Epigenetik
Was ist Epigenetik eigentlich? Das erklären wir dir hier und in unserem Video mithilfe der Definition und Beispielen. Du findest hier außerdem heraus, wodurch epigenetische Veränderungen stattfinden und ob sie vererbt werden!
Inhaltsübersicht
Was ist Epigenetik?
Die Epigenetik ist ein Fachgebiet der Biologie. Sie beschäftigt sich mit der Frage, welchen Einfluss die Umwelt auf die Gene von Lebewesen hat. Das spiegelt sich auch im Begriff ‚Epigenetik‘ wider. Aus dem Altgriechischen übersetzt bedeutet er so viel wie ‚zusätzlich zur Genetik‘.
Umwelteinflüsse, wie Stress oder das Trinken von grünem Tee, können die Erbinformation (DNA ) zwar nicht verändern, regulieren durch das Anhängen oder Entfernen von Molekülen aber die Genaktivität. Epigenetische Prozesse entscheiden also darüber, welche Gene abgelesen werden können und damit einen Einfluss auf den Körper haben und welche stumm geschaltet sind.
Das erklärt auch, warum beispielsweise eineiige Zwillinge dieselbe Erbanlage für Erkrankungen, wie Alzheimer, haben können, aber nicht beide daran erkranken.
Die Epigenetik (engl. epigenetics) beschäftigt sich mit dem Einfluss der Umwelt auf die Genaktivität. Dabei werden sowohl die Einflussfaktoren als auch die beteiligten Mechanismen untersucht.
Wie funktioniert Epigenetik?
Epigenetische Mechanismen legen fest, wann welches Gen abgelesen oder stumm geschaltet wird. All das findet ohne die Veränderung der genetischen Informationen im Erbgut (Mutationen ) statt.
Stattdessen werden kleine, chemische Moleküle an die DNA angehängt. Du kannst sie dir wie kleine Vorhängeschlösser vorstellen, die bestimmte Informationen verschließen können. Werden sie wieder entfernt, sind auch die Informationen wieder freigegeben.
Weil die Informationen im Erbgut selbst nicht verändert werden und Umwelteinflüsse für die Veränderung verantwortlich sind, sprichst du von einer sogenannten Modifikation .
Epigenetische Veränderungen
Im menschlichen Körper sind verschiedene Prozesse für die epigenetischen Veränderungen bzw. Modifikationen zuständig:
- DNA-Methylierung : Bei dem Prozess werden sogenannte Methylgruppen an jene Bausteine der DNA gehängt, die die Informationen tragen (Basen). Dadurch wird das entsprechende Gen deaktiviert. Es gibt aber verschiedene Enzyme, die das rückgängig machen können. Sie entfernen die Methylgruppe und aktivieren das Gen wieder.
- Histonmodifikation: Hierbei werden entweder Methyl- oder Acetylgruppen an die Histone gehängt. Histone kannst du dir dabei wie eine Art Kabeltrommel für die DNA vorstellen, denn sie sorgen dafür, dass die DNA dicht gepackt ist und in den Zellkern passt. Durch die Histon Methylierung oder Histon Acetylierung wird der Abstand zwischen den Histonen verändert, was schließlich das Ablesen der Gene beeinflusst.
Merke: Epigenetische Prozesse verändern nicht dein Genom (genetische Informationen), sondern dein Epigenom (epigenetische Veränderungen deines Genoms).
Epigenetik Einflussfaktoren
Die epigenetische Modifikation wird durch verschiedene Umweltfaktoren beeinflusst. Dadurch verändert sich das Epigenom eines Menschen im Laufe des Lebens abhängig vom Lebensstil.
Das lässt sich vor allem am Beispiel von eineiigen Zwillingen zeigen. Sie haben zwar die gleiche genetische Ausstattung, können sich aber dennoch sehr stark unterscheiden. Im Kleinkindalter sind die epigenetischen Markierungen des Erbguts noch sehr ähnlich. Je später man die Zwillinge aber vergleicht, desto größer werden die Unterschiede in der Epigenetik. Je unterschiedlicher die jeweiligen Lebensstile dabei sind, desto größer auch der Unterschied zwischen den Zwillingen.
