
Die Mehrzahl der Nagerkinder in Jirtles Experiment schlug jedoch aus der Art: Sie waren überwiegend schlank und braun. Außerdem fehlte den Sprösslingen die Veranlagung für Krebs und Diabetes. Durch einen subtilen Prozess war das Agouti-Gen abgeschaltet worden. Und das, ohne einen einzigen "Buchstaben" im Erbgut der Nager umzuschreiben
Wie passt das zu unseren modernen Theorien zu Evolution und Genetik? Ich war zuerst sehr skeptisch.
Ich erinnere mich noch an einen wissenschaftlichen Scharlatan namens Trofim Denissowitsch Lyssenko, der in der eine 'Sowjet-Biologie' schuf. Selbst mein hochverehrter Bert Brecht sass dem Schwindler auf und schrieb ein peinliches Gedicht 'Die Erziehung der Hirse', 1950, mitten im Stalinismus. Lyssenko behauptete, man könne Sommergetreide durch Kaelte so 'erziehen', dass es winterfest wird, und damit die Erträge steigern. Das Experiment ging schief, die Folge waren fürchterliche Hungersnöte.

Hatte Lyssenko doch Recht?
Das neue Denken heisst 'Epigenetik'. Sie befasst sich mit sichtbaren Zelleigenschaften (Phänotyp), die auf Tochterzellen vererbt werden und nicht in der DNA-Sequenz (dem Genotyp) festgelegt sind.
Die griechische Vorsilbe epi in Epigenetik hat mehrere Bedeutungen, wie 'nach', 'hinterher', 'um ' herum' oder 'zusätzlich'. Epigenetisch sind danach alle Prozesse in einer Zelle, die als 'zusätzlich' zu den Inhalten und Vorgängen der Genetik gelten.
Hierbei erfolgen Veränderungen an den Chromosomen, wodurch Abschnitte oder ganze Chromosomen in ihrer Aktivität beeinflusst werden. Die DNA-Sequenz wird dabei jedoch nicht verändert.
Epigenetische Marker stecken nun nicht in den 'Buchstaben' (A,T,C,G) der DNA selbst, sondern 'auf ihr sitzend': Es sind chemische Anhängsel, die entlang des Doppel-Helix-Strangs oder auf dem "Verpackungsmaterial" der DNA in den Chromosomen (Eiweissen, genannt Histone) verteilt sind. Sie wirken als Schalter, die Gene an- und ausknipsen.
Neben der im Genom entschluesselbaren Abfolge der Basen AGTCCGTGCCAT usw.gibt es offenbar eine zweite, vielleicht sogar eine dritte oder vierte Ebene der Information.
Einer der Regelvorgänge setzt am "Verpackungsmaterial" der DNA an. Denn der Erbfaden liegt nicht lose im Zellkern, sondern ist auf zylindrische Proteine - "Histone" - gewickelt, und zwar derart, dass eine Kette mit Perlen wie bei einem Rosenkranz entsteht. Damit Enzyme die Informationen des Erbcodes lesen und abschreiben können, muss die betreffende Region der DNS für sie zugänglich sein. Zugang finden sie nur, wenn die Erbsubstanz in lockerer Form vorliegt. Um dies zu ermöglichen, müssen die Histonproteine bestimmte Anhängsel tragen. Das sind Methylgruppen (CH3). Sind diese dagegen nicht vorhanden, ist die Erbsubstanz dicht gepackt, und das Gen bleibt inaktiv.

Solche Veränderungen führen dazu, dass bestimmte Bereiche des Erbgutes 'ruhig gestellt', andere dafür leichter abgelesen werden können.
Dabei wird immer klarer, dass das Epigenom für die Entwicklung eines gesunden Organismus ebenso wichtig ist wie die DNA selbst. Deutlich wurde bei den Forschungen auch, dass das Epigenom durch äußere Einflüsse weit leichter als die

Der Berliner Autor, Biologe und Jazz-Musiker Bernhard Kegel beschreibt Wissenschaft als einen "Krimi, der für die, die ihn lesen können, nie endet und der immer wieder mit überraschenden Wendungen aufwartet." Er verbindet mit seinem Buch die "Hoffnung, dass sich nach der Lektüre dieses Buches mehr Menschen als zuvor in der Lage sehen, der spannenden Handlung des speziellen Forschungsthemas namens 'Epigenetik' zu folgen, aufmerksam, neugierig und kritisch.'

Wie dünn ist das Eis ist, auf dem sich die neuen Thesen und Theorien bewegen?

Immer in der Wissenschaft besteht die Gefahr, übers Ziel hinauszuschießen und Dinge zu behaupten, die man hinter dem gewaltigen weltweit zusammengetragenen Datenmaterial allenfalls erahnen kann. Das Risiko zum Gespött der Kollegen zu werden, ist groß...

Bernhard Kegels Buch ist jedenfalls das Beste, was man gegenwaertig auf Deutsch lesen kann. Ich habe es verschlungen'