Wer weniger atmet, lebt länger

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Der Türkise Pachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri) commons.wikimedia.org CC BY-SA 3.0

Wissenschaftler des Jenaer Forschungskonsortiums JenAge haben herausgefunden, dass die Aktivität einiger Gene in jungen Aquarienfischen vorhersagt, wie alt diese Fische werden. Die Gene enthalten den Bauplan für eine Gruppe von Proteinen, die in der Zellatmung eine Rolle spielen. Luft anhalten hilft also leider nicht, denn die Zellatmung kann man damit auf Dauer nicht beeinflussen. Aber was ist Zellatmung?

Bevor ich das erkläre, erst einmal ein wenig über den Fisch. Unter Aquarianern ist er als Türkiser Prachtgrundkärpfling bekannt, auf Schlau heißt er Nothobranchius furzeri. Der lustige Name kommt daher, dass er von einem Forscher namens Richard Furzer entdeckt wurde (der zu seinem eigenen Glück Amerikaner war und darum in seiner Kindheit hoffentlich nicht gehänselt wurde). Das Besondere an diesem aus Afrika stammenden Fisch ist, dass er in Tümpeln und großen Pfützen lebt, die in der Regenzeit entstehen und auch recht schnell wieder austrocknen. Er muss sich darum sehr schnell entwickeln und fortpflanzen – und stirbt auch recht schnell wieder. Selbst unter Idealbedingungen im Aquarium lebt er nur etwa drei Monate, allerhöchstens wird er ein Jahr alt (das ist aber eher die Ausnahme). Und ähnlich wie viele Menschen entwickelt auch der Prachgrundkärpfling im Alter Tumore und erleidet eine Abnahme der Hirnfunktionen. Er ist also ein interessantes Modell, um Alterungsprozesse zu erforschen und vor allem herauszufinden, ob und wie Altern und  Lebensdauer genetisch festgelegt sind.

Die Fragen nach dem Ob und Wie konnten nun ein stückweit beantwortet werden, als Forscher um Alessandro Cellerino am Leibniz-Institut für Alternsforschung in Jena herausfanden, dass die Fische mit der geringsten Genaktivität für einige Zellatmungs-Proteine am ältesten wurden. Nun also zur Zellatmung:
Mit diesem Begriff bezeichnet man die Umwandlung von Zucker aus unserer Nahrung in Energie in der Zelle. Diese Energie wird in einem Molekül gespeichert, dem Adenosintriphosphat (ATP). Wird ATP von Enzymen in der Zelle benutzt, zerfällt es gewissermaßen und setzt dabei Energie frei. Ohne ATP könnten die Enzyme ihre Arbeit – den Aufbau von Strukturen in unserem Körper, den Abbau von Nährstoffen, etc. – nicht verrichten. Ist ATP einmal in seine Bestandteile zerfallen, wird es jedoch nicht nutzlos, denn durch den Verbrauch von Zucker kann es wieder “zusammengesetzt”, also recycelt werden (das Recycling von ATP ist also der Grund, weshalb wir essen müssen). So geht das immerfort, und dieser ganze Prozess heißt Zellatmung.  Das ATP-Recycling findet in speziellen Zellorganellen, den Mitochondrien statt. Was hat das alles mit Atmung zu tun? Ganz einfach – dieser Prozess benötigt Sauerstoff. ATP ist also auch noch der Grund, weshalb wir atmen müssen! Ganz schön gierig, dieses ATP! Nun ja, wir sollten ihm verzeihen, denn ohne es könnten wir nicht leben.

Für die Zellatmung benötigen die Mitochondrien viele verschiedene Proteine, die in Komplexen zusammenarbeiten. Der Bauplan für jedes dieser Proteine ist in dem für ihn spezifischen Gen gespeichert. Ist ein Gen besonders aktiv, wird der Bauplan häufig abgelesen und umgesetzt, also viel von dem jeweiligen Protein produziert.

