Warum können zwei Lebewesen mit dem gleichen genetischen Code ganz unterschiedlich aussehen? Die Epigenetik zeigt, dass wir mehr sind als „nur” unsere Gene… Doch was genau ist eigentlich Epigenetik?

Diese Definition und weitere spannende Beispiele wie Copycat, Hybride und Spiderman konnten die Schüler und Schülerinnen der Biologie Leistungskurse der Jahrgangsstufen Q1 und Q3 am 12.12.23 in einem informativen und anschaulichen Vortrag von Frau Prof. Dr. Hake kennenlernen.
Die renommierte Wissenschaftlerin leitet zurzeit in Gießen an der Justus-Liebig-Universität (JLU) eine der drei Arbeitsgruppen des Instituts für Genetik.
Mit der Epigenetik wird ein noch sehr junger Bereich der Wissenschaft aufgegriffen, der in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat und heute sogar den LK-Schülern und Schülerinnen im Unterricht begegnet. Der Vortrag konnte durch eine Unterrichtsreihe in der Q1, in der ein Grundverständnis zum Thema aufgebaut wurde, vorbereitet werden. Bei der Epigenetik handelt es sich um einen übergeordneten Code, der, vereinfacht gesagt, auf der DNA liegt. Dies lässt sich ebenfalls durch die Zusammensetzung des altgriechischen Namens „epi“ („dazu”) und dem Begriff „Genetik“ (Vererbungslehre) erläutern. In der Epigenetik kann durch verschiedene Prozesse die Arbeit der RNA-Polymerase, die für das Ablesen der Gene zuständig ist, eingeschränkt oder ermöglicht werden. Diese reversiblen (umkehrbaren) Änderungen sind beispielsweise DNA-Methylierungen oder
Histon-Acetylierungen (Veränderungen auf Teilen der DNA oder Histonen). Die Arbeit der RNA-Polymerase wird durch epigenetische Modifikationen reguliert. Dies hat Auswirkungen auf die Proteinherstellung und somit auf den gesamten Organismus. Daher ist durch epigenetische Modifikationen das gezielte An- und Abschalten von bestimmten Genen möglich.
Da Umwelteinflüsse wie die Nahrung und das Klima für Änderungen des epigenetischen Codes sorgen, kann dies innerhalb einer Spezies zu einer individuellen Entwicklung führen. So kann durch die Nahrungsaufnahme in Form von Gelée Royal oder Honig der epigenetische Code entscheiden, ob aus einer weiblichen Bienenlarve eine Arbeiterin oder eine Königin großgezogen wird.
Die Epigenetik ist ein sehr spannender, vielfältiger und bis jetzt nur teilweise erforschter Bereich der Biologie. Mit einem Beispiel aus dem Film „Spiderman” konnte die Professorin auf eine informierende und gleichzeitig sympathische Art die Aufmerksamkeit der Schüler*innen sowie der Lehrkräfte erreichen. Durch Beispiele aus der aktuellen Forschung inklusive mikroskopischer Bildmaterialien wurde das Wissen verständlich und anschaulich vermittelt. Eines dieser Beispiele war die Kreuzung zweier Tierarten zu Hybriden. Bei der Paarung von Tiger und Löwe enstanden einerseits ein sehr ästhetisches, elegantes und andererseits ein auffällig großes, korpulentes Tier. Beim ersten Versuch war die Mutter eine Löwin und der Vater ein Tiger. Der zweite Versuch verlief umgekehrt. Daraus konnte geschlossen werden, dass es bedeutsam ist, welche Gene von jeweils Mutter oder Vater vererbt werden.
Beim Beispiel der eineiigen Zwillinge, die nach ihrer Geburt getrennt wurden und unter unterschiedlichen Bedingungen aufwuchsen, entwickelte sich trotz gleichen Erbguts bei nur einem Zwilling eine Krankheit. Dies zeigt, dass neben dem genetischen Code noch ein zweiter Code den Phänotyp und mögliche Erkrankungen beeinflusst. Dieser noch nicht vollständig erforschte “Histon-Code” verhält sich zusammen mit den anderen epigenetischen Modifikationen zum genetischen Code so, wie „Software zu Hardware”. Somit besitzt jede Zelle ein einzigartiges “Epigenom”, welches durch bestimmte Umwelteinflüsse entsteht. Diese Änderungen auf der DNA können unter anderem zu Erkrankungen führen. So kann nach einem Beispiel von Prof. Dr. Hake durch eine spezielle Modifikation an einer bestimmten Stelle der Zelltod hervorgerufen werden.
Die Professorin erklärte anschaulich, dass die Zukunft stark von der Epigenetik beeinflusst wird. Bei Reptilien bestimmt die Außentemperatur das Geschlecht der Nachkommen. Die durch den Klimawandel steigenden Temperaturen sorgen für eine vermehrte Entwicklung weiblicher Schildkrötenembryos. Dies führt zu einer Vielzahl an weiblichen, aber fehlenden männlichen Schildkröten und die Fortpflanzung würde erliegen, was das Aussterben der Spezies verursacht. Das Epigenom sorgt andererseits für eine große Variabilität innerhalb einer Spezies, die auch für die Evolution von großer Bedeutung ist.
Der Vortrag über Epigenetik von Prof. Dr. Hake gab allen Teilnehmenden einen Einblick in die Zukunft. Zunächst wurden Anreize im Bereich der Studien- und Berufsorientierung geschaffen: Der Bereich Epigenetik dient durch dessen zunehmende Relevanz in der Zukunft als berufliche Motivation, welche von den persönlichen Erfahrungen der Professorin im Bereich der Forschung gestützt wurde. Die spannende und enthusiastische Vortragsweise der Professorin sorgte für eine gute Verständlichkeit der Thematiken, wobei das Wissen aus dem Unterricht aufgegriffen und deutlich erweitert wurde. Die anschaulichen Beispiele sorgten für eine angenehme Atmosphäre. Vor allem konnten die Schüler und Schülerinnen einiges lernen und einen umfassenderen Einblick in diesen Bereich der Biologie gewinnen. 

 Wir bedanken uns für das Engagement von Prof. Dr. Hake, dem Team der JLU und dem JGH, die diesen besonderen Besuch ermöglichten.

Charlotte Renner, Frieda Reimann und Maja Lampe (Q1I)

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Epigenetik; Stand 21.12.2023
https://www.uni-giessen.de/de/fbz/fb08/Inst/gen/AGHake/cv; Stand 21.12.2023
https://link.springer.com; Stand 02.01.2024