Genetisches Gedächtnis: Langzeiterinnerungen auf der DNA
Von unseren Vorfahren erben wir nicht nur unser Aussehen, unsere Fähigkeiten und bestimmte Krankheitsrisiken, sondern offenbar auch Erinnerungen (“epigenetisches Prinzip“). Unser Genetisches Gedächtnis ist ein Konzept, das in der Genetik und Biologie zunehmend Beachtung findet und das Potenzial für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten mit sich bringt.
Was ist das Genetische Gedächtnis?
Das Genetische Gedächtnis ist ein Begriff aus der Epigenetik. Er bezieht sich auf die Annahme, dass in der DNA nicht nur die genetische Ausstattung (etwa das Aussehen) eines Individuums gespeichert ist, sondern auch Spuren von Informationen über vergangene Generationen und frühere Umweltbedingungen enthalten sind.
Diese Informationen können in Form epigenetischer Markierungen vorliegen und Einfluss auf die Entwicklung und Anpassung späterer Generationen haben.
Historische Grundlagen
Die Idee eines genetischen Gedächtnisses hat eine lange Geschichte und wurzelt in frühen Theorien und Hypothesen, die darauf hinwiesen, dass genetisch übertragbare Informationen mehr als nur die unmittelbare Genausstattung eines Organismus betreffen. Einer der Pioniere auf diesem Gebiet war der deutsche Biologe Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829).
Lamarck postulierte schon im 18. Jahrhundert die Theorie der “vererbten Eigenschaften“, bei der er annahm, dass Organismen während ihres Lebens erworbene Merkmale an ihre Nachkommen weitergeben könnten. Obwohl diese Theorie heute weitgehend als überholt angesehen wird, markiert sie einen frühen Versuch, das Konzept “Genetisches Gedächtnis” zu erklären.
Ebenso trugen auch Charles Darwin (1809-1809–1882) und seine Theorie der natürlichen Selektion ebenfalls zur Entstehung des Konzepts des genetischen Gedächtnisses bei. Darwin argumentierte, dass sich Arten im Laufe der Zeit verändern, um sich besser an ihre Umwelt anzupassen. Diese Anpassungen werden auf genetischer Ebene vererbt und tragen dazu bei, die Vielfalt der Arten und des Lebens auf der Erde zu erklären.
Schlüsselmomente der Forschung
Im Laufe des 20. Jahrhunderts erlebte die Genetik einen explosionsartigen Fortschritt: Die Entdeckung der DNA-Doppelhelix-Struktur durch die Molekularbiologen James Watson und Francis Crick im Jahr 1953 war ein Meilenstein, der zeigte, wie Gen-Informationen auf molekularer Ebene gespeichert sind. Diese Entdeckung legte den Grundstein für das Verständnis, wie das Gedächtnis für Gene auf molekularer Ebene funktioniert.
Ein weiterer Schlüsselmoment in der Erforschung des genetisch weitergegebenen Gedächtnisses war die Entdeckung der Epigenetik.
Forscher wie der britische Entwicklungsbiologe und Genetiker Conrad Waddington in den 1940er-Jahren und später die amerikanischen Wissenschaftler Randy Jirtle und Robert Waterland in den 1990er-Jahren fanden Beweise dafür, dass epigenetische Veränderungen wie die DNA-Methylierung die Genexpression beeinflussen können.
Diese Entdeckungen zeigten, dass genetisch relevante Informationen nicht in Stein gemeißelt sind, sondern durch Umweltfaktoren und epigenetische Modifikationen verändert und möglicherweise über Generationen hinweg weitergegeben werden können.
Ein Gedächtnis für Gene ist ein faszinierendes Konzept und bis heute von großer Bedeutung sowohl für die Genetik als auch für die Biologie. Es erklärt, wie bestimmte Merkmale, Verhaltensweisen oder Erinnerungen in einer Population erhalten bleiben.
Selbst dann, wenn die individuellen Organismen, die sie besaßen, bereits längst gestorben sind. Auf diese Weise können sich Populationen im Laufe der Zeit an sich verändernde Umweltbedingungen anpassen und neue Merkmale oder Fähigkeiten entwickeln, die ihr Überleben sichern.
Genetisches Gedächtnis: Die Mechanismen
Als Mechanismen werden in diesem Zusammenhang biologische Prozesse bezeichnet, die Informationen über vergangene Umweltbedingungen und Anpassungen von einer Generation zur nächsten weitergeben. Diese Prozesse haben einen Einfluss darauf, wie Geninformationen vererbt und genutzt werden. Hier lassen sich verschiedene Mechanismen unterscheiden.
DNA als Träger von Erinnerungen
Die chemischen Grundbausteine der DNA sind sogenannte Nukleotide. Diese Moleküle sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Daraus ergibt sich ein genetischer Code, der sämtliche Informationen über Gene und Genomsequenzen enthält, die für die Entwicklung und Funktion eines Organismus erforderlich sind.
