Gleiche Gene und doch anders: Ana María Rodríguez (li.) leidet an Brustkrebs, ihre Zwillingsschwester Clotilde ist gesund. Schuld daran sind ihre Epigenome.

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Die Epigenetik ist ein boomender Forschungszweig der Biologie, der womöglich in Wien erfunden wurde.

Als Kinder wurden Ana María Rodríguez und ihre Schwester Clotilde ständig miteinander verwechselt. Kein Wunder: Die beiden heute knapp über 70-jährigen Spanierinnen kamen als eineiige Zwillinge zur Welt – und gleichen einander bis heute wie das sprichwörtliche Ei dem anderem. Und bis heute machen sie sich einen Spaß daraus, ihre Bekannten mit identischer Frisur und ähnlichem Styling zu verwirren.

Doch obwohl die beiden die exakt identische Erbsubstanz in sich tragen, gibt es seit einiger Zeit einen dramatischen Unterschied: Ana María leidet im Gegensatz zu ihrer Schwester an Brustkrebs. Wie aber kann es sein, dass zwei Menschen trotz völlig identischer DNA nicht von derselben Krankheit geplagt werden?

Gewebsproben von Zwillingen

Die Rodríguez-Schwestern wollten selbst zur Beantwortung der Frage beitragen und waren eines von vierzig genetisch gleichen und doch verschiedenen spanischen Zwillingspaaren, die 2007 einem internationalen Forscherteam durch Gewebsproben Hinweise liefern sollte. Tatsächlich zeigte sich in der Erbsubstanz der Zwillingspaare keine Unterschiede. Doch die sogenannten Epigenome der untersuchten Zwillinge unterschieden sich – und zwar umso stärker, je älter sie waren.

Was aber sind nun wieder Epigenom? Wörtlich übersetzt ist es das, was sich "am" oder "beim" Genom, also unserer Erbsubstanz, befindet. Oder um zwei Vergleiche zu bemühen: Wenn wir Menschen Computer wären, dann stünden unsere Gene für die Hardware, also den eher unveränderlichen Teil. Dazu braucht es aber auch eine Software, die entscheidet, wofür die Rechnerleistung verwendet wird – und das wäre die epigenetische Programmierung durch chemische Veränderung der Genaktivitäten.

Oder man stelle sich die Gene als die Musik eines MP3-Players vor: "Dann wären epigenetische Mechanismen quasi das Mischpult, das den Output der Musik regelt", wie die Molekularbiologin Leonie Ringrose erläutert. Die aus England stammende Epigenetik-Spezialistin erforscht am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) die Funktionsweise einige dieser "Regler" – und dabei insbesondere: wie sich die Zelle diese jeweiligen "Einstellungen" (also etwa der "Lautstärke") merkt.

Diese und andere im Detail komplizierten Mechanismen werden seit einigen Jahren von der Epigenetik erforscht, die quasi das lang gesuchte Bindeglied zwischen der Umwelt und den Genen liefert – einerseits durch Zwillingsstudien wie jener, an der die Rodríguez-Schwestern teilnehmen, aber auch in High-Tech-Labors an den molekularen Strukturen aller möglichen tierischen und pflanzlichen Organismen.

Einige der augenscheinlichsten epigenetischen Phänomene finden sich in freier Natur, zum Beispiel bei den Bienen: Jene Larve, die als einzige Gelée Royale als Futter erhält, wird normalerweise zur Bienenkönigin, die normal gefütterten werden Arbeiterinnen. Die Wissenschaft hat den Mechanismus mittlerweile durchschaut: Im Vorjahr stellten australische Forscher Königinnen ohne die Wundernahrung her, indem sie einfach einen bestimmten Mechanismus zum Abschalten von Genen auf molekularer Ebene unterbrachen.

Die Hoffnungen in dieses vergleichsweise junge Forschungsfeld sind jedenfalls groß: Die Epigenetik verspreche, unser aller Leben umzukrempeln und könne Forschern helfen, völlig neue Wirkstoffe und Therapien zu entwickeln, schreibt etwa der deutsche Neurobiologe und Wissenschaftsjournalist Peter Spork in seinem neuen Buch Der zweite Code, dem ersten populärwissenschaftlichen Überblick über dieses aufstrebende Forschungsgebiet.

Öftest zitierter Artikel

Wie sehr die Epigenetik boomt, lässt sich auch daran ablesen, dass ein epigenetischer Review-Artikel aus dem Jahr 2001 mit über 2500 Erwähnungen der öftest zitierte Artikel eines in Österreich tätigen Forschers der letzten zehn Jahre ist. Sein Ko-Autor ist der Epigenetik-Pionier Thomas Jenuwein, der bis 2008 am Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien arbeitete und dort einige der komplizierten epigenetischen Mechanismen entschlüsselte.

Zum Beispiel die sogenannten DNA-Methylierungen, chemische Abänderung an Grundbausteinen der Erbsubstanz einer Zelle. Solche "Regler" können kleine Anhängsel an der Erbsequenz sein, sie können aber auch über die Art und Weise, in der die fadenförmige DNA im Zellkern aufgewickelt ist, funktionieren. Wie genau diese "Regler" aussehen, wird unter anderem im europäischen Epigenom-Exzellenznetzwerk und dem Gen-Au-Projekt "Epigenetische Kontrolle des Säugergenoms" erforscht, das Thomas Jenuwein gründete und jetzt von seinem IMP-Kollegen Meinrad Busslinger koordiniert wird .

Mittlerweile ist Jenuwein freilich Ko-Direktor im Max-Planck-Institut für Immunbiologie in Freiburg und Wien um eine Topforschergruppe ärmer – auch wenn mit Leonie Ringrose am IMBA, Anton Wutz am IMP, Christian Seiser an der Uni Wien oder Denise Barlow am Zentrum für Molekulare Medizin (CeMM) nach wie vor international ausgewiesene Epigenetik-Experten hier tätig sind.

Und womöglich ist ein Wiener Biologe überhaupt der Begründer der Epigenetik gewesen, wie neue Forschungen des chilenischen Biologen Alexander Vargas nahelegen. Der sah sich nämlich die Untersuchungen des "Krötenküssers" Paul Kammerer (1880-1926) noch einmal genauer an.

Kammerer, der Lamarckist war und also von der Vererbung erworbener Eigenschaften überzeugt, galt bis vor kurzem als wissenschaftlich diskreditiert und unzitierbar. Doch wie Vargas nun zeigte, dürfte bei Kammerers Kröten-Züchtungen doch kein Betrug, sondern so etwas wie "epigenetische Prägung" stattgefunden haben.

Dabei werden die betroffenen Gene entgegen der Mendel'schen Vererbungslehre abhängig von ihrer elterlichen Herkunft aktiv oder inaktiv vererbt. In einfachen Worten: Es kam zu einer durch die Umwelt bedingten Stilllegung bestimmter mütterlich vererbter Gene. Was man damals ohne Epigenetik natürlich noch nicht verstehen konnte. (Klaus Taschwer/DER STANDARD, Printausgabe, 16.09.2009)