Epigenetik. Wie Umwelt Gene verändert

Wirken sich Eigenschaften der Umwelt, hauptsächlich Traumata, auf den menschlichen Organismus und seine Nachkommen aus?


Hausarbeit, 2015
16 Seiten, Note: 12

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung – Erste Gedanken zur Thematik

2 Was ist Epigenetik?
2.1 Die Definition
2.2 Eine fachliche Einführung in die Wissenschaft

3 Geschichte der Epigenetik

4 Ausgewählte Untersuchungen
4.1 Das Bienenvolk
4.2 Die eineiigen Zwillinge
4.3 Das vererbte Trauma
4.4 Der Hungerwinter

5 Resümee

Literaturverzeichnis

1 Einleitung – Erste Gedanken zur Thematik

In den ersten Stunden unseres Studiums zum Bachelor of Arts, Jahrgang 22, wurden wir damit konfrontiert, in Vorbereitung der Bachelor Arbeit, eine kleine Hausarbeit aus zu arbeiten. Dafür zogen wir jeder ein Los, auf dem sich eine Zahl befand. Auf meinem Los konnte ich die Zahl 43 erkennen. Zu diesem Zeitpunkt wusste ich noch nicht, was auf mich zukommt. Ein paar Tage später war es schließlich soweit. Die aufgestaute Spannung konnte endlich mit einem Blick in den Themenkatalog beseitigt werden. Unter Nr. 43 las ich das Thema: „Epigenetik – wie Umwelt Gene verändert“. Ich war kurz sprachlos, da ich ein Thema mit deutlichem Polizeibezug erwartet hatte. Zudem konnte ich vorerst mit dem Begriff „Epigenetik“ überhaupt nichts anfangen. Ich fragte mich, mit was für einem Inhalt ich die geforderten sechs Seiten füllen werde. Nun, meine Neugier war geweckt. Kurz darauf saß ich vor einem PC und „googelte“ nach dem mir unbekannten Terrain. Wenige Minuten später konnte ich behaupten, dass mir mit der kleinen Hausarbeit ein sehr interessantes Themengebiet zugewiesen wurde. In den folgenden Tagen las ich zahlreiche Artikel im World Wide Web, die sich mit dem Forschungsgebiet der Epigenetik beschäftigen. Außerdem stieß ich während eines Besuchs der Rothenburger Bibliothek auf dem Gelände der Hochschule auf zwei Bücher, die sich mit der Thematik auseinander setzten. Eine weitere Wissensquelle fand ich in einer Fernsehdokumentation über Epigenetik der Mediathek des Fernsehprograms Arte. Nach einem Treffen mit der Betreuerin des Themas, Frau Dr. Gundula Heinicke- Knittel, und der Konkretisierung der nachfolgend genannten Zielrichtung, welche bei der Ausarbeitung Berücksichtigung finden sollte, konnte es losgehen.

Wirken sich Eigenschaften der Umwelt, hauptsächlich Traumata, auf den menschlichen Organismus und seine Nachkommen aus?

Meine Ausarbeitung wird außer einer Definition des Begriffs zunächst ein Basiswissen über Genetik/ Epigenetik vermitteln, eine Voraussetzung um zu verstehen, mit was sich das Forschungsfeld beschäftigt. Weiterhin biete ich der Vollständigkeit halber einen groben geschichtlichen Abriss zur Epigenetik an. Fortfolgend werde ich Experimente und die damit verbundenen Forschungsergebnisse vorstellen, welche sich konkret und annähernd mit der oben genannten Fragestellung beschäftigen. Im Resümee versuche ich meine Gedanken zur Epigenetik dahingehend enden zu lassen, welche Lehren wir aus dem bereits bekannten ziehen können und was wir in der Zukunft erwarten dürfen.

2 Was ist Epigenetik?

2.1 Die Definition

Die Epigenetik ist ein Wissenschaftszweig der Abstammungslehre. Die Darstellung sollte nun üblicherweise mit einer Definition starten. Da das Forschungsfeld der Epigenetik in den letzten Jahrzenten eine erhebliche Entwicklung durchlief, veränderte sich die Definition stets. Zum jetzigen Zeitpunkt kann man den Begriff wie folgt definieren:

„Epigenetik ist das Studium von mitotisch und/ oder meiotisch vererbbaren Veränderungen der Genfunktion, die nicht durch Veränderung der DNA- Sequenz erklärt werden können“[1].

