Von Aristoteles zum Epigenom: Die Entwicklung des Verständnisses unseres genetischen Schicksals

Lange vor der Entdeckung der molekularen Grundlagen, die unser Leben bestimmen, schlug Aristoteles, ein griechischer Philosoph, der zwischen 384 und 322 v. Chr. lebte, bei der Beobachtung verschiedener Lebensformen das Konzept vor, dass Organismen nicht völlig fertig gewachsen sind, sondern sich allmählich aus einer undifferenzierten Masse entwickelt haben. Diese Idee war das Gegenteil des damals vorherrschenden Präformationismus, der davon ausging, dass sich die Organismen aus Miniaturversionen ihrer selbst entwickelten, die bereits geformt und in Sperma und Eiern enthalten waren. Aristoteles sagte, dass dieser Prozess von einer Lebenskraft oder „Seele“ gelenkt wird, eine eher philosophische Erklärung ohne die empirische Grundlage der modernen Wissenschaft, in deren Mittelpunkt jedoch die Entfaltung des biologischen Potenzials eines Organismus zu komplexeren Strukturen und Funktionen steht. Das gleiche Konzept galt in der Wissenschaft bis zum Aufkommen der Molekularbiologie und der heutigen Epigenetik.

Als der Begriff 1942 zum ersten Mal von Conrad Waddington verwendet wurde, verwendete er einen phantasievolleren Ansatz, der noch nicht dem heutigen Studium der molekularen Mechanismen entsprach. Waddington verwendet die Metapher einer Murmel auf der Spitze eines Hügels. Der Hügel, den er die epigenetische Landschaft nannte, die Murmel steht für eine Zelle in unserem Körper, und die Pfade, auf denen sie rollen kann, stehen für die potenziellen Schicksale der Zelle, d.h. sie kann sich in eine Hautzelle, eine Herzzelle, eine Nervenzelle und so weiter differenzieren. Während der Ball den Hügel hinunterrollt, stößt er auf Gabelungen und Kurven auf seinem Weg. Jeder Wendepunkt, an dem die Zelle verschiedene Wege einschlagen kann, steht für Umweltsignale oder interne Hinweise, die die Zelle zu einem bestimmten Ziel führen. Die Landschaft selbst, mit ihren Hügeln und Tälern, prägt die Reise des kleinen Balls und sorgt dafür, dass er am richtigen Ort ankommt.

Es gelingt ihm zu veranschaulichen, dass die Entwicklung von Organismen nicht nur von einem Gen abhängt, sondern auch von dem Weg, der die Zelle zu ihrem Ziel führt. Dieser Weg kann modifiziert werden, ohne die ursprünglichen Gene zu verändern. Seine Arbeit legte die philosophischen und konzeptionellen Grundlagen für das, was wir heute als

Epigenetik: die Untersuchung von Veränderungen in Organismen, die durch eine Veränderung der Genexpression und nicht durch eine Veränderung des genetischen Codes selbst verursacht werden.

Um vom Begrifflichen wegzukommen, war es notwendig, die molekularen Strukturen zu verstehen, die für die Prozesse der Vererbung und der Genexpression verantwortlich sind, was durch die Entwicklung der Molekularbiologie und der Genetik in den 1940er und 1960er Jahren möglich wurde. Die Existenz der DNA, der Desoxyribonukleinsäure, war bereits seit 1869 bekannt, als Friedrich Miescher das Kernmaterial von Leukozyten isolierte und seine chemische Zusammensetzung identifizierte, die sich von den bereits bekannten biologischen Materialien unterschied und die er Nuklein nannte. Aber seine Bedeutung als das Material, das die Informationen überträgt, die für die Entstehung eines Organismus erforderlich sind, wurde erst fast ein Jahrhundert später durch die Summe der Erkenntnisse verschiedener Forscher erkannt, die in der Unterscheidung der Funktionen von Proteinmaterial und genetischem Material gipfelten.

Im Jahr 1952 waren Alfred Hershey und Martha Chase dabei, eines der größten Rätsel der Biologie zu lösen: Was genau steckt in einem Virus, das ein Bakterium infiziert? Ist es Ihre Proteinhülle oder Ihre innere DNA? Nachdem sie den verschiedenen Viren erlaubt hatten, Bakterienkulturen zu infizieren, trennten sie die Bakterienzellen vom Rest des Mediums und unterschieden das innere und äußere Material. Sie waren in der Lage, buchstäblich virale DNA, nicht Proteine, in Bakterienzellen zu sehen, was beweist, dass erstere die genetischen Anweisungen für das Leben trägt.