Die Replikation der DNA während der Zellteilung sorgt dafür, dass diese Informationen von einer Generation zur nächsten weitergegeben und die Kontinuität des genetisch übertragenen Gedächtnisses gewährleistet wird.
Die Genexpression, das ist das äußere Erscheinungsbild des Genoms, kann sich jedoch im Laufe der Zeit ändern – zum Beispiel durch genetische Modifikation oder epigenetische Veränderungen.
Epigenetische Veränderungen
Jede epigenetische Modifikation beeinflusst die Genexpression. Diese Veränderungen können durch Umweltfaktoren ausgelöst werden und haben das Potenzial, an die nächsten Generationen weitergegeben zu werden. Die zwei bekanntesten Mechanismen sind DNA-Methylierung und Histon-Modifikation.
Bei der DNA-Methylierung heften sich Methylgruppen an bestimmte DNA-Abschnitte an und unterdrücken damit die Aktivität bestimmter Gene. Wie gut Gene abgelesen werden können, hängt auch von der Packungsdichte der DNA ab. Sie wird unter anderem von speziellen Eiweißen (Histonen) bestimmt.
Verändern sie sich, verändert sich auch der Verpackungszustand und mit ihm auch die Lesbarkeit der Gene.
Beispiele aus der Tier- und Humanforschung
In den letzten Jahren stieg die Zahl genetischer und epigenetischer Forschungsarbeiten stark an – sowohl in der tierexperimentellen Forschung als auch im Humanbereich.
Ein bekanntes Beispiel für die Untersuchung bei Tieren stammt von Brian Dias und Kerry Ressler aus dem Jahr 2014. Die amerikanischen Wissenschaftler brachten Mäusen bei, einen bestimmten Geruch (hier: Kirschblüten) zu vermeiden.
Überraschenderweise zeigte die nächste Generation Mäuse die gleiche Aversion gegenüber dem Kirschblütenduft, ohne jemals das Training mitgemacht zu haben. Die Aversion, die die Elterntiere erlernten, wurde also an ihre Nachkommen weitergegeben.
Die Übertragbarkeit von Forschungsergebnissen aus Tierversuchen auf den Menschen ist beschränkt. Um zuverlässige Aussagen aus der Epigenetik für die Psychologie oder Medizin treffen zu können, sind Humanstudien nötig, von denen es bislang nur wenige gibt. Dennoch sind die Resultate (epi)genetischer Studien vielversprechend.
Zum Beispiel konnten Wissenschaftler der Medizinischen Hochschule Hannover zeigen, dass epigenetische Veränderungen das Risiko für Suchterkrankungen erhöhen. Die Forscher fanden heraus, dass süchtige Verhaltensweisen Spuren im Epigenom hinterlassen, die sich in Form von unterschiedlichen Methylierungsmustern bestimmter Gene zeigen.
Mögliche Anwendungen
Das Konzept des Genetischen Gedächtnisses hat verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, sowohl in der Arbeit als Epigenetik Coach als auch in der wissenschaftlichen Forschung und in der praktischen Anwendung.
1. Medizin und Gesundheitsforschung
Das Verständnis des Genetischen Gedächtnisses und seiner epigenetischen Grundannahmen kann dazu beitragen, Risikofaktoren für Krankheiten zu identifizieren. Aus diesen lassen sich individuelle Präventions- und Behandlungsstrategien ableiten. Dies ist für Krankheiten wie Krebs dankbar, aber auch für psychische Erkrankungen wie Depressionen, Angststörungen oder Suchterkrankungen.
Ein besonders wichtiger Bereich in der Medizin, in der epigenetische Mechanismen eine große Rolle spielen, ist die Traumaforschung.
Zu verstehen, wie traumatische Erfahrungen früherer Generationen epigenetische Veränderungen hervorrufen können, kann helfen, spezielle Therapien für Traumafolgestörungen zu entwickeln.
2. Entwicklungsforschung
Die Erforschung von epigenetischen Veränderungen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Kindern von der frühen Kindheit bis in das Erwachsenenalter kann wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie frühkindliche Erfahrungen das genetische Gedächtnis beeinflussen können.
Sie kann dazu beitragen, bestimmte Verhaltens- und Persönlichkeitsmerkmale (zum Beispiel Empathie, Aggression oder Sozialverhalten) und ihre Entwicklung im Lebenslauf besser zu verstehen. Auch kann sie helfen, Risiko- und Schutzfaktoren für die Entwicklung von psychischen Störungen, Entwicklungsstörungen und anderen Gesundheitsproblemen zu identifizieren.
Dies ist besonders relevant, um frühzeitig präventive Maßnahmen zu ergreifen und Kinder in belastenden Umgebungen zu unterstützen.
3. Landwirtschaft
Neben der medizinischen Anwendung lassen sich die Erkenntnisse aus der epigenetischen Forschung auch bei der Landwirtschaft nutzen. Sie können beispielsweise dazu beitragen, bestimmte Eigenschaften wie der Ertrag oder die Resistenz gegenüber Krankheiten zu verbessern. Solche Ansätze sind für den Anbau von Pflanzen und die Tierzucht denkbar.