Die Wissenschaftler im Team von Alessandro Cellerino untersuchten eine Gruppe von 45 Prachtgrundkärpflingen, indem sie kleine Gewebeprobem von ihren Schwanzflossen nahmen (die wachsen bei Fischen nach). Sie taten das einmal 10 Wochen, nachdem die Fische aus dem Ei geschlüpft waren, und noch einmal 20 Wochen danach. Dann warteten sie, bis die Fische an Altersschwäche starben. Auf Grund des Alters bei ihrem natürlichen Tod teilten die Forscher die Fische dann in drei Gruppen ein: kurzlebig, langlebig und sehr langlebig. Mithilfe der zuvor entnommenen Gewebeproben konnten sie dann nachsehen, welche Gene bei welcher Gruppe besonders hohe oder niedrige Aktivität zeigte. Dabei stellte sich heraus, dass die Gene für den oben erwähnten Atmungskomplex bei den sehr langlebigen Fischen die geringste Aktivität zeigte, bei den kurzlebigen Fischen entsprechend die höchste.

Cellerinis Team ging noch einen Schritt weiter und verabreichte einigen Fischen das Medikament Metformin, dass die Funktion dieses Atmungskomplexes in den Mitochondrien hemmt. Und die mit Metformin behandelten Fischen lebten dann auch länger. Die Alterung wird also nicht an sich durch die Aktivität der Gene beschleunigt, sondern durch die daraus resultierende größere Zahl an Atmungskomplexen.

Bisher dachte man, eine auf Hochtouren laufende Zellatmung wäre besser für die Zellen, nun stellt sich also heraus, dass eine reduzierte Zellatmung gesünder ist. Warum ist das so? Cellerino erklärt es so, dass bei einer reduzierten Zellatmung mehr freie Radikale entstehen als bei ungehemmter Zellatmung. Das scheint zunächst ein Widerspruch, denn freie Radikale zerstören Zellstrukturen. Aber eine nur leicht erhöhte Konzentration der feien Radikalen hat den Effekt, dass die Zellen mit ihnen umzugehen lernen und schneller auf Schäden reagieren. Die Zellen werden quasi gegen freie Radikale abgehärtet, was letztlich ihre Lebensdauer erhöht.

Metformin verlängert übrigens auch Mäuseleben und ist bereits als Medikament gegen Diabetes erhältlich. Aber jetzt nicht haufenweise Süßigkeiten essen, damit man irgendwann Metformin nehmen darf! Rotwein trinken ist anscheinend die bessere Lösung, denn der Stoff Resveratrol kommt darin in hoher Konzentration vor. Der hat in Versuchen mit Mäusen und Zellkulturen gezeigt, dass er lebensverlängernd und krebshemmend wirkt. Also, tief durchatmen und sich ein Gläschen gönnen!

Alt aussehen, jung bleiben

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Foto: National Geographic

Welches ist das hässlichste Säugetier der Welt? Genau, der Nacktmull. Entdeckt wurde er 1842 in Afrika von dem deutschen Wissenschaftler Eduard Rüppell, der annahm, das von ihm gefangene Exemplar sei ein altes, krankes Tier. Später stellte sich heraus, dass er sich geirrt hatte – die sehen immer so aus.

Der Nacktmull ist ein äußerst bemerkenswertes Tier, nicht nur, was sein Aussehen betrifft. So ein Nacktmull kann nämlich bis zu 30 Jahre alt werden. Dreißig! Das ist sehr alt für ein so kleines Nagetier. Nur zum Vergleich: Ratten, die etwa genauso groß sind, werden nur ca. 3 Jahre alt. Stachelschweine, die mit ca. 80 cm Körperlänge zu den größten Nagetieren gehören, können ein ähnliches Alter erreichen wie die Nacktmulle. Doch den Rekord hält immer noch ein Nacktmull, der im Alter von 31 Jahren starb. Das älteste Stachelschwein wurde nur 27.

