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Tierische Alterungsprozessse Dem Traum der ewigen Jugend auf der Spur

Warum altern wir? Welche Faktoren beschleunigen, dass wir Falten bekommen und krank werden? Lässt sich das aufhalten? Um dies herauszufinden, untersuchen Forscher, wie und warum Tiere altern. Manche tun's nämlich gar nicht!

Stand: 21.09.2016

Ewig jung und unsterblich zu sein - oder zumindest bis ins hohe Alter straff, gesund und fit zu bleiben - davon träumen die Menschen, seit sie sich ihrer Endlichkeit bewusst geworden sind. Um zu verstehen, wie und warum Organismen altern, untersuchen Wissenschaftler seit vielen Jahren nicht nur menschliche, sondern auch tierische Alterungsprozesse. Die Ergebnisse sind erstaunlich: Manche Tiere altern ähnlich wie wir, andere überhaupt nicht.

Genetische Basis fürs Altern

Fadenwurm mit eingefärbten Zellkernen

Der etwa ein Millimeter große Fadenwurm gehört in Bezug auf das Altern zu den besterforschten Lebewesen überhaupt. Vom Ei bis zum fertigen Organismus entwickelt er sich in dreieinhalb bis vier Tagen, insgesamt wird er drei bis vier Wochen alt. 1998 entschlüsselten Forscher zum ersten Mal das Genom eines vielzelligen Organismus - das des Fadenwurms.

"Das hat schon vor zwanzig Jahren für Aufsehen gesorgt, weil damit zum ersten Mal gezeigt werden konnte, dass es ein genetisches Programm gibt, das dem Alterungsprozess zugrunde liegt. Das heißt, Altern ist ein ganz normaler biologischer Prozess. Wir verstehen da noch relativ wenig davon, aber wir wissen jetzt, dass es eine genetische Basis gibt und dass wir die analysieren können."

Ralf Sommer, Evolutionsbiologe, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen

Sex lässt Arten länger leben

Evolutionsbiologe Ralf Sommer vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen arbeitet seit Jahren mit Fadenwürmern. Ihm fiel auf, dass manche Fadenwürmer ihre normale Lebenszeit um das Doppelte oder Dreifache überschreiten. Neben den Lebensumständen spielen dafür auch Stoffwechselprozesse eine Rolle - und die Art der Fortpflanzung: Besonders kurz lebten nämlich die Fadenwürmer, die sich zu Zwitterwesen entwickelt hatten. Als Männchen legten sie Samenzellen an, verwandelten sich in Weibchen und befruchteten sich so selbst. "Wir haben unsere Daten so interpetiert, dass die Umstellung auf die selbstbefruchtende Lebensweise zu einer Verkürzung der Lebensspanne führt. Aber man kann es auch umdrehen und sagen: Der Sex, den man braucht als Männchen-Weibchen-Art, führt zu einer Verlängerung", berichtet Ralf Sommer.

Killifisch wird dünn, krumm und grau

Dario Valenzano untersucht den afrikanischen Killifisch, um mehr über das menschliche Altern zu erfahren.

Im Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln untersucht Biologe Dario Valenzano den afrikanischen Killifisch, der rasch altert und nur rund sechs Monate alt wird. Der Killifisch ist ein Wirbeltier und damit biologisch betrachtet näher am Menschen als der Fadenwurm. Und tatsächlich altert der Killifisch ziemlich menschlich: Die Fische werden dünