Epigenetik: So verändert sich das Erbgut

Wieso sieht eine Bienenkönigin anders aus als ihre Arbeiterinnen, obwohl sie dasselbe Genom hat? Weshalb haben Leber- und Nierenzellen unterschiedliche Funktionen, obwohl sie dieselbe DNA-Sequenz teilen? Die Unterschiede sind Folge epigenetischer Mechanismen. Sie steuern unser Erbgut, indem sie Gene an- oder ausschalten. Studien zeigen, dass sich auch Umwelteinflüsse und der Lebensstil in epigenetischen Anpassungen niederschlagen. Dazu gehören Sport und Ernährung, aber auch soziale Ungleichheit. Die drei Beispiele zeigen: Wir sind negativen äußeren Einflüssen auf unsere Gene nicht ausgeliefert, sondern haben vieles selbst in der Hand.

Sport aktiviert die epigenetische Aktivität
Dass Sport eine Schlüsselrolle für Gesundheit und Langlebigkeit spielt, ist weithin bekannt. Welchen Einfluss Bewegung auf unsere Zellen hat, wird in vielen Arbeitsgruppen erforscht. So untersuchte im Frühjahr 2029 ein Team um die Biologin Birgitte Regenberg von der Universität Kopenhagen die Muskelzellen von sportlichen und weniger aktiven Männern zwischen 60 und 65 Jahren. Mit dem Ergebnis, dass sich das Erbgut der sportlichen Probanden an mehr als 700 Stellen von dem der unsportlichen unterschied. Gene, die den Muskelaufbau oder die Energiegewinnung steuern, werden bei aktiveren Menschen demnach entsprechend häufiger abgelesen.
In welchem Gewebe derartige genetische Veränderungen stattfinden, dafür interessierte man sich schon in den 90ern in der groß angelegten Heritage Family Study. Radfahren hatte positive Effekte auf das PGC-1α-Gen – ein Schlüsselmolekül für den Energiemetabolismus. Im April 2023 stellte eine Studie des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) rund um Ahmad Aziz sogar fest, dass regelmäßiger Sport die epigenetische Alterung verlangsamt. Bewegung wirkt also der altersbedingten Verschlechterung des Immunsystems entgegen und senkt das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen.

Die Ernährung von Mutter und Vater beeinflusst das Epigenom der Kinder – schon vor der Befruchtung
Schon lange ist bekannt, dass die Ernährung einer Frau während Schwangerschaft und Stillzeit den Stoffwechsel des Kindes im späteren Leben beeinflusst. Doch auch die Ernährung beider Elternteile vor der Befruchtung kann auf die Stoffwechselgesundheit des Kindes einwirken – und zwar über epigenetische Veränderungen, die vererbt werden können. Ein Beispiel: Infolge von Übergewicht können wichtige Schaltstellen im Erbgut verändert werden, was das Risiko für Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes Typ 2 und Adipositas erhöht.
Nach Untersuchungen des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) am Helmholtz Zentrum München und der TU München können diese epigenetischen Mechanismen über den epigenetischen Code in Spermien oder Eizellen an die ungeborenen Kinder weitergegeben werden. Das wiederum beeinflusst, ob und wie stark diese im Verlauf ihres Lebens erkranken. Die gute Nachricht: Kinder sind nicht vollständig von den Genen ihrer Eltern abhängig, sondern profitieren von einem gesunden Lebensstil. Laut den Forschenden können epigenetische Informationen in einem bestimmten Zeitfenster auch wieder zurückgenommen werden. Ernährt sich ein Kind von Eltern mit Stoffwechselstörungen gesund und bewegt es sich ausreichend, so zahlt sich dies noch Generationen später aus.

Soziale Ungleichheit zeigt sich in den Genen von Kindern
Die Forschungsgruppe "MPFG Biosozial | Biologie, Soziale Unterschiede und Entwicklung“ des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung hat den Einfluss von sozialer Ungleichheit auf die Gene untersucht. Unter der Leitung von Laurel Raffington wertete das Team Daten von mehr als 3.000 US-amerikanischen Kindern zwischen 8 und 18 Jahren aus. Ein Ergebnis: Die epigenetischen Profile von Kindern aus sozioökonomisch benachteiligten Familien und Stadtvierteln sind „schlechter“ als die von privilegierteren Heranwachsenden. Sie weisen Gemeinsamkeiten mit jenen Profilen auf, die in früheren Studien bei Erwachsenen mit einem schlechteren Gesundheitszustand in Verbindung gebracht wurden. Hierzu zählen etwa ein erhöhtes Risiko für Fettleibigkeit, geringere kognitive Fähigkeiten und schnelleres Altern. Die Entwicklungspsychologin möchte mit ihrer Forschung Fakten für nötige Veränderungen etwa in der Sozialpolitik schaffen. Denn: Vieles deutet darauf hin, dass epigenetische Profile beeinflussbar sind, beispielsweise durch einen gesunden Lebensstil und frühkindliche Förderung.