Jenseits von Mendel: Forschende fordern ein neues Verständnis der Genetik

Ein Perspektivenartikel in „Genetics“ plädiert für einen Paradigmenwechsel, um komplexe Genwirkungen im Zusammenspiel mit Umwelt und genetischem Hintergrund aufzuklären.

Seit mehr als 100 Jahren prägt die Mendelsche Genetik unser Bild von Vererbung: Ein Gen, ein Merkmal. Ein Modell, das in vielen Lehrbüchern bis heute nachhallt – und das zugleich immer häufiger an seine Grenzen stößt. In einem Perspektivenartikel, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Genetics“, fordert eine internationale Autorengruppe deshalb ein grundlegendes Umdenken: Weg von der Suche nach einzelnen, klar abgegrenzten Genwirkungen – hin zu experimentellen Ansätzen, die genetische Komplexität nicht als Störfaktor behandeln, sondern als Ausgangspunkt.

Zu der Autorengruppe gehören auch Prof. Detlef Weigel, Direktor der Abteilung Molekularbiologie am Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen, und Dr. Luisa Pallares, Max-Planck-Forschungsgruppenleiterin am Friedrich-Miescher-Laboratorium der Max-Planck-Gesellschaft in Tübingen.

Zusammenspiel sehr vieler Gene bei den meisten Merkmalen

Die zentrale These: Die Mehrzahl biologischer Merkmale – von Körperformen über physiologische Funktionen bis hin zu Krankheitsrisiken – entsteht aus dem Zusammenspiel sehr vieler Gene. Die Effekte einzelner Varianten sind dabei meist klein, häufig kontextabhängig und werden stark durch Umweltbedingungen sowie den genetischen Hintergrund eines Individuums beeinflusst. Übereinstimmende Befunde aus quantitativer Genetik, Evolutionsbiologie und Züchtungsforschung sprechen, so die Autoren, eine klare Sprache: Einfache Ein-Gen-Modelle reichen nicht aus, um den gesamten Phänotyp und die Variation zwischen Individuen zu erklären.

„Wir haben große Fortschritte darin erzielt zu verstehen, wie Gene funktionieren, wie sie bestimmte Merkmale steuern und wie Störungen dieser Gene auf das ‘Gedeihen oder Scheitern’ eines Organismus Einfluss nehmen. Dennoch sind wir noch weit davon entfernt zu verstehen, wie diese genetischen Effekte die feinen Unterschiede zwischen den einzelnen Individuen regulieren“, erläutert Pallares. „Hierfür bedarf es einer differenzierteren Herangehensweise, die berücksichtigt, dass genetische Effekte umweltabhängig sind und durch andere Gene im Genom moduliert werden. Einer derart komplexen Fragestellung können wir nicht länger mit einem Ansatz begegnen, der immer nur ein einzelnes Gen betrachtet.“

Systematische Weiterentwicklung der experimentellen Genetik ist gefragt

Besonders deutlich wird das inzwischen auch in der medizinischen Forschung. Viele weit verbreitete Krankheiten werden durch eine sehr große Zahl genetischer Varianten beeinflusst. Jede einzelne Variante trägt nur minimal zum Risiko bei – in Kombination und im Zusammenwirken mit Umweltbedingungen können diese Effekte jedoch erheblich sein.

Der Perspektivenartikel ordnet diese Entwicklung historisch ein: Im 20. Jahrhundert konzentrierte sich die experimentelle Genetik bewusst auf klar definierte Einzeleffekte in standardisierten genetischen Systemen. Dieser Ansatz war außerordentlich erfolgreich, wenn es um die Aufklärung molekularer Mechanismen ging. Für das Verständnis individueller Variation, evolutiver Anpassung und komplexer Krankheitsbilder aber stößt er, so das Argument, an grundlegende Grenzen.

Vor diesem Hintergrund plädiert die Autorengruppe für eine systematische Weiterentwicklung der experimentellen Genetik. Künftige Forschungsansätze sollten natürliche genetische Variation explizit einbeziehen, evolutionäre Prozesse berücksichtigen und genetische Effekte nicht isoliert, sondern auf Systemebene und im Umweltkontext untersuchen. Vorgeschlagen werden unter anderem parallele Selektionsexperimente, genomweite Analysen unter kontrollierten Umweltveränderungen sowie die Auswertung natürlicher Anpassungsprozesse in Wildpopulationen.

Genetische Komplexität experimentell zugänglich machen

Ein zentraler Punkt ist dabei die Infrastrukturfrage. Wer polygene Merkmalsarchitekturen verstehen will, braucht Daten – und zwar in einer Größenordnung, die klassische Labor-Setups schnell überfordert. Notwendig seien großskalige, automatisierte Phänotypisierungsverfahren, ermöglicht durch eine enge Verzahnung von Biologie, Ingenieurwissenschaften und datengetriebener Modellierung.

Der Artikel endet mit einem klaren Plädoyer: Genetische Komplexität solle nicht länger reduziert oder ausgeblendet werden. Stattdessen müsse sie experimentell zugänglich gemacht werden – als Voraussetzung, um evolutionäre Prozesse ebenso wie die biologische Grundlage komplexer Merkmale und Erkrankungen künftig besser zu verstehen.