Der Wettlauf um die Entschlüsselung der Struktur der DNA beginnt. Zwei Orte stachen bei dieser Suche hervor: das Cavendish Laboratory an der Universität Cambridge in England, wo James Watson, ein amerikanischer Biologe, und Francis Crick, ein britischer Physiker, eine Partnerschaft eingingen, und das King’s College in London, wo Rosalind Franklin, eine brillante Chemikerin und Expertin für Röntgendiffraktion, mit Maurice Wilkins zusammenarbeitete.

Rosalind Franklin fertigte Röntgenbilder von DNA-Kristallen an, die von nie dagewesener Klarheit waren, insbesondere das berühmte Foto 51, das zeigte, dass die DNA eine spiralförmige Struktur hatte. Watson und Crick hatten zwar keinen direkten Zugang zu Franklins experimentellen Daten, wurden aber indirekt durch Wilkins und eine Vorlesung, die Franklin gehalten hatte, über seine Entdeckungen informiert. Mit Hilfe dieser Informationen sowie ihrer eigenen Kenntnisse in Chemie und Biologie kamen Watson und Crick zu dem richtigen Modell und veröffentlichten es 1953 in der Zeitschrift Nature. Die DNA war eine Doppelhelix, wobei die stickstoffhaltigen Basen im Inneren bestimmte Paare bildeten, die die beiden Stränge miteinander verbanden. Dieses Modell erklärt nicht nur die Struktur der DNA, sondern auch, wie sie sich selbst kopieren und genetische Informationen kodieren kann.

Die Entdeckung der Struktur der DNA hat die Biologie und die Medizin revolutioniert. Watson, Crick und Wilkins wurden 1962 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet, aber Franklin, der 1958 an Krebs gestorben war, wurde nicht berücksichtigt. Im Laufe der Jahre erhielt Franklins Beitrag zur Wissenschaft die Anerkennung, die sie verdiente, und heute gilt sie als eine der einflussreichsten Wissenschaftlerinnen auf dem Gebiet der Molekularbiologie.

Mit der Entdeckung, dass die Genexpression reguliert werden kann, konnte sich der Bereich der Epigenetik endlich auf molekulare Grundlagen zubewegen. Mitte der 1970er Jahre begannen zwei Gruppen von Wissenschaftlern unter der Leitung von Robin Holliday, John Pugh und, getrennt davon, Arthur Riggs, einen dieser Mechanismen, die DNA-Methylierung, zu entschlüsseln. Stellen Sie sich vor, unsere gesamte DNA wäre eine Bibliothek und jedes Buch entspräche einem Gen. Die DNA-Methylierung ist vergleichbar mit dem Anbringen spezieller Markierungen in bestimmten Bibliotheksbüchern. Diese Lesezeichen verändern nicht die Wörter in den Büchern, aber sie können anzeigen, welche Bücher gelesen oder im Regal reserviert werden sollten.

In den späten 1990er und frühen 2000er Jahren begannen Wissenschaftler wie David Allis zu erforschen, wie die Histone genannten Proteine, die bei der Verpackung der DNA helfen, verändert werden können, um das Ablesen der Gene zu beeinflussen. Stellen Sie sich vor, dass die Histone die Bibliothekare sind, die die Bücher ordnen. Wenn Sie die Funktionsweise ändern, können Sie einige Bücher besser zugänglich machen oder sie ganz ausblenden.

1998 entdeckten Andrew Fire und Craig Mello einen überraschenden Mechanismus, durch den kleine RNA-Moleküle die Expression von Genen zum Schweigen bringen können, die so genannte RNA-Interferenz (RNAi). Es ist, als ob diese kleinen Moleküle Boten wären, die einige der Bücher abfangen, bevor sie den Leser erreichen, und so verhindern, dass ihre Informationen gelesen werden. Neben der RNAi hat die Entdeckung verschiedener nicht-kodierender RNAs, darunter microRNAs (miRNAs) und lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs), eine weitere Ebene der Regulierung aufgedeckt.

