Wie entscheidend epigenetische Mechanismen für die Ausprägung genetischer Informationen tatsächlich sind, zeigte sich im Jahr 2003. Ein Experiment mit Agouti-Mäusen erregte damals weltweit Aufsehen. Denn es brachte eine wichtige Erkenntnis: Auch epigenetische Veränderungen sind vererbbar. Agouti-Mäuse sind dick und gelb und neigen zu Diabetes und Krebs. Verantwortlich dafür ist das so genannte Agouti-Gen. Randy Jirtle und Robert Waterland von der Duke University in Durham setzten in ihrer Studie Weibchen dieser Mäuseart zwei Wochen vor der Paarung und während der Schwangerschaft auf Diät. Sie bekamen vor allem Vitamin B12, Folsäure und Cholin, einen Alkohol und ein Acetyl enthaltendes Nahrungsergänzungsmittel.
Spezialdiät der Mütter- schlanke Kinder
Normalerweise sind auch die Nachkommen der Agouti-Mäuse aufgrund des Agouti-Gens dick und neigen zu Krankheiten. Doch bei der Mehrheit der Mäusekinder aus dem Experiment war das anders. Sie waren eher klein, schlank und braun, und besaßen weder eine Veranlagung für Krebs noch für Diabetes.
Fazit der Forscher: So erstaunlich es ist, offenbar hat die Ernährung der Mutter einen Einfluss auf das Erscheinungsbild der Nachkommen. Aber wie? Jirtle und Waterland gelingt es nachzuweisen, dass die Fütterung mit der speziellen Nahrung der Grund für den veränderten Phänotyp ist. Die Mäuse-Diät enthielt Nährstoffe mit besonders vielen Methylgruppen. Diese dockten offensichtlich an den Histonschwänzen des Chromatins im Bereich des Agouti-Gens an und schalteten es so stumm. Die Mäuse der zweiten Generation sind nun bereits mit stumm geschaltetem Gen geboren und sehen deshalb anders aus als ihre Eltern.
Gelée Royale macht Bienenkinder zur Königin
Ein weiteres Experiment im Jahr 2008 stützt die Befunde der beiden Forscher. Den Wissenschaftlern um Ryszard Maleszka von der Australian National University gelingt es nachzuweisen, dass Honigbienen-Larven genau dann zur Königin werden, wenn sie mit Gelée Royale gefüttert werden. Diese Spezialnahrung erhalten jeweils nur einige wenige Bienenkinder. Zwar können die Forscher nicht sagen, warum die Bienen eine bestimmte Larve aussuchen, um sie später zu krönen. Doch durch das besondere Futter lebt die Bienenkönigin später fast drei Jahre lang, während normale Arbeitsbienen nicht viel älter als einen Monat werden. Außerdem bildet sie im Gegensatz zu Arbeiterinnen Geschlechtsorgane aus, um sich schließlich als einzige fortzupflanzen.
Maleszka und seine Kollegen suchen nun nach einer Erklärung für das Phänomen. Dafür nutzen sie einen genetischen Trick: Bienen besitzen, wie viele Säuger auch, sogenannte DNA-Methyltransferase-Gene. Diese produzieren Enzyme, die die Methylierung von Histonen steuern und damit bestimmen, wo Anlagerungen an die DNA Gene für das Auslesen blockieren. In einem Experiment schalten die Forscher nun eines dieser Gene aus – bei Bienenlarven, die normales Futter erhielten und sich daher normalerweise zu Arbeiterinnen entwickeln würden.
Genblockade verhindert Methylierung
„Die Larven haben nur eine sehr kurze Zeit, in der sie auf das Gelée Royale reagieren können“ so Maleszka, „vielleicht 48, maximal 60 Stunden. Danach gibt es keine Möglichkeit mehr, den Entwicklungsprozess zu ändern. Wir haben das Gen in dem Moment stumm geschaltet, als die Larven geschlüpft sind, um zu sehen, was passiert.“ Das Ergebnis ist ebenso eindeutig wie vielsagend: 80 Prozent der Larven mit abgeschaltetem Gen entwickeln sich zu Königinnen – obwohl sie nur mit gewöhnlichem Nektar gefüttert worden waren. In der Kontrollgruppe mit angeschaltetem Gen und Gelée Royale schlüpfen dagegen nur 20 Prozent Königinnen.
Die Ergebnisse legen aus Sicht der Forscher nahe, dass in dieser Phase der Larvenentwicklung entscheidende Veränderungen an der Methylierung des Erbguts geschehen. Offenbar sorgt das normale Futter der Larven dafür, dass bestimmte Gene, beispielsweise für die Geschlechtsorgane, bei den zukünftigen Arbeiterinnen durch DNA-Methyltransferase stummgeschaltet werden. Wird dieses Enzym blockiert, wie im Experiment der Fall, fehlen die Enzyme und die Blockaden können nicht eingerichtet werden. Das Gelée Royale scheint bei den zukünftigen Jungköniginnen eine ähnliche Wirkung zu haben: Offenbar sorgt diese Spezialnahrung ebenfalls dafür, dass die Blockaden nicht erfolgen.
Edda Schlager
Stand: 26.02.2013