Kegel erklärt in seinem Buch, unter Mitose verstehe man die normale Zellteilung, die bei Mehrzellern zu Wachstum und Erneuerung ihrer Gewebe führt. Die Zellen eines mehrzelligen Organismus teilen sich in zwei Tochterzellen, welche genetisch identisch sind. Die Mitose stellt sicher, dass die DNA einer Zelle zu gleichen Teilen in die beiden Tochterzellen gelangt.

Mit Meiose ist die Reduzierung auf die Hälfte des doppelten Chromosomensatzes in Eizelle und Samenzelle gemeint. Mit der Fortpflanzung und Vereinigung der beiden Zellen entsteht somit wieder ein doppelter Chromosomensatz. Bliebe die Meiose aus, würde sich die Chromosomenzahl der Zelle von Generation zu Generation verdoppeln.

2.2 Eine fachliche Einführung in die Wissenschaft

Einer kürzlich ausgestrahlte Dokumentation über das Fernsehprogramm Arte mit dem Titel „Epigenetik - Sind wir Gene oder Umwelt“ war zu entnehmen, dass das Rätsel der Epigenetik weltweit durch Biologen ergründet wird. Lange schon versucht der Mensch die Gesetze der Vererbung aufzudecken und die Logik, warum bestimmte Eigenschaften von Generation zu Generation weitergegeben werden. Alleine mit dem Erbgut ist die Vielfalt des Organismus Mensch nicht zu erklären, denn alle besitzen denselben Bauplan. Nicht nur alleine die DNA ist maßgeblich. Es stellt sich die große Frage, wie Organismen die Erbinformationen lesen, umsetzen und weitergeben. Epigenetik erforscht, was die Genaktivität beeinflusst. Die Entwicklung unserer Zellen ist nicht nur in der DNA verankert. Weitere Mechanismen sorgen für einen Unterschied in organischen Zellen, die Informationen zu ihrer Identität gespeichert haben.

Die Wissenschaft sucht neben der DNA nach einem weiteren Baustein, der die Schönheit und Komplexität des Lebens erklärt.

Der menschliche Organismus hat Milliarden Zellen. Jede einzelne dieser Zellen enthält DNA, die Genausstattung die wir weiter vererben. Alle Zellen des Körpers entstehen aus der Urzelle, dem befruchteten Ei. Wie kann nun die Keimzelle mit ihrem einmaligen Genom so vielfältige Zellausprägungen hervorbringen.

Im Kern jeder Zelle befinden sich 23 Chromosomenpaare, jedes Chromosom besteht aus einer Doppelhelixstruktur von DNA Strängen. Der Begriff Doppelhelix bedeutet Spirale. Die Molekülstruktur der DNA wird durch zwei gegenläufige DNA-Stränge geformt, die in der Mitte stets durch zwei gepaarte Basenpaare verbunden sind[2].

Die DNA wird aus der Abfolge von sechs Nukleinbasen gebildet. Nukleinbasen sind der Bestandteil der Nukleotide (DNA-Bausteine), die in DNA und RNA für die Ausbildung von Basenpaaren verantwortlich sind[3].

Die RNA ist die kleine Schwester der DNA. Die in der Basenfolge der DNA enthaltenen Informationen fließen zur RNA bis hin zum Protein. Dreimilliarden solcher Basen verketten sich im menschlichen Organismus zu den Genen. Gene enthalten Informationen für Proteine. Der genetische Code gibt an, wie Proteine konstruiert werden sollen, die Grundbausteine jedes Lebens. In der Wissenschaft hatte sich bereits die Meinung manifestiert, dass nur die Erbanlagen über unsere biologische Entwicklung entscheiden. Eineiige Zwillinge haben die gleiche DNA, dennoch unterscheiden sie sich äußerlich. Wird also die Entwicklung nicht alleine durch unser Erbgut bestimmt? Der Fakt ergibt den Rückschluss, dass DNA nicht alles erklärt. Das menschliche Genom ist wie ein Buch geschrieben, was auf verschiedene Arten gelesen werden kann. Als Genom bezeichnet man die Gesamtheit der genetischen Informationen, die mithilfe der DNA vererbt werden. Mittlerweile ist die Wissenschaft in der Lage, mehr denn je die jeweilige Umgebung des Forschungsgegenstandes in die Untersuchung einzubeziehen.

Wissenschaftler weltweit entdecken nach und nach, was neben den Genen unsere Identität formt und möglicherweise unser Erbgut steuert.

In einem lebenden Organismus sind nicht alle Gene aktiv, einige sind inaktiv oder stumm. An ein Gen bindet sich ein chemischer Marker und schaltet es aus. Es werden in einer Zelle nur bestimmte Gene gebraucht und nur die werden aktiviert. Diese Aktivierung von Genen zur Anfertigung der dazugehörigen Proteine wird als Genexpression bezeichnet[4].

