Die größte Entdeckung von Michael Skinner begann, wie so oft in wissenschaftlichen Geschichten, mit einem brillanten Misserfolg. Im Jahr 2005, als er noch ein traditioneller Entwicklungsbiologe war und die Auszeichnungen und Angriffe noch in der Zukunft lagen, begab sich ein verstörter Forscher in sein Büro, um sich dafür zu entschuldigen, dass er ein Experiment einen Schritt zu weit gegangen war. In seinen Laboratorien an der Washington State University hatten sie und Skinner schwangere Ratten einem endokrinen Disruptor ausgesetzt - einer Chemikalie, von der bekannt ist, dass sie die Entwicklung des Fötus stört (und dadurch mehr Einblick in den Prozess erhält), durch den ein ungeborener Fötus wird entweder männlich oder weiblich. Aber die Chemikalie, die sie verwendeten, ein landwirtschaftliches Fungizid namens Vinclozolin, hatte die sexuelle Differenzierung doch nicht beeinflusst. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Spermienzahl und die Fruchtbarkeit abnahmen, als die männlichen Nachkommen das Erwachsenenalter erreichten, aber das war keine Überraschung. Das Arbeitszimmer wirkte wie eine Pleite.
Aus dieser Geschichte
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„Konflikte mit Einzelpersonen lösen sehr wenig“, sagt Skinner. "Der beste Weg, mit diesen Dingen umzugehen, ist, die Wissenschaft für sich selbst sprechen zu lassen." (Brian Smale) 
Skinner hat die Jagd gegen Fliegenfischen eingetauscht. (Brian Smale) 
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Durch Zufall hatte Skinners Kollege die Enkel dieser exponierten Ratten gezüchtet und so eine vierte Generation geschaffen, oder die Urenkel der ursprünglichen Versuchspersonen. "Es ist in Ordnung", sagte Skinner zu ihr. "Sie könnten sie genauso gut analysieren." Wenn nichts anderes, dachte er, könnte die Übung sie von ihrem Fehler ablenken. Also ging sie weiter und untersuchte die Hoden der Ratten unter einem Mikroskop.
Was sie fanden, würde nicht nur die Richtung von Skinners Forschung ändern, sondern auch ein Grundprinzip der modernen Biologie in Frage stellen. Und Skinner würde zum Vorreiter einer neuen Denkweise über die möglichen langfristigen gesundheitlichen Folgen der Exposition gegenüber Umweltchemikalien werden.
Seine Entdeckungen berühren die grundlegende Frage, wie biologische Anweisungen von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden. Seit einem halben Jahrhundert ist allgemein bekannt, dass die DNA des genetischen Materials diesen Prozess steuert. Die „Buchstaben“ im DNA-Strang stellen Nachrichten dar, die vom Elternteil an die Nachkommen weitergegeben werden, und so weiter. Die Botschaften kommen in Form von Genen, dem molekularen Äquivalent von Sätzen, aber sie sind nicht dauerhaft. Eine Änderung eines Buchstabens, beispielsweise das Ergebnis einer zufälligen Mutation, kann die Botschaft eines Gens verändern. Die geänderte Nachricht kann dann stattdessen übertragen werden.
Das Seltsame an Skinners Laborratten war, dass die Tiere drei Generationen nachdem die schwangeren Mütter dem Fungizid ausgesetzt waren, ungewöhnlich niedrige Spermienzahlen aufwiesen - aber nicht aufgrund einer Änderung ihrer vererbten DNA-Sequenz . Verwirrt wiederholten Skinner und sein Team die Experimente ein, zwei, fünfzehn Mal und stellten die gleichen Spermadefekte fest. So züchteten sie mehr Ratten und testeten mehr Chemikalien, einschließlich Substanzen, die zu Erkrankungen der Prostata, der Nieren, der Eierstöcke und des Immunsystems führen. Immer wieder traten diese Krankheiten auch bei Nachkommen der vierten und fünften Generation von Müttern auf, die einer Chemikalie ausgesetzt waren.
"Im Wesentlichen", erklärt Skinner, "könnte das, was Ihrer Urgroßmutter ausgesetzt war, Krankheiten bei Ihnen und Ihren Enkelkindern verursachen."
Und überraschenderweise begann oder endete jeder Krankheitsweg, den eine Chemikalie in den mit Fell bedeckten Körpern der Ratten öffnete, nicht mit einer Mutation im genetischen Code. Skinner und sein Team stellten stattdessen fest, dass die Toxine das Muster einfacher Moleküle, genannt Methylgruppen, veränderten, die sich an der DNA in den Keimbahnzellen des Fötus festsetzen, die schließlich zu Eiern oder Sperma werden würden. Wie Grate, die an einem Strickpullover haften, störten diese Methylmoleküle die Funktion der DNA und ritten sie über künftige Generationen hinweg, wodurch jeder neue Stoff denselben Krankheiten ausgesetzt wurde. Diese Grate, von denen bekannt ist, dass sie an der Entwicklung beteiligt sind, hielten über Generationen an. Das Phänomen war so unerwartet, dass es zu einem neuen Gebiet geführt hat, in dem Skinner ein anerkannter Marktführer ist, der sich Transgenerationen-Epigenetik nennt, oder das Studium von vererbten Veränderungen, die mit der traditionellen Genetik nicht erklärt werden können.