Ein kleiner Exkurs: Warum werden große (Säuge-)Tiere im Allgemeinen älter als kleine Tiere? Das liegt am Verhältnis zwischen Körperoberfläche und Körpervolumen. Ein großes Tier hat im Vergleich zu seinem Volumen eine recht kleine Oberfläche. Je kleiner ein Tier ist, umso größer ist seine Körperoberfläche im Verhältnis zu seinem Körpervolumen. Und eine große Oberfläche ist ein Problem, weil sie viel Wärme abstrahlt. Die muss ersetzt werden, indem das Tier durch das verstoffwechseln von Nahrung Energie erzeugt. Wer Mäuse hält, oder Ratten oder Meerschweinchen, dem wird aufgefallen sein, dass diese Tiere eine hohe Herzfrequenz haben und sehr schnell atmen. Ein Mäuseherz schlägt ca. 670 mal in der Minute, ein Menschenherz nur 72 mal, Pferde bringen es auf 38 Herzschläge – und dem Blauwal reichen sechs Herzschläge pro Minute. So ein schneller Stoffwechsel sorgt aber auch dafür, dass die Zellen sich schnell abnutzen. So altert das Tier schneller und stirbt eher.

Nicht so jedoch der Nacktmull! Was ist sein Geheimnis? Nun, fangen wir mal beim Stoffwechsel an. Fast alle Säugetiere sind gleichwarm, das heißt, sie halten eine konstante Körpertemperatur aufrecht, egal, wie warm oder kalt es um sie herum ist. Der Mensch hat etwa eine konstante Temperatur von 37 °C. Der Nacktmull jedoch ist das einzige Säugetier, das dies nicht tut. Er ist so warm wie seine Umgebung, das nennt man „wechselwarm“. Reptilien und Amphibien, also z.B. Schlangen, Eidechsen und Frösche, sind ebenfalls wechselwarm. Bei niedrigen Temperaturen verlangsamt sich ihr Stoffwechsel. Und das ist auch schon eines der Geheimnisse des Nackmulls – wenn es kühl ist, schlägt sein Herz sehr langsam. Das spart Energie und verlängert das Leben.

Auch sein Verhalten passt der Nacktmull an die Temperatur an. Nacktmulle leben in unterirdischen Höhlensystemen, die die Tierchen mit ihren Zähnen graben. In so einem Bau leben durchschnittlich 75 Tiere zusammen. Wenn es kalt ist, begeben sie sich näher an die warme Oberfläche und kuscheln sich aneinander. So muss jeder seinen Stoffwechsel nicht allzusehr ankurbeln.

In diesen Höhlen ist allerdings der Sauerstoff zum atmen recht knapp. Die vielen Mulle, die da zusammenleben, atmen alle Sauerstoff ein und Kohlendioxid wieder aus, wie jedes atmende Tier. Das Kohlendioxid sammelt sich in den Höhlen und so atmen die Mulle auch viel Kohlendioxid ein. Das führt zur Übersäuerung des Blutes und das verursacht Schmerzen. Theoretisch. Doch ein Nacktmull kennt keinen Schmerz! Und zwar buchstäblich. Er hat schlichtweg keine Schmerzrezeptoren. Schmerz verursacht Stress und Stress verkürzt das Leben. Und durch die Übersäuerung des Blutes würde ein Mull ständig Schmerzen spüren. Tut er aber eben nicht, und so ist eine weitere Voraussetzung zu einem langen Leben erfüllt – kein Stress.

Ein weiterer möglicher Stressfaktor im Leben eines Tieres ist die Partnersuche. Konkurrenten verjagen, balzen, sich aufdringliche Partner vom Hals halten – alles Stress. Doch auch dafür hat der Nacktmull eine Lösung. Er ist das einzige Säugetier (schon wieder), das „eusozial“ lebt. Das heißt, dass nur ein Weibchen sich paart. Das ist die Königin, und nur ein bis drei Männchen aus der Gruppe paaren sich mit ihr. Die restlichen Mulle sind Arbeiter, die Futter suchen, Gänge graben – und sich nicht um Produktion und Aufzucht der Jungen sorgen müssen.