Eine Genexpression kann durch DNA- Methylierung stillgelegt werden. Die DNA- Methylierung beeinflusst die Umsetzung der Erbinformation ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Sie dient der Markierung von aktiven und inaktiven Bereichen der DNA und spielt eine Rolle bei der Fehlerkorrektur in der DNA-Synthese. Die Methylierung setzt chemische Veränderung in Gang, die unterschiedliche Entwicklungsprogramme zur Folge haben[5].

Kegel konstatiert in seinen Ausführungen, jeder Organismus würde sich nach einem bestimmten epigenetischen Muster entwickeln, dass die Erbinformationen individuell liest. Während der Zelldifferenzierung bleibt der genetische Code der DNA unverändert. Die epigenetische Regulation bestimmt schließlich, welche Teile des Genoms benutzt werden und welche nicht. Unter Zelldifferenzierung versteht man den Entwicklungsprozess, bei dem aus ursprünglich gleichartigen, nicht spezialisierten (zumeist neu gebildeten) Zellen strukturell und funktionell unterschiedliche Zellen entstehen. Die Zellen werden in ihrer Gestalt und ihren Fähigkeiten für bestimmte Aufgaben spezialisiert. Entscheidend für die Zellen ist die Genexpression, durch die Gene aktiviert werden[6].

3 Geschichte der Epigenetik

Abgesehen von der Zielrichtung dieser Arbeit möchte ich dennoch der Vollständigkeit halber grob auf die Geschichte der Epigenetik eingehen. Die nachfolgenden Informationen zur Geschichte konnten zum einen aus Kegels Werk und zum anderen von der Internetplattform des Epigenom Exzellenznetzwerks www.epigenome.eu gewonnen werden. Die Ausführung ist nicht abschließend.

Erste Spuren dahingehend, dass sich die Menschheit mit dem Thema Vererbung und Gene auseinandergesetzt hat, führen ca. in das 300 v. Chr. zurück. Damals glaubte bereits Hippokrates, dass kleine Stückchen von allen Teilen der Eltern an die Nachkommen vererbt werden. Auch der Philosoph Aristoteles (384-322 v. Chr.) formte Gedanken in Richtung Vererbungslehre. Er war der Meinung, dass wir aus ungeformten Klumpen entstehen. Andere Geister dieser Zeit waren der Meinung, dass der Organismus Mensch bereits von Anfang an vollständig geformt sei. Eine bedeutende Erkenntnis steuerte William Harvey (1578-1657) 1651 dem Forschungsfeld der Abstammung bei. Er sezierte Rehe und Küken in der Folge er zu der Überzeugung kam, dass sich Embryos schrittweise aus einem Ei statt aus winzigen, vollständig vorgeformten Körpern entwickeln. Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) brachte 1809 in seiner 3 bändigen Ausgabe „Philosophie Zoologique“ zu Papier, dass Giraffen Aufgrund ihrer Vorliebe, die Blätter in den Kronen der Bäume zu fressen, von Generation zu Generation einen längeren Hals erhielten. Lamarcks Aussage wurde lange als ein wissenschaftlicher Irrweg und ein „Sich Verrennen“ in die falsche Richtung angesehen. Allerdings stellte sich der Grundgedanke von der Vererbung erworbener Eigenschaften im kommenden Jahrhundert als richtig heraus. 1859 erschien das Werk „Über die Entstehung der Arten“ von Charles Darwin (1809-1882). Darwin konstatierte, dass Nachkommen von Pflanzen- und Tierarten nicht bloße Kopien ihrer Eltern sind, sondern sich von denen in ihren Eigenschaften und Fähigkeiten unterscheiden. Lebewesen, welche den Widrigkeiten der Natur am besten trotzen, werden mehr Nachkommen haben als andere und die Eigenschaften, denen diese Stärke zu verdanken ist an folgende Generationen weiter geben. 1865 formulierte der Mönch Gregor Mendel (1822-1884) die Vererbungsregeln, die heute die Grundlage der Genetik bilden. Im Rahmen von Kreuzungsexperimenten mit Pflanzen im Klostergarten konnte er belegen, dass Elternpflanzen ihre Eigenschaften an die nächste Generation weitergeben. Darwin und Mendel, zwei Erneuerer der Biologie, hätten sich gegenseitig inspirieren können, forschten allerdings aneinander vorbei. 1892 erkannte man, dass genetische Informationen im Kern einer Zelle gespeichert sind. Nach Ansicht August Weißmanns (1834-1914) enthalten alle Zellen die gleichen Informationen. In einer Spezialisierung geht bei der Zellteilung Informationsmaterial verloren. Hans Spemann (1869-1941) stimmte Weißmann 1902 bedingt zu. Allerdings argumentierte er, dass Zellen keine Informationen verlieren, sondern diese nur ausschalten. Spemann spaltete mit einer Haarsträhne das Ei eines Salamanders in zwei Hälften. Das Ergebnis waren zwei Salamander. Er leistete damit Pionierarbeit für die Technologie des Klonens. 1942 prägte Conrad Hal Waddington (1905-1975) den Begriff Epigenetik. Er lieferte grundlegende Arbeiten zur Entwicklungsbiologie und Epigenetik.