Eine Studie von Skinner und Kollegen, die letztes Jahr in der Zeitschrift PLOS One veröffentlicht wurde, hat den Einsatz erheblich erhöht. Die Grate waren nicht zufällig angebracht, fand Skinner. Stattdessen haben sie sich in besonderen Arrangements gefestigt. Als er die Innenseiten seiner schwangeren Ratten mit Insektenspray, Düsentreibstoff und BPA, dem Kunststoffbestandteil, der kürzlich aus Babyflaschen verbannt wurde, badete, hinterließ jede Exposition ein bestimmtes Muster von Methylgruppen-Anhaftungen, die bei den Urenkelkindern exponierter Ratten fortbestanden.
Skinner schlussfolgerte, dass nicht nur die Umgebung Ihrer Urgroßmutter Ihre Gesundheit beeinträchtigt, sondern dass die Chemikalien, denen sie ausgesetzt war, möglicherweise einen Fingerabdruck hinterlassen haben, den Wissenschaftler tatsächlich nachverfolgen können.
Die Ergebnisse deuten auf eine möglicherweise neue medizinische Diagnostik hin. In Zukunft können Sie sogar in Ihre Arztpraxis gehen, um Ihre Methylierungsmuster untersuchen zu lassen. Die Exposition von Laborratten gegenüber dem chemischen DDT kann in nachfolgenden Generationen zu Fettleibigkeit führen - ein Link, den Skinners Team im Oktober berichtete. Hypothetisch könnte ein Arzt eines Tages früh im Leben Ihre Methylierungsmuster untersuchen, um später Ihr Risiko für Fettleibigkeit zu bestimmen. Darüber hinaus müssen Toxikologen möglicherweise überdenken, wie sie die Exposition gegenüber Chemikalien untersuchen, insbesondere jene, die während der Schwangerschaft auftreten. Die Arbeiten haben Auswirkungen auf die Überwachung der Umwelt, die Bestimmung der Sicherheit bestimmter Chemikalien und möglicherweise sogar auf die Feststellung der Haftung in Rechtsfällen, in denen gesundheitliche Risiken durch die Exposition von Chemikalien bestehen.
Diese Möglichkeiten sind für Aufsichtsbehörden, Industrien, Wissenschaftler und andere, die an solchen Angelegenheiten beteiligt sind, nicht verloren gegangen. "Es gibt zwei Kräfte, die gegen mich arbeiten", sagt Skinner. „Auf der einen Seite haben Sie finanzielle Interessen, die es ablehnen, Daten zu akzeptieren, die strengere Vorschriften für ihre rentabelsten Chemikalien erzwingen könnten. Auf der anderen Seite gibt es genetische Deterministen, die an einem alten Paradigma festhalten. “
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Michael Skinner trägt einen grauen Stetson mit einem braunen Riemen und lehnt sich leicht in seinem Stuhl in seinem Büro auf dem Pullman-Campus zurück. Seine Fliegenrute steht in der Ecke und ein kolossaler Hecht ist an der Wand montiert. Skinner, ein begeisterter Fliegenfischer, ist 57 Jahre alt und im Umatilla Indianerreservat im Osten Oregons geboren und aufgewachsen. Die Skinners sind nicht indischer Abstammung, aber seine Eltern besaßen dort eine Familienfarm - "eine gute kulturelle Erfahrung", sagt er. Sein Vater arbeitete in der Versicherungsbranche und er und seine vier Brüder wuchsen genauso auf wie fünf Generationen von Skinners - Jagen und Fischen und Cowboying - und lernten eine Lebensweise, die sie bis ins Erwachsenenalter unterstützen würde.
Er liebte die Natur und seine Faszination für die Funktionsweise der Natur veranlasste den Schulberater zu dem Vorschlag, dass eine Karriere in der Wissenschaft genau das Richtige sein könnte. Er war ungefähr 12 Jahre alt, und er blieb dabei. In der High School und dann am Reed College rang er im Wettbewerb, und heute können seine Anhänger und Kritiker ein bisschen von seinem alten Ringen entdecken, wie er sich einem Problem nähert - frontal. "Wahrscheinlich habe ich gelernt, mich Herausforderungen zu stellen, anstatt sie zu vermeiden", sagt er jetzt. Der Sport führte ihn auch zu seiner zukünftigen Frau, Roberta McMaster oder Bobbie, die als Scorekeeper seines High-School-Wrestling-Teams diente. "Ich war fasziniert, dass jemand so jung genau wusste, was er mit seinem Leben anfangen wollte", erinnert sich Bobbie. Er schlug eine Heirat vor, bevor er ans College ging, und die beiden sind seitdem zusammen und haben zwei erwachsene Kinder.
Er promovierte an der Washington State University in Biochemie und lebte in dieser Zeit oft mit Bobbie von dem Wild, das er gejagt hatte. Es war nicht ungewöhnlich, ein frisch getötetes Reh im Carport ihres Studentenwohnheims zu finden. "Es waren magere Jahre", sagt Bobbie. "Aber sie waren gut."