Nacktmulle bekommen auch keinen Krebs. Krebs wird bekanntermaßen durch die unkontrollierte Teilung bestimmter Zellen verursacht. Alle Säugetiere, auch Menschen, haben eingentlich einen Mechanismus, der diese unkontrollierte Zellteilung verhindert. Der Mechanismus gibt den Zellen einen Stopsignal, sobald alle Zellen eines Gewebes einander berühren – dann „weiß“ der Körper, dass genügend Zellen da sind. Dieser Mechanismus kann allerdings fehlerhaft sein oder durch spontane Mutationen ausgeschaltet werden. Der Nacktmull besitzt denselben fehleranfälligen Mechanismus. Aber er hat noch einen, der im Prinzip genauso funktioniert, aber anscheinend strenger ist und weniger leicht auszuschalten.

Ob all diese wunderbaren Eigenschaften des Nackmulls uns helfen können, Krebs zu besiegen und unglaublich alt zu werden, muss sich noch zeigen. Die Forschung läuft jedenfalls auf Hochtouren, das Genom des merkwürdigen Nagers wurde in den letzten Jahren vollständig entschlüsselt. Ich bin gespannt, was die Zukunft bringt. Jedenfalls sehe ich jetzt nicht mehr nur das abstoßende Äußere des Nacktmulls, sondern auch seine faszinierende Biologie.

+++ Verkaufe: Nobelpreis, gut erhalten, politisch etwas angekratzt +++

nobe_sheetlSo ein Nobelpreis auf dem Kaminsims oder gerahmt überm Sofa, das wäre doch was! Wenn da nicht dieses lästige Problem wäre, dass man einen weltbewegenden wissenschaftlichen Durchbruch machen muss… Aber man darf aufatmen, es gibt eine einfachere Lösung: Wer knapp 5 Millionen Dollar auf der hohen Kante hatte, konnte sich vergangenen November einfach einen Nobelpreis ersteigern. Und wenn man Verwandte hat, die ein bisschen hinter dem Mond leben, kann man ihnen beim nächsten Besuch vielleicht sogar weismachen, dass man vor einigen Jahrzehnten eigenhändig die Struktur der DNA aufgeklärt hat.

Dafür bekam der Biologe James Watson nämlich seinen Nobelpreis. Gemeinsam mit seinen Kollegen Francis Crick, Maurice Wilkins und Rosalind Franklin (die bei der Nobelpreisnominierung mal eben ignoriert wurde) konnte er 1953 die Struktur der DNA-Doppelhelix zeigen.

Diese wissenschaftliche Entdeckung wurde vielfach als „die wichtigste des 20. Jahrhunderts“ bezeichnet und 1962 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin geehrt. Und doch entschied sich James Watson vergangenes Jahr dafür, das gute Stück zu verkaufen. Die anderen beiden brauchte er nicht fragen, die sind inzwischen verstorben. James Watson ist damit der einzige noch lebende Wissenschaftler, der jemals seinen Nobelpreis verkauft hat.

Wie kommt man auf so eine Idee, das Symbol für die größte Errungenschaft seines Lebens herzugeben? Er hat wohl versucht, etwas wiedergutzumachen. Im Jahre 2007 sagte er in einem Interview mit der Sunday Times, dass Afrikaner genetisch bedingt im Durchschnitt weniger intelligent seien als Europäer und fügte hinzu „Nur, weil wir gerne wollen, dass alle Menschen gleichermaßen intelligent sind, ist das nicht automatisch so.“ Da mag er Recht haben, aber der Kommentar über die Intelligenzunterschiede zwischen Europäern und Afrikanern kam gar nicht gut an. Watson musste seinen Posten als Direktor des Cold Spring Harbor Laboratory in New York räumen, den er seit 1976 innegehabt hatte. Dieser Verlust seiner Position brachte finanzielle Konsequenzen mit sich. Trotzdem hat Watson einen Teil der Erlöse aus der Versteigerung an wissenschaftliche Einrichtungen gespendet, wie die University of Chicago, wo er selbst studierte, oder das Clare College Cambridge, wo er seine bahnbrechende Entdeckung über die Struktur der DNA machte. Ob es James Watsons Ruf wieder auf die Sprünge hilft, wird sich zeigen. Schade, dass eine so große Karriere, getragen von dieser unglaublich wichtigen Entdeckung, so bitter enden muss.