Merkmale jenseits vererbter Gene

Die Gene unserer Eltern – auch jene, die wir nicht geerbt haben – hinterlassen einen messbaren, dauerhaften Abdruck in unserem Leben. Ein internationales Team unter der Leitung von Forschenden des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und des norwegischen Folkehelseinstituttet (Volksgesundheitsinstitut, FHI) hat einen neuen Ansatz entwickelt, um genetische Daten von Zehntausenden Familien zu analysieren. Die Studie, die diesen Dienstag in Cell Genomics veröffentlicht wurde, zeigt: Bei Körpergröße, Körpergewicht und schulischer Leistung kann das von den elterlichen Genen geprägte Umfeld nahezu genauso wichtig sein wie die Gene, die wir tatsächlich von ihnen geerbt haben.

Wenn Wissenschafter:innen die Genetik menschlicher Merkmale oder Krankheiten untersuchen, betrachten sie üblicherweise die eigene DNA einer Person. Eltern vererben jedoch nicht nur Gene – ihre genetische Ausstattung beeinflusst auch das häusliche Umfeld, die Erziehung und unzählige andere Faktoren, welche die Entwicklung eines Kindes prägen. Dieses Phänomen, bekannt als „genetic nurture“ (genetischer Umwelteinfluss), erschwert genetische Studien, da Unterschiede zwischen Menschen fälschlicherweise vollständig der eigenen DNA zugeschrieben werden können, obwohl sie teilweise von elterlichen Merkmalen bestimmt sind.

Darüber hinaus kann sich dasselbe Gen unterschiedlich verhalten, je nachdem, von welchem Elternteil es stammt. Dieser sogenannte „Parent-of-Origin“-Effekt beschreibt, dass bestimmte Gene jeweils in Eizellen oder Spermien natürlich ‚ausgeschaltet‘ sind – sodass bestimmte Varianten nur dann eine Wirkung zeigen, wenn sie vom Elternteil vererbt werden, bei dem das Gen ‚aktiv‘ ist. Das könnte erklären, warum manche genetische Erkrankungen je nach übertragendem Elternteil unterschiedlich ausgeprägt sind – oder warum identische genetische Sequenzen unterschiedliche körperliche oder stoffwechselbezogene Merkmale zur Folge haben können.

Die Unterscheidung zwischen dem ‚eigenen‘ genetischen Beitrag eines Kindes und der genetischen ‚Fingerabdrücke‘ seiner Eltern gilt als eines der zentralen ungelösten Probleme der Humangenetik. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschafter:innen am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und am norwegischen Folkehelseinstituttet (Volksgesundheitsinstitut, FHI) erstmals eine Methode entwickelt, um die verschiedenen Wege, auf denen DNA die Merkmale eines Kindes beeinflusst, klar voneinander zu trennen.

„Indirekte genetische Effekte und Parent-of-Origin-Effekte sind unterschiedliche Phänomene, die erklären können, wie Gene Merkmale jenseits des Standardmodells des direkten DNA-Einflusses einer Person formen. Diese beiden Mechanismen getrennt voneinander zu quantifizieren und gleichzeitig ihr Zusammenspiel aufzuzeigen, war bisher jedoch nicht möglich“, sagt Matthew Robinson, Professor am ISTA. Robinson leitete die Studie gemeinsam mit Erstautorin Ilse Krätschmer, Postdoktorandin in seiner Forschungsgruppe, und Alexandra Havdahl, Direktorin des PsychGen Center for Genetic Epidemiology and Mental Health am norwegischen FHI in Oslo.

Der langanhaltende Einfluss elterlicher Gene

Das Team analysierte genetische Daten und Eigenschaften von über 30.000 Familien – jeweils bestehend aus Mutter, Vater und Kind – aus zwei groß angelegten Biobank-Studien: der norwegischen Mutter-Vater-Kind-Kohorte und der estnischen Biobank. Für jede Familie betrachteten sie drei messbare Merkmale der Kinder: Körpergröße, Body-Mass-Index (BMI, ein Maß für das Körpergewicht im Verhältnis zur Größe) und Leistungswerte bei nationalen Schultests im Alter von etwa zehn Jahren.

Sie untersuchten welcher Anteil der Unterschiede zwischen Kindern sich auf die eigene DNA des Kindes zurückführen lässt, welcher auf die DNA der Eltern, vermittelt durch das jeweilige Umfeld, das sie schaffen, und welcher Anteil davon abhängt, ob DNA-Abschnitte von der Mutter oder vom Vater stammen. Ihrer Ansatz berücksichtigte dabei auch, dass Partner:innen häufig ähnliche Merkmale teilen – etwa, dass große Menschen tendenziell große Partner:innen wählen –, was die Modellierung beeinflussen kann.

Die Forschenden stellten fest, dass innerhalb der genetisch erklärbaren Variation die eigene DNA des Kindes bei allen drei Merkmalen den größten Einfluss hat – aber eben nicht die ganze Geschichte erzählt. Zusammengenommen sind indirekte elterliche Effekte und Elternherkunftseffekte ähnlich bedeutend. Werden sie ignoriert, entsteht somit ein deutlich unvollständiges Bild davon, wie Gene Merkmale beeinflussen. Zudem fanden sie, dass ähnliche DNA-Bereiche, die Wissenschafter:innen als „Loci“ (Genorte) bezeichnen, sowohl den direkten als auch den indirekten genetischen Effekten zugrunde liegen. „Das deutet darauf hin, dass dieselben Loci die Merkmale eines Kindes zweifach formen: sowohl über die Gene, die es selbst trägt, als auch über das Umfeld, das die Eltern schaffen“, erklärt Krätschmer.

