Ärzte Zeitung, 27.02.2006

Ein ganz neuer Blick auf die Erbsubstanz

Manche Forscher plädieren dafür, den Begriff Gen weiter zu fassen / Vererbung erworbener Eigenschaften

BERLIN (gvg). Seit dem Ende des Humangenomprojekts geben immer mehr Wissenschaftler das Konzept vom Genom als alleinigem Herrscher über Zellstoffwechsel und Vererbung auf. Unklar ist aber noch, wodurch dieses Konzept ersetzt werden könnte. Teilnehmer einer Tagung in Berlin haben sich jetzt mit dieser Frage beschäftigt

Modell einer Zelle. Hat der Nukleus im Zentrum tatsächlich die alleinige Kontrolle über alle metabolischen Vorgänge? Foto: Verein zur Förderung der Humangenomforschung

Für Dr. Evelyn Fox-Keller, Expertin für Theoretische Physik und Wissenschaftshistorikerin vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, hat spätestens die überraschend niedrige Zahl der menschlichen Gene, etwa 25 000, deutlich gemacht, daß das Genom nicht der alleinige Entscheidungsträger in der Zelle sein kann.

Wenn ein Gen mehrere, im Extremfall sogar hunderte verschiedener Genprodukte hervorbringen kann, dann stelle sich zwangsläufig die Frage, wer das Erbgut steuere, so die Autorin mehrerer Bücher zur Ideengeschichte der Biologie.

Die moderne Biologie hat dieses Problem erkannt und mit der Begründung eines neuen Wissenschaftszweigs reagiert, der Systembiologie. Sie baut vor allem auf Erkenntnissen der Eiweißforschung (Proteomik) auf.

Unvorteilhafte Gene werden eliminiert

Fox-Keller sieht jedoch nicht nur die Zellbiologie vor einer Neubewertung, sondern auch die Evolution. Hier ist das herrschende Dogma derzeit noch die moderne Synthese, in der Literatur meist als Neodarwinismus bezeichnet: Neodarwinisten gehen davon aus, daß die Erbsubstanz DNA das alleinige Substrat der Vererbung ist.

Selektionsprozesse führen dazu, daß sich zufällig durch Mutation entstandene Gene, die für Individuen vorteilhaft sind, durchsetzen. Unvorteilhafte Gene werden dagegen ausradiert. Eine Vererbung erworbener Eigenschaften kommt beim reinen Neodarwinismus nicht vor.

Daß das nicht so ganz stimmen kann, hat in den vergangenen Jahren die Epigenetik gezeigt, bei der sich die Forscher viel mit strukturellen Veränderungen der DNA, etwa dem Anheften von Methylgruppen (Methylierungen) oder mit eingelagerten Eiweißmolekülen (Histonen), beschäftigen.

Quintessenz dieser Forschung ist bisher, daß es Erbkrankheiten gibt, bei denen nicht ein defektes Gen das Problem ist, sondern molekulare, nicht-genetische Veränderungen wie Methylierungen, die auch an die Nachkommen weitergegeben werden können.

    "Die DNA ist Sklave, nicht Meister der Zelle."
   

Vor diesem Hintergrund plädierte Fox-Keller in Berlin dafür, den Begriff des Gens weiter zu fassen. Ein Gen ist in ihrer Vorstellungswelt nicht nur ein Stück DNA. Es umfaßt vielmehr auch die chemischen Randbedingungen, also Eiweißmoleküle oder Methylgruppen im Zellkern, aber auch metabolische Bedingungen in den Zellen der Eltern, die für die Genaktivität im Organismus der Nachkommen von Bedeutung sein könnten.

Der Immunologe Dr. Irun Cohen vom Weizmann Institut in Rehovot in Israel, ebenfalls ein profilierter Autor wissenschaftlicher Bücher für interessierte Laien, empfiehlt einen Blick auf das Immunsystem als extremes Beispiel dafür, wie Umwelt und Gene bei der Vererbung zusammenspielen.

Die Immunzellen eines jungen Individuums nutzen eine limitierte Zahl von Genfragmenten, die sie von den Eltern erworben haben, und produzieren daraus Millionen verschiedener Gene, die die Informationen künftiger Antikörper in sich tragen. In einem umfangreichen Testprogramm werden dann jene Gene aussortiert, die dazu führen würden, daß das Immunsystem den eigenen Organismus angreift. Mit anderen Worten: Das System entscheidet über das Schicksal der Gene - und nicht umgekehrt.

Die Vererbung erworbener Eigenschaften sei in der Immunologie nicht Hypothese, sondern Tatsache, betonte Cohen. Jeder Embryo erhalte von der Mutter noch im Uterus quasi eine Infusion von Gammaglobulinen, die das Aussehen des späteren, eigenen Immunsystems maßgeblich mit prägten.

Auch von der Mutter gebildete Antikörper gegen Antigene des Vaters bekommt der Embryo noch im Mutterbauch mitgeliefert. Das Immunsystem der Nachkommen bastelt sich mit dieser Mischung aus genetischen und nicht-genetischen Informationen sein eigenes Immunsystem, ein Prozeß, den Cohen die "Erschaffung des immunologischen Homunkulus" genannt hat.

Trotz identischen Genoms sind Antikörper ganz verschieden

Die These, daß das Immunsystem von Genen und Umweltfaktoren gemeinschaftlich moduliert wird, konnte Cohen in den vergangenen Jahren mit Hilfe der Chiptechnik belegen. Mit Hilfe tausender Antigene kann der Forscher mit diesen Chips eine Art Blaupause des individuellen Immunsystems erstellen.

Die wichtigste Erkenntnis: Die genetische Ausstattung und der immunologische Homunkulus korrelieren wenig miteinander. Lebewesen mit identischem Genom können völlig unterschiedliche Immunsysteme haben. Und umgekehrt ist gerade am Beginn des Lebens die Expression eigener IgM-Antikörper selbst bei genetisch stark unterschiedlichen Individuen ausgesprochen ähnlich.

FAZIT

Für das Immunsystem ist die DNA kein Programm, sondern ein Haufen Information, wie Dr. Irun Cohen aus Rehovot sagt. Diese Information werde benutzt und manipuliert, um den Organismus zu erhalten und die lebenswichtige Frage zu beantworten, was "selbst" und was "fremd" ist. Die DNA wird in diesem Konzept zum Diener des Ganzen. "Sie ist Sklave, nicht Meister der Zelle", sagt Cohen.

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