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Am Beispiel eines Fadenwurms konnte ein Team des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen zeigen, wie Ernährung die Vererbung beeinflusst.
Kann ein Nährstoff aus der Nahrung ohne das Genom zu verändern das Verhalten über mehrere Generationen hinweg beeinflussen? Ja, sagt ein Team der Abteilung für Integrative Evolutionsbiologie am Max-Planck-Institut für Biologie in Tübingen. Die Forschenden haben herausgefunden, dass Vitamin B12 eine Schlüsselrolle bei der Weitergabe von vererbten Verhaltensweisen spielt – und das wie gesagt über Generationen hinweg. Allerdings zunächst „nur“ beim Fadenwurm Pristionchus pacificus.
Dafür ist das Team überzeugt, dass die Studie ein grundlegender Schritt ist, um zu verstehen, wie Umweltsignale in vererbbare biologische Informationen umgewandelt werden. Die Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen – über die Fadenwürmer hinaus – zu umfassenderen Fragen der Ernährung, Entwicklung und Vererbung haben.
Eine Frage der Epigenetik
Es ist schon länger bekannt, dass Umweltbedingungen die Vererbung von Merkmalen beeinflussen können. Dieses Phänomen ist als transgenerationale epigenetische Vererbung bekannt. Doch die molekularen Signale, die diese biologische „Erinnerung“ prägen, waren bisher weitgehend unbekannt.
In der aktuellen Studie verwendeten die Forschenden den Fadenwurm Pristionchus pacificus, einen mikroskopisch kleinen Rundwurm, der sich flexibel entwickeln kann. Abhängig von seiner Nahrung kann Pristionchus seine Mundstruktur verändern und eine räuberische Lebensweise annehmen, bei der er sich von anderen Fadenwürmern ernährt.
Als Pristionchus mit dem Bakterium Novosphingobium gefüttert wurde, entwickelte er sich ausschließlich in die räuberische Form. Interessanterweise blieb diese verstärkte Neigung zum räuberischen Verhalten über mehrere Generationen hinweg bestehen, selbst nachdem die Würmer wieder zu ihrer ursprünglichen Nahrung zurückkehrten.
Vitamin B12 ist der Schlüssel
Das Forschungsteam identifizierte Vitamin B12, einen von den Bakterien produzierten Metaboliten, als Hauptauslöser für diesen vererbten Effekt. Wenn Novosphingobium genetisch so verändert wurde, dass die Vitamin B12-Produktion blockiert ist, ging das generationenübergreifende Gedächtnis für das räuberische Verhalten verloren. Durch Zugabe von Vitamin B12 ließ sich der Effekt jedoch wiederherstellen, was zeigt, dass Vitamin B12 sowohl notwendig als auch ausreichend für diese Form der Vererbung ist.
Weitere Experimente zeigten, dass Vitamin B12 konzentrationsabhängig wirkt und über die Methionin-Synthase signalisiert, ein wichtiges Enzym im Zellstoffwechsel, bei dem Vitamin B12 als entscheidender Cofaktor fungiert.
Darüber hinaus fanden die Forschenden heraus, dass Vitamin B12 die Produktion von Vitellogenin über Generationen hinweg erhöht. Vitellogenin ist das Haupt-Eiweiß der Eizellen, welches als Nährstoff von der Mutter auf die Nachkommen übertragen wird. Würmer, denen der Vitellogenin-Rezeptor fehlt, der für die Aufnahme von Dotterproteinen in die Eizellen verantwortlich ist, zeigten das vererbte räuberische Verhalten nicht. Dies liefert starke Hinweise darauf, dass das durch Vitamin B12 ausgelöste transgenerationale Gedächtnis durch die maternale Nährstoffversorgung von Müttern auf ihre Nachkommen erfolgt.
Die Studie zeigt ein bemerkenswertes Beispiel für phänotypische Plastizität, bei der Organismen ihre Merkmale als Reaktion auf Umweltbedingungen anpassen. In sich schnell verändernden oder ressourcenarmen Umgebungen, wie sie P. pacificus in der Natur vorfindet, kann die Fähigkeit, adaptive Merkmale wie räuberisches Verhalten zu vererben, das Überleben und den Fortpflanzungschancen erheblich steigern.