Er entwarf die „epigenetischen Landschaft“. Diese stellt sich als Hügel mit mehreren, sich verzweigenden, nach unten verlaufenden Furchen dar. Auf den höchsten Punkt setzte er eine Zelle, symbolisch dargestellt durch eine Murmel. Nach dem Anstoß sucht sich die Murmel in den Furchen ihren Weg nach unten. Weitere Murmeln suchten sich auch denselben und andere Wege zum Fuß des Hügels. Auf dem Weg entscheidet sich, so durch Waddington dargestellt, welche Entwicklung die Urzelle einschlägt.

Mitte des 20igsten Jahrhunderts erfolgt der Durchbruch, Träger der Erbinformation ist die DNA. James Watson und Francis Crick beschreiben 1953 die Struktur der DNA-Doppelhelix anhand von vier Buchstaben des genetischen Alphabets. Die DNA wird als genetisches Erbmaterial erkannt. Ab 1980 beginnt die Revolution der Gensequenzierung, das Ablesen der Nukleotidfolge von DNA. Die Wissenschaft gelangt zu der Ansicht, dass wir die Summe unserer Gensequenzen sind. Die epigenetische Forschung floriert. In den 90iger Jahren werden sich die Wissenschaftler darüber bewusst, dass DNA-Methylierung und Histonmodifikationen als wichtige Regulatoren der Genaktivität fungieren. Mit Beginn des 21. Jahrhunderts ist das menschliche Erbgut weitestgehend entschlüsselt. Alle 25 tausend Gene des Menschen konnten detailliert erfasst und das Genom gelesen werden. Die eigentliche Entzifferung wird noch andauern, da sich der Text nur schwer deuten lässt.

[...]


[1] Kegel, B. (2015) Epigenetik – Wie unsere Erfahrungen vererbt werden

[2] National Centre for Biotechnology Education, www.dna50.org/main.htm

[3] Deutsche Enzyklopädie, www.enzyklo.de/Begriff/Nukleinbasen

[4] BMBF, www.biosicherheit.de/lexikon/677.expression.html

[5] BMBF, www.biosicherheit.de/lexikon/861.dna-methylierung.html

[6] Michael Koops, www.biologie-lexikon.de/lexikon/differenzierung.php

Ende der Leseprobe aus 16 Seiten

Details

Titel
Epigenetik. Wie Umwelt Gene verändert
Untertitel
Wirken sich Eigenschaften der Umwelt, hauptsächlich Traumata, auf den menschlichen Organismus und seine Nachkommen aus?
Hochschule
Hochschule der Sächsischen Polizei in Rothenburg Ober Lausitz
Note
12
Autor
Jahr
2015
Seiten
16
Katalognummer
V439294
ISBN (eBook)
9783668788824
ISBN (Buch)
9783668788831
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Epigenetik, Gene, Hungerwinter, Bienenvolk, Abstammungslehre, DNA, Mitose, Meiose, Vererbung, Erbgut, Urzelle, Keimzelle, Genom, Doppelhelix, Molekülstruktur, Basenpaare, Nukleinbasen, Nukleotide, RNA, genetischer Code, Erbanlage, Proteine, Genexpression, Methylierung, Erbinformation, Zelldifferenzierung, epigenetisches Muster, Regulation
Arbeit zitieren
Pierre Weismüller (Autor), 2015, Epigenetik. Wie Umwelt Gene verändert, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/439294

Kommentare

  • Noch keine Kommentare.
Im eBook lesen
Titel: Epigenetik. Wie Umwelt Gene verändert


Ihre Arbeit hochladen

Ihre Hausarbeit / Abschlussarbeit:

- Publikation als eBook und Buch
- Hohes Honorar auf die Verkäufe
- Für Sie komplett kostenlos – mit ISBN
- Es dauert nur 5 Minuten
- Jede Arbeit findet Leser

Kostenlos Autor werden