Manches Wissen wächst in verdammt hoch gelegenen Gebieten. Trotzdem sollte man sich hin und wieder dorthin aufmachen, auch wenn es richtig anstrengend wird. Willkommen auf dem Pfad der Epigenetik.

Basislager

Gehen Sie erst los, wenn Sie die folgenden Grundlagen in Ihren Rucksack gepackt haben.

"Jetzt lernen wir die Sprache, mit der Gott das Leben erschuf!" Das sagte Bill Clinton im Jahr 2000, als er im Weißen Haus die erfolgreiche Sequenzierung des menschlichen Genoms verkündete. Knapp ein halbes Jahrhundert zuvor hatten James Watson und Francis Crick die Buchstaben des DNA-Codes entdeckt. Nun hatten Wissenschaftler diese Buchstaben zu einem Text verbunden, in dem jedes Gen des menschlichen Organismus verzeichnet war. Doch mit dem Fortschritt in der Sequenzierungstechnik häuften sich die Hinweise darauf, dass der DNA-Code nicht alles sein kann.

Eineiige Zwillinge zum Beispiel sind genetisch identisch – warum erkrankt der eine an Alzheimer, der andere nicht? Wenn sich eine Raupe zum Schmetterling entwickelt, ändert sich nichts an ihrem Erbgut, und doch könnten die beiden Lebewesen kaum unterschiedlicher sein. Und obwohl jede Zelle des menschlichen Körpers dasselbe Genmaterial enthält, sieht eine Leberzelle ganz anders aus als eine Nierenzelle.

Die Erklärung: Die Gene sind nur die Hardware. Was die Zellen voneinander unterscheidet, ist die Software – chemische Schalter, zum Beispiel Methyl-Gruppen (H₃C), die an der DNA hängen und Gene ein- und ausschalten. Die Forscher sprechen von "Methylierung". Durch diese sogenannten epigenetischen Markierungen und bestimmte Steuerproteine wissen Zellen, was sie zu tun und zu lassen haben. Das Besondere daran ist, dass die Markierungen im Gegensatz zu den Genen veränderbar sind. Mit ihrer Hilfe können sich Zellen einer sich wandelnden Umwelt anpassen.

Schon im 19. Jahrhundert behauptete der französische Zoologe Jean-Baptiste de Lamarck, Lebewesen könnten sich ihrer Umwelt anpassen und diese erworbenen Merkmale an ihre Nachfahren weitergeben. Das berühmteste Beispiel ist die Giraffe, deren Hals sich verlängert, um hohe Blätter zu erreichen. Diese Behauptung steht im krassen Gegensatz zur Maxime der Darwinschen Evolutionstheorie, derzufolge nur angeborene Merkmale vererbt werden können. Als Forscher vor einigen Jahren zum ersten Mal feststellten, dass epigenetische Veränderungen über mehrere Generationen hinweg nachweisbar waren, stellten sie sich verblüfft die Frage: Hatte Lamarck womöglich doch recht?

Erster Anstieg

Los geht’s! Auf leichten Anhöhen begegnen Sie Erkenntnissen, die Sie ins Schwitzen bringen können.

Der Aufstieg führt zunächst durch ein seichtes Tal – mehrere Wege winden sich den Hang hinab. Welchen nehmen wir? Genau dieses Bild hatte der Genetiker Conrad Waddington vor Augen, als er 1942 den Begriff Epigenetik prägte (von epigenesis, griechisch für "nachträgliche Entstehung"): das Bild einer Kugel, die einen zerfurchten Hang hinunterrollt. Die Richtung der Entwicklung ist vorgegeben – nach unten – aber je nachdem, welchen der kleinen Wege sie zufällig hinunterkullert, fällt das Ergebnis anders aus. Von der Struktur der DNA, geschweige denn von chemischen Schaltern wusste Waddington aber noch nichts.

Zeitgleich sorgten die Nazis und die Natur für verheerende Bedingungen, die der Epigenetik Jahrzehnte später einige Aufmerksamkeit bescheren würden: den niederländischen Hungerwinter 1944/45. Mehrere Monate lang lebten die Niederländer aufgrund eines Lebensmittel-Embargos durch die deutschen Besatzer von weniger als 700 Kalorien pro Tag. 22.000 Menschen verhungerten. Dass Frauen, die in dieser Zeit schwanger waren, eher kleine Kinder zur Welt brachten, ist nicht verwunderlich. Diese Kinder aber litten im Erwachsenenalter besonders häufig an Übergewicht und Diabetes. Was auf den ersten Blick paradox erscheint, konnten Wissenschaftler mittlerweile molekularbiologisch aufklären. Der Kölner Kinderarzt Jörg Dötsch erforscht diese perinatale Programmierung. Die zentrale Frage: Wie verändern die Bedingungen der Schwangerschaft das Epigenom des ungeborenen Kindes?

Dieser Text stammt aus dem ZEIT WISSEN Magazin 2/18.

Antwort: Die Mangelernährung verursacht eine geänderte Methylierung des IGF2-Gens (das Kürzel steht für Insulin-like-Growth-Factor-2), das das Wachstum des Kindes steuert. Das epigenetisch veränderte IGF2-Gen bewirkt, dass die Kinder klein bleiben und so auch weniger Energie benötigen. Manchmal ist eine solche Anpassung evolutionär von Vorteil, etwa wenn ein Kind tatsächlich in eine hungernde Welt hineingeboren wird. Im Hungerwinter aber war das nicht der Fall: Bald nach Ende des Kriegs gab es wieder ausreichend Nahrung. Das Epigenom der Hungerwinter-Kinder aber hatte sie darauf gepolt, Nährstoffe optimal auszuschlachten: Ein Teil der untergewichtigen Kinder wuchs zu übergewichtigen Erwachsenen heran.

Die Erkenntnisse aus dem Winter 1944/45 haben mittlerweile Einzug in die medizinische Praxis gehalten. Früher wurden Kinder, die zu klein zur Welt kamen, mit kalorienreicher Nahrung hochgepäppelt. Heute wissen Mediziner, dass untergewichtige Kinder mit zu vielen Kalorien überfordert sind und bestimmte Krankheiten dadurch eher gefördert werden. In seltenen Fällen werden Kinder sogar früher entbunden, auch, um epigenetische Fehlprägungen zu vermeiden, wenn sie zum Beispiel aufgrund einer Störung des Mutterkuchens im Mutterleib zu wenig Nährstoffe erhalten.

Im Laufe der Zeit entdeckten die Forscher aber etwas noch Seltsameres: Nicht nur die Kinder der hungernden Schwangeren, sondern sogar deren Enkel waren häufiger dick und zuckerkrank.