Nach Stationen bei Vanderbilt und der University of California in San Francisco kehrte Skinner an die Washington State University zurück. "Ich wollte eine große Forschungshochschule in einer ländlichen Stadt", sagt er. Er verbrachte das nächste Jahrzehnt damit, zu untersuchen, wie Gene in Eierstöcken und Hoden ein- und ausgeschaltet werden und wie die Zellen dieser Organe interagieren. Er wollte die zentrale Idee in der Biologie für einen Großteil des 20. Jahrhunderts nicht aufgreifen: genetischen Determinismus, die Überzeugung, dass DNA die einzige Blaupause für Merkmale von Haar- und Augenfarbe bis hin zu sportlichen Fähigkeiten, Persönlichkeitstypen und Krankheitsrisiken ist.
In gewissem Sinne war diese Interpretation des genetischen Determinismus immer zu stark vereinfacht. Wissenschaftler haben lange verstanden, dass Umgebungen uns auf mysteriöse Weise formen, dass Natur und Pflege nicht so sehr entgegengesetzte Kräfte sind wie Mitarbeiter in der großen Kunst des menschlichen Machens. Die Umgebung kann beispielsweise die Genaktivität durch Methylgruppen sowie eine Vielzahl anderer Moleküle, die das vollständige DNA-Komplement einer Person, das Genom, modifizieren und markieren, steigern und zurücknehmen. Normalerweise wurden jedoch nur Änderungen in der DNA-Sequenz selbst an die Nachkommen weitergegeben.
Jeder war sich dieses Grundprinzips so sicher, dass Präsident Bill Clinton die Bemühungen lobte, die erste vollständige Lesung des menschlichen Genoms abzuschließen, und im Juni 2000 sagte, dass diese Errungenschaft „die Diagnose, Prävention und Behandlung der meisten, wenn nicht aller menschlichen Krankheiten revolutionieren würde Skinners Entdeckungen haben sich wie eine Irrlehre angefühlt. Und zumindest für eine Weile wurde er entsprechend kritisiert.
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Kritiker der von Skinner angeführten Studie wiesen darauf hin, dass die Vinclozolin-Dosen in seinen Rattenstudien viel zu hoch waren, um für die Exposition des Menschen relevant zu sein, und dass das Injizieren der Ratten im Gegensatz zur Verabreichung der Toxine über die Nahrung die Wirkungen übertrieb. "Was er tut, hat keine offensichtlichen Auswirkungen auf die Risikobewertung der Chemikalie", sagte der EPA-Toxikologe L. Earl Gray 2009 gegenüber dem Pacific Standard Magazine demonstrieren sogar grundlegende naturwissenschaftliche Prinzipien. “
Skinner antwortet auf Angriffe auf seine Daten mit der Aussage, dass die Risikobewertung, wie sie Toxikologen durchführen, nicht sein Ziel war. Er ist vielmehr daran interessiert, neue biologische Mechanismen aufzudecken, die Wachstum, Entwicklung und Vererbung steuern. "Mein Ansatz ist es, es mit einem Hammer zu schlagen und zu sehen, welche Art von Reaktion wir bekommen", sagt er. Er bleibt ruhig, auch wenn er aufgefordert wird, diesen Ansatz zu verteidigen. „Konflikte mit Einzelpersonen lösen sehr wenig“, sagt er. "Der beste Weg, mit diesen Dingen umzugehen, ist, die Wissenschaft für sich selbst sprechen zu lassen."
Diese Wissenschaft hat viel Aufmerksamkeit erhalten (die Vinclozolin-Studie wurde in der wissenschaftlichen Literatur mehr als 800 Mal zitiert). Kürzlich hat die Zeitschrift Nature Reviews Genetics fünf führende Forscher gebeten, ihre Ansichten zur Bedeutung der epigenetischen Vererbung zu teilen. Eine „Mischung aus Aufregung und Vorsicht“, so beschrieben die Herausgeber die Reaktionen, wobei ein Forscher argumentierte, das Phänomen sei „der beste Kandidat“, um zumindest einige generationsübergreifende Effekte zu erklären, und eine andere Bemerkung, die es möglicherweise hätte, wenn es vollständig dokumentiert wäre "Umfassende Auswirkungen auf die Art und Weise, wie wir Vererbung betrachten, auf Mechanismen, die Krankheiten zugrunde liegen, und auf Phänotypen, die durch Interaktionen zwischen Gen und Umwelt reguliert werden."
Obwohl die meisten Kritiker von Skinner durch neue Daten aus seinem Labor und anderen beruhigt wurden, fühlt er sich immer noch umkämpft. "Ich versuche wirklich, in erster Linie Wissenschaftler zu sein", sagt er. „Ich bin weder Toxikologe noch Umweltschützer. Ich bin nicht als Anwalt für oder gegen eine bestimmte Chemikalie oder Politik gekommen. Ich habe etwas in den Daten gefunden und es auf einem logischen Weg verfolgt, wie es jeder Grundlagenforscher tun würde. “
