Epigenetik

Vererbung ist mehr als die Summe der Gene

Eien Nucleosomen-Spindel bestehend aus acht Histon-Proteinen im Zentrum, um die sich zwei DNA-Schleifen winden. Bild vergrößern
Eien Nucleosomen-Spindel bestehend aus acht Histon-Proteinen im Zentrum, um die sich zwei DNA-Schleifen winden.

„Weniger Gene als bislang angenommen“ – so lautete im Februar 2001 die Schlagzeile eines Nachrichtenmagazins, nachdem Wissenschaftler die vollständige Sequenzierung des menschlichen Genoms verkündet hatten. Der Artikel enthüllte, dass „entgegen den bisherigen Annahmen das menschliche Genom nicht aus 60.000 bis 100.000 Genen besteht, sondern lediglich etwa doppelt so viele Gene aufweist wie das Genom der kleinen Fruchtfliege Drosophila“. 13.000 Gene haben die Wissenschaftler bei Drosophila gezählt, etwa 25.000 sind es beim Menschen – und übrigens auch bei der Maus.

Während sich die Zahl der Gene bei der Entwicklung von einfachen hin zu komplexen Organismen offenbar nur moderat erhöht hat (schon Einzeller wie die Hefe besitzen zwischen 5000 und 6000 Gene), ist die Genomgröße gleich um das 300fache angewachsen! Unglaubliche drei Milliarden Buchstaben (die Nucleotidbasen) umfasst das menschliche Genom, ein zwei Meter langer Faden aus Desoxyribonukleinsäure (DNA). Um diese Buchstabenfolge abzuspeichern, benötigt man einen USB-Stick mit 1,5 Gigabyte Speicherkapazität. Doch nur ganze vier Prozent dieses DNA-Fadens kodieren für Proteine. 52 Prozent der menschlichen DNA bestehen aus sogenannten nicht-kodierenden Regionen – vor einigen Jahren noch abfällig als Schrott-DNA bezeichnet –, weitere 44 Prozent aus sogenannten repetitiven Elementen (sich wiederholende Buchstabenfolgen). Ein Großteil dieser Sequenzabschnitte sind genetische Eindringlinge: Gene bzw. Genfragmente, die von Viren stammen und sich im Laufe der Evolution in unser Genom eingeschlichen haben. Darüber hinaus haben die Wissenschaftler in den vergangenen Jahren festgestellt, dass manche DNA-Abschnitte auch für kleine RNA-Moleküle kodieren, die regulatorische Aufgaben in der Zelle übernehmen.

Damit hatte keiner gerechnet: Mehr als vier Jahrzehnte lang galten Protein-kodierende Gene als die eigentlichen Bewahrer der genetischen Information. Nicht umsonst wurde das Genom als „Buch des Lebens“ bezeichnet, geschrieben mit einem Alphabet aus vier Buchstaben – den vier Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Gene waren Schicksal: Sie sollten Aussehen, Persönlichkeit und Krankheitsrisiken bestimmen. Doch offenbar können die Kapitel im "Buch des Lebens" unterschiedlich interpretiert werden, sind die in der DNA gespeicherten Informationen keine 1:1 Blaupause für den Organismus. Vielmehr bedarf es kleiner chemischer Markierungen, um bestimmte genetische Abschnitte – quasi wie mit einem "bookmark" – als lesenswert zu markieren, durch Verweise auf weiter entfernt liegende Abschnitte in neue Zusammenhänge zu bringen oder dem Zugriff der Übersetzungsmaschinerie durch eine Art "Passwort-Schutz" zu entziehen.

Die Tortendiagramme zeigen die Genomorganisation in verschiedenen Organismen. Bild vergrößern
Die Tortendiagramme zeigen die Genomorganisation in verschiedenen Organismen.
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