Wie entscheidend epigenetische Mechanismen für die Ausprägung genetischer Informationen tatsächlich sind, haben unter anderem Randy Jirtle und Robert Waterland von der Duke University im amerikanischen Durham im Jahr 2003 nachgewiesen. Ihr Experiment mit Agouti-Mäusen erweckt weltweit Aufsehen. Denn es bringt eine wichtige Erkenntnis: auch epigenetische Veränderungen sind vererbbar.

Dicke Mäuse auf Diät

	Agouti-Maus (links) und eine ihrer Nachkommen © Duke University

Agouti-Mäuse sind dick und gelb und neigen zu Diabetes und Krebs. Verantwortlich dafür ist das so genannte Agouti-Gen. Jirtle und Waterman setzen in ihrer Studie Mäuseweibchen zwei Wochen vor der Paarung und während der Schwangerschaft auf Diät. Se bekommen vor allem Vitamin B12, Folsäure und Cholin, einen Alkohol und ein Acetyl enthaltendes Nahrungsergänzungsmittel.

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 ist das anders. Sie sind eher klein, schlank und braun, und besitzen 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?

Futter schaltet Gene aus
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.

	Honigbiene © John Sullivan

Ein weiteres Experiment in Australien 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. Zwar können die Forscher nicht sagen, warum die Bienen eine bestimmte Larve aussuchen, um sie später zu krönen. Doch aufgrund der Spezial-Ernährung lebt die Bienenkönigin später fast drei Jahre lang, während normale Arbeitsbienen nicht älter als einen Monat werden. Außerdem bildet sie im Gegensatz zu Arbeiterinnen Geschlechtsorgane aus, um sich schließlich als einzige fortzupflanzen.

Für Königinnen nur das Beste
Und Maleszka hat auch eine Erklärung für das Phänomen gefunden. Bienen besitzen, wie viele Säuger auch, DNA-Methyltransferase-Gene, die die Methylierung von Histonen steuern. Maleszka schaltete nun in einem weiteren Experiment eines dieser Gene aus.

„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 sie Larven geschlüpft sind, um zu sehen, was passiert.“

Falsche Königinnen durch stummes Gen
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 schlüpfen dagegen nur 20 Prozent Königinnen.

Die Ergebnisse legen aus Sicht der Forscher zum einen nahe, dass Methylierung bei Bienen zur Ausprägung epigenetischer Informationen dient, zum anderen jedoch auch, dass das Futter darüber bestimmt wie sich eine Biene entwickelt.

Opas Bauch bringt Enkel Diabetes
Mittlerweile hat man festgestellt, dass auch beim Menschen die Ernährung vermutlich Auswirkungen auf das Epigenom hat. Marcus Pembrey, Genetiker am Institute of Child Health in London, untersuchte 2005 gemeinsam mit seinem schwedischen Kollegen Lars Olov Bygren Aufzeichnungen über Ernte-Erträge, Lebensmittelpreise und Sterbefälle aus der schwedischen Kleinstadt Överkalix. Die Aufzeichnungen reichten bis zum Jahr 1890 zurück.

Dabei stellte sich heraus, dass die Enkel von Männern, deren Kindheit in eine Zeit mit guter Versorgung fiel, in späteren Lebensjahren mit größerer Wahrscheinlichkeit Diabetes entwickelten. Die weiblichen Nachkommen der selben Generation dagegen blieben verschont. Stattdessen waren sie betroffen, wenn sich die Großmütter väterlicherseits überreich ernährt hatten. In diesem Fall lebten dann die Enkelsöhne ohne Diabetes-Risiko.

Pembrey vermutete nun, dass die Nahrungsfülle epigenetische Spuren auf den Geschlechtschromosomen X und Y hinterlässt. Wie weitere Analysen zeigten, hängen die Auswirkungen in den Folgegenerationen tatsächlich davon ab, wann Großväter und -mütter in ihrem Leben reichlich zu essen hatten. Die Großmütter der Enkeltöchter mit Diabetes erlebten die üppigen Zeiten im Uterus der eigenen Mutter oder als Kinder – genau in der Phase, in der sich die Keimzellen in den Eierstöcken entwickeln. Bei Männern dagegen fiel die kritische Spanne in das Ende der Jugendjahre – die entscheidende Zeit für die spätere Spermienbildung.