Demnach führt zuckerreiches Futter ein bis zwei Tage vor der Paarung dazu, dass der männliche Nachwuchs mehr Körperfett ansetzt – allerdings nur dann, wenn sich die Jungtiere besonders zuckerreich ernähren. Das internationale Forscherteam hat zudem das erste Gen-Netzwerk für eine generationsübergreifende Veränderung des Stoffwechsels identifiziert. Die Ernährung der Väter aktiviert Gene, die das Erbgut epigenetisch verändern können. Diese Veränderungen werden vererbt und steuern in der nächsten Generation die Aktivität von Genen für den Fettstoffwechsel. Die Forscher haben darüber hinaus ein ähnliches Gen-Netzwerk auch bei Menschen und Mäusen gefunden, das die Anfälligkeit für Übergewicht erhöht.

Auf Söhne, die selbst nur ausgewogene Nahrung zu sich genommen hatten, hatte die Ernährung ihrer Väter keinen Einfluss. Ganz anders verhielt sich das Körpergewicht, wenn der Fliegennachwuchs besonders zuckerreiche Nahrung gegessen hatte: Die Jungtiere, deren Väter Nahrung mit sehr wenig Zucker oder viel Zucker zu sich genommen hatten, neigten dann zu Übergewicht. Sie wiesen einen höheren Anteil an Körperfett auf und aßen auch mehr als die Söhne von Vätern mit ausgewogenem Futter.

„Es ergibt sich also ein U-förmiger Effekt: Extreme Zuckerwerte in der Nahrung der Väter – seien sie hoch oder niedrig – haben die stärksten Konsequenzen für die nächste Generation“, erklärt Anita Öst vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, die inzwischen an der Linkoeping Universität in Schweden forscht. Noch weiter vererbt sich die Wirkung auf das Körpergewicht aber nicht, denn in der Enkelgeneration haben die Wissenschaftler den Effekt nicht mehr beobachtet.

Offenbar ist die Vererbung des Ernährungsstatus der Väter vom Methylierungsmuster der Verpackung ihres Erbguts abhängig. Diese Anhängsel, kleine chemische Gruppen, kontrollieren, wie kompakt die DNA verpackt ist. Davon hängt es ab, wie stark ein Gen abgelesen wird. Gentechnisch veränderte Fliegen, bei denen verschiedene Methylierungsenzyme teilweise blockiert sind, vererben ihren Ernährungsstatus nicht an ihre Söhne. „Wir haben unterschiedliche Fliegenmutanten getestet und dabei sieben Gene identifiziert, die die Verpackung der DNA kontrollieren“, sagt Adelheid Lempradl vom Freiburger Max-Planck-Institut. Bei zuckerreicher Ernährung der Väter lockert sich die Verpackung der DNA in den Söhnen, so dass Fettstoffwechselgene vermehrt abgelesen werden können. Ein Effekt, der das ganze Fliegenleben lang anhält.

Einen Hinweis auf einen ähnlichen Mechanismus gibt es auch bei Menschen. Die Forscher haben die Daten von Untersuchungen an Pima-Indianern – einem Stamm nordamerikanischer Ureinwohner, die häufig unter Übergewicht leiden – sowie eineiigen Zwillingen ausgewertet. Die beiden Studien aus den Jahren 2005 und 2008 vergleichen jeweils übergewichtige mit normalgewichtigen Personen und ihre Genausstattung. „Die Daten zeigen, dass übergewichtige Menschen dieselbe Gen-Signatur besitzen wie die Fruchtfliegen. Die Anfälligkeit für ein hohes Körpergewicht steigt also auch beim Menschen, wenn bestimmte Methyltransferasen inaktiv sind“, erklärt J. Andrew Pospisilik, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik. Dieselben Gene regulieren den Forschern zufolge auch bei Mäusen das Gewicht.

Originalpublikation:
Anita Öst, Adelheid Lempradl, Eduard Casas, Melanie Weigert, Theo Tiko, Merdin Deniz, Lorena Pantano, Ulrike Boenisch, Pavel M. Itskov, Marlon Stoeckius, Marius Ruf, Nikolaus Rajewsky, Gunter Reuter, Nicola Iovino, Carlos Ribeiro, Mattias Alenius, Steffen Heyne, Tanya Vavouri, J. Andrew Pospisilik: Paternal diet defines offspring chromatin state and intergenerational obesity. Cell, 4 December 2014.

Ansprechpartner:
Dr. J. Andrew Pospisilik
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg
E-Mail: pospisilik@immunbio.mpg.de