Komplexe molekulare Mechanismen

Die Ergebnisse haben weitreichende Bedeutung für das Verständnis, wie genetische und Umweltfaktoren zusammenwirken, um sowohl Entwicklung als auch Krankheitsrisiken über Generationen hinweg zu beeinflussen. Darüber hinaus spielen Umweltfaktoren bei BMI und schulischen Leistungen die größte Rolle, und die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass gesundheits- oder bildungspolitische Maßnahmen den starken Einfluss des familiären Umfelds berücksichtigen müssen. „Unsere Ergebnisse unterstreichen, dass die Beziehung zwischen Genen und Merkmalen wirklich komplex ist – und das hat wichtige Konsequenzen dafür, wie wir genetische Forschung interpretieren“, sagt Robinson.

Der Ansatz lässt sich prinzipiell auf viele andere Merkmale ausweiten und kann Forscher:innen helfen, die Genetik von Erkrankungen – von psychischen Störungen bis zu Stoffwechselkrankheiten – besser zu verstehen. „Letztlich erlaubt uns unsere Methode, festzustellen, ob ein genetischer Effekt nur mit der DNA eines Elternteils und nicht mit der eigenen DNA des Kindes zusammenhängt“, sagt Krätschmer. In diesem Zusammenhang betonen die Wissenschafter:innen, dass nur Genregionen mit direktem genetischem Effekt – die meist einen stärkeren Einfluss innerhalb der betreffenden Person selbst haben – als potenziell gute Wirkstoffziele für personalisierte Medizin gelten.

Darüber hinaus könnte die Studie dazu beitragen, die Effekte genetischer Prägung – des molekularen Mechanismus hinter dem Parent‑of‑Origin‑Effekt – besser zu verstehen. „Interessanterweise deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass genetische Prägung beim Menschen weit verbreitet ist, was insofern überrascht, da die zugrunde liegenden Mechanismen beim Menschen bisher nur unzureichend verstanden sind“, schließt Robinson.

Publikation:

Ilse Krätschmer, Laura Hegemann, Robin Hofmeister, Elizabeth C. Corfield, Mahdi Mahmoudi, Olivier Delaneau, Ole A. Andreassen, Archie Campbell, Caroline Hayward, Estonian Biobank Research Team, Riccardo E. Marioni, Eivind Ystrom, Alexandra Havdahl, and Matthew R. Robinson. 2026. Separating direct, indirect and parent-of-origin genetic effects in the human population. Cell Genomics. DOI: 10.1016/j.xgen.2026.101277

Projektförderung:

Diese Arbeit wurde durch ein SNSF Eccellenza‑Grant (PCEGP3‑181181) und durch Basisfinanzierung des Institute of Science and Technology Austria unterstützt.

Die Norwegische Mutter‑, Vater‑ und Kind‑Kohortenstudie wird vom Norwegischen Gesundheits‑ und Pflegeministerium sowie vom Bildungs‑ und Forschungsministerium gefördert. Die Forschung ist Teil der HARVEST‑Kollaboration, die vom norwegischen Forschungsrat (#229624) unterstützt wird.

Genomdaten des NORMENT‑Zentrums wurden durch den norwegischen Forschungsrat (#223273), die South East Norway Health Authorities und die Stiftelsen Kristian Gerhard Jebsen in Zusammenarbeit mit deCODE Genetics finanziert.

Genomdaten des Center for Diabetes Research an der Universität Bergen wurden durch das ERC AdG‑Projekt SELECTionPREDISPOSED, die Stiftelsen Kristian Gerhard Jebsen, die Trond Mohn Foundation, den norwegischen Forschungsrat, die Novo Nordisk Foundation, die Universität Bergen sowie die Western Norway Health Authorities gefördert. Weitere Finanzierungsquellen umfassen die Europäische Union (Förderungsnummern 101045526, 101073237) und den norwegischen Forschungsrat (Förderungsnummern 336078, 288083, 331640).

Generation Scotland erhielt Basisförderung durch das Chief Scientist Office der schottischen Gesundheitsdirektion [CZD/16/6] und den Scottish Funding Council [HR03006]. Die Genotypisierung und Methylierungsanalysen der GS:SFHS‑Proben wurden vom Genetics Core Laboratory des Wellcome Trust Clinical Research Facility in Edinburgh durchgeführt und vom Medical Research Council UK sowie vom Wellcome Trust (Wellcome Trust Strategic Award „STratifying Resilience and Depression Longitudinally“ (STRADL) Referenz 104036/Z/14/Z) finanziert.

Die Studie der Estnischen Biobank (EstBB) wurde im Rahmen des Estonian Center of Genomics/Roadmap II mit Unterstützung durch den Estnischen Forschungsrat (Projekt TT17) durchgeführt.

Norwegische Analysen nutzten Ressourcen von Sigma2 – der nationalen Infrastruktur für Hochleistungsrechnen und Datenspeicherung in Norwegen.

Die Auswertung der estnischen Daten erfolgte in der Cloud des High‑Performance Computing Center der Universität Tartu. Die Analyse der Daten von Generation Scotland und der zusammengefassten Statistiken aus den anderen Analysen wurde am ISTA durchgeführt und durch die Scientific Service Units (SSU) – Bereich Scientific Computing (SciComp) – unterstützt.