Im Biologieunterricht in der Schule lernten wir die Mendelschen Regeln. Der österreichische Genetiker und Mönch Georg Mendel (1822 – 1884) erforschte, wie Merkmale – wie die Augenfarbe eines Menschen oder die Farbe einer Pflanzenblüte – vererbt werden. Den Vererbungsvorgang untersuchte er anhand der Merkmale von Erbsenpflanzen. Er züchtete also zahlreiche Erbsen und experimentierte mit Kreuzungen, die er statistisch auswertete. Daraus stellte er seine drei Mendelschen Regeln über die Vererbung auf.
Dominante und rezessive Gene
Georg Mendel erkannte, dass Menschen und ebenso Pflanzen jeweils zwei Kopien jedes Erbmerkmales haben – von Mutter und Vater bzw. Mutterpflanze und Vaterpflanze. Beide Merkmale zusammen bestimmen das Aussehen. Die Merkmale sind entweder dominant oder rezessiv. Dominante Gene setzen sich durch, rezessive Gene zeigen sich hingegen nur, wenn sie von beiden Elternteilen vererbt werden. Forscher*innen an der Veterinärmedizinischen Universität Wien plädieren für ein neues Verständnis von Genetik und deren Regeln – denn eigentlich ist alles komplexer.
Neues Verständnis von Genetik
„Das Problem an Georg Mendels Forschung ist, dass er sehr einfache Phänotypen (das sind alle Merkmale eines Lebewesens, Anm.) ausgewählt hat, das ist meist zu einfach gedacht“, erklärt Christian Schlötterer. Er ist an der Veterinärmedizinischen Universität Wien tätig, leitet dort das Forschungsprojekt „Polygene Adaption“ und setzt sich mit Kolleg*innen für ein neues Verständnis von Genetik ein. Dazu veröffentlichten sie kürzlich einen Artikel in der Fachzeitschrift „Genetics“. So sind es zum Beispiel tausende Gene, die die Körpergröße eines Menschen bestimmen. Beschränkt man den wissenschaftlichen Fokus nur auf ein einziges Gen und testet nur, ob dieses etwa die Anfälligkeit für eine Krankheit voraussagen kann, ist das meist zu kurz gedacht.
Zusammenspiel verschiedener Gene
Viele biologische Merkmale – angefangen von Körperformen und Aussehen bis hin zu Krankheitsrisiken – werden durch das Zusammenspiel verschiedener Gene bestimmt. „Diese polygenen Merkmale sind sehr wichtig, sie müssen in der Forschung mehr beachtet werden“, betont Christian Schlötterer. Die Effekte einzelner Varianten sind dabei meist klein, häufig kontextabhängig und werden stark durch Umweltbedingungen sowie den genetischen Hintergrund eines Individuums beeinflusst. Einfache sogenannte Ein-Gen-Modelle reichen oft nicht aus, um etwa das Risiko an einer bestimmten Krankheit zu erkranken zu erforschen.
Beispiel Krankheiten
Viele Krankheiten – wie zum Beispiel Adipositas oder Diabetes – werden durch eine sehr große Zahl genetischer Varianten beeinflusst – und jede einzelne Variante trägt nur minimal zum Risiko bei. Zudem spielen Umweltbedingungen – wie Sport, Ernährung und Rauchen– ebenso eine Rolle. Und Gene interagieren miteinander. Daher plädieren die Forscher*innen dafür, die genetische Variation sowie evolutionäre Prozesse ausdrücklich zu berücksichtigen – und genetische Effekte auf Systemebene und im Umweltkontext zu untersuchen.
Verschiedene Methoden
Dafür eignen sich laut den Expert*innen mehrere Methoden, zum Beispiel parallele Selektionsexperimente, genomweite Analysen unter kontrollierten Umweltveränderungen sowie die Auswertung natürlicher Anpassungsprozesse in Wildpopulationen. Christian Schlötterer arbeitet in seiner Forschung mit Fruchtfliegen: „Wir haben tausende Fliegen hier an der Veterinärmedizinischen Universität Wien und möchten sehen, wie sich diese an neue Umweltbedingungen anpassen. Am Anfang ist es dieselbe Population, diese vermehren wir und schauen uns ihre Gene an – und welche Änderungen uns hier auffallen.“ Wer polygene Merkmale verstehen will, braucht eine große Anzahl an Daten sowie die Zusammenarbeit von Forscher*innen aus Biologie, Ingenieurwissenschaften und datengetriebener Modellierung.