Bei epigenetischen Veränderungen spielen unter anderem folgende Faktoren eine Rolle:
- giftige Chemikalien, wie Benzol
- Ernährung, z. B. der Verzehr von Nahrungsmitteln mit Folsäure oder Vitamin B12
- Stress, beispielsweise frühkindliche Traumata
Epigenetik Ernährung
Die Ernährung hat einen Einfluss auf die Epigenetik. Hier haben wir die einige Beispiele dazu aufgelistet:
- Grüner Tee: Aus epigenetischer Sicht ist es gesund, grünen Tee zu trinken. Das liegt daran, dass er einen ganz bestimmten Stoff enthält — EGCG. Ihm wird nachgesagt, dass er ein bestimmtes Gen aktiviert und somit die Wahrscheinlichkeit verringert, Krebs zu bekommen. Du solltest es mit dem Tee aber nicht übertreiben, denn zu große Mengen können deinem Körper wiederum schaden.
- Brokkoli: Ähnlich wie grüner Tee, methyliert auch Brokkoli bestimmte Gene und kann die Wahrscheinlichkeit einer Krebserkrankung verringern. Aber auch davon solltest du nicht zu viel zu dir nehmen.
- Gelée Royale: Auch im Tierreich, bei den Bienen, gibt es ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie die Nahrung das Ablesen der Gene (Genexpression) beeinflussen kann. Eine unterschiedlich lange Fütterung mit dem sogenannten Gelée Royale entscheidet nämlich, ob aus einer Biene eine Königin oder eine Arbeiterbiene wird. Nur durch Veränderungen des Methylierungsmusters der DNA werden Lebensdauer, Aussehen und Verhalten der Biene beeinflusst.
Epigenetik Stress und Trauma
Stress oder traumatische Erlebnisse können einen Einfluss auf unser Erbgut haben. So konnten Wissenschaftler zum Beispiel herausfinden, dass mangelnde Fürsorge bei Babys epigenetische Auswirkungen haben kann. Bestimmte Gene des Stresssystems werden dadurch nämlich methyliert. Das kann zu einem höheren Risiko für psychische Erkrankungen, wie Depressionen oder Angststörungen, führen.
Wissenschaftler untersuchen epigenetische Prozesse, um genetisch unerklärbare Krankheiten in der Zukunft verstehen zu können. Das Verständnis der epigenetischen Mechanismen soll bei der Behandlungen von Alzheimer, Schizophrenie oder Alters-Diabetes helfen. Ob ein erhöhtes Risiko für Diabetes oder Alzheimer epigenetisch vererbbar ist, muss also noch erforscht werden.
Epigenetik Vererbung Beispiele
Dass die Untersuchung der epigenetischen Vererbung schwierig ist, kannst du am besten anhand einiger Beispiele verstehen:
Hungerwinter 1944/1945
Im Hungerwinter 1944/1945 brachten viele Frauen in den Niederlanden untergewichtige Kinder zur Welt. Diese Kinder bekamen von ihren Müttern sozusagen die Information ‚Hungersnot‘ übermittelt. Bei ihnen konnten später Veränderungen im Epigenom gefunden werden, die öfter zu Krankheiten, wie Diabetes und Übergewicht, führten.
Ihr Körper war nicht darauf programmiert, genügend Nahrung zu bekommen, und konnte deshalb Zucker nicht richtig abbauen. Hier handelt es sich aber vermutlich eher um eine epigenetische Prägung im Mutterleib als um eine generationsübergreifende Vererbung.
Forschung bei Mäusen und Fruchtfliegen
Bisher konnte die epigenetische Vererbung nur bei Fruchtfliegen und Mäusen bewiesen werden:
- Mäuse: In einer Studie konnten Forscher zeigen, dass Mäuse eine erworbene Fettleibigkeit epigenetisch vererben. Die Nachkommen der dicken Mäuse zeigen ebenfalls eine Gewichtszunahme und eine Insulinresistenz. Sie haben also Probleme bei der Regulierung ihres Blutzuckerspiegels. Die Auswirkungen auf den Nachwuchs hängen dabei auch mit dem Geschlecht zusammen.
- Fruchtfliegen: Bei den Fruchtfliegen vererben Mütter ihren Nachkommen eine Art ‚Überlebens-Anleitung‘ anhand von Methylierungen. Mithilfe der Epigenetik sichern die Fliegen das Überleben ihres Nachwuchses. Denn ohne die Methylierung bestimmter Gene starben die Embryonen an Entwicklungsstörungen.
Mendelsche Regeln
Im Gegensatz zur Vererbung epigenetischer Merkmale, ist die Vererbung der genetischen Merkmale genau untersucht. Wenn du verstehen willst, wie sie funktioniert, dann schau dir unser Video zu den Mendelschen Regeln an!