Diese RNAs erzeugen keine Proteine, sondern wirken als Hauptregulatoren und beeinflussen, welche Gene exprimiert werden.

Während mikroRNAs wie RNAi wirken, indem sie dem Buch einen Schutzumschlag hinzufügen, der verhindert, dass es gelesen wird, sind lange RNAs die Literaturkritiker der genetischen Bibliothek, die den Bibliothekaren und Lesern (den Zellen) sagen, welche Bücher (Gene) berücksichtigt oder ignoriert werden sollten.

Mit der Identifizierung epigenetischer Modifikationen begannen Wissenschaftler, Experimente durchzuführen, um zu verstehen, wie diese Modifikationen entstehen, aufrechterhalten und über die Generationen hinweg vererbt werden. Die Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie der Sequenzierung der nächsten Generation (Next Generation Sequencing, NGS) hat es Wissenschaftlern ermöglicht, epigenetische Veränderungen im gesamten Genom zu kartieren, wodurch die Epigenomik entstanden ist. Diese Technologien haben die Durchführung groß angelegter Studien erleichtert, um die Komplexität der epigenetischen Regulierung in verschiedenen biologischen Kontexten, bei Krankheiten oder den Auswirkungen bestimmter Umweltfaktoren zu verstehen.

Die Epigenetik ist heute ein interdisziplinäres Gebiet, das mit Genomik, Biochemie, Medizin, Ernährung, Toxikologie und sogar Neurowissenschaften und Psychologie interagiert und erforscht, wie Umwelterfahrungen und Lebensstil die Genexpression durch epigenetische Mechanismen beeinflussen können. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Erhaltung der Langlebigkeit und Lebensqualität.

Es ist interessant festzustellen, dass noch bevor epigenetische Veränderungen und die Faktoren, die sie beeinflussen, bekannt waren, ab den 1960er Jahren in Brasilien das Leben der Menschen durch die DeRose-Methode verändert wurde, und zwar durch epigenetische Veränderungen. Im Laufe der Jahre konnten wir einige der Wirkungen bei den Anwendern dieser Methode feststellen: erhöhter Muskeltonus und Flexibilität, erhöhte Immunität, gesteigerte Vitalität, Gedächtnis, schnelles Denken, Kreativität, eine leichtere Lebensweise und vieles mehr.

Diese Wirkungen wurden durch Atemübungen, Meditation, Körperbewegung, Entspannungstechniken und das, was heute als Achtsamkeit bekannt ist, erzielt. Hinzu kommen die Konzepte der Verhaltensumstellung, wie gute Ernährung, gute menschliche Beziehungen, gute emotionale Beziehungen und Höflichkeit. Zusätzlich zur Kultivierung der Emotionen, die Glück und Wohlbefinden hervorrufen: Großzügigkeit, Mitgefühl und Mitleid.

Die Reise durch die Geschichte der Epigenetik verdeutlicht eine tiefgreifende Wahrheit: Das Skript des Lebens ist viel dynamischer und veränderbarer als bisher angenommen. Dieses sich ständig weiterentwickelnde Verständnis der Epigenetik stellt nicht nur unsere traditionellen Ansichten über Genetik und Vererbung in Frage, sondern eröffnet auch neue Horizonte zur Verbesserung der menschlichen Vitalität und Langlebigkeit.

Wir können bereits sehen, wie die medizinische Versorgung, vor allem für diejenigen, die Zugang zu den neuesten Updates haben, zunehmend personalisiert wird. Wir können vorhersagen, dass sie nicht nur auf unserem genetischen Code basieren wird, sondern auch auf epigenetischen Veränderungen, die durch unseren Lebensstil, unsere Umwelt und sogar unsere Gedanken und Emotionen geprägt sind. Dies gibt uns ein Gefühl der Initiative und Verantwortung für unser Wohlbefinden und ermutigt uns zu einem Leben, das mit Absicht und Zielstrebigkeit gelebt wird, sowie zur Suche nach integrierten Praktiken zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit, Vitalität und Langlebigkeit, wie z.B. der DeRose Methode.

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Für diejenigen, die sich für die epigenetischen Mechanismen im Zusammenhang mit der Zellentwicklung interessieren, gibt es hier ein Video, das diese veranschaulicht.

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DeRose. Leben Sie länger und besser. Nov 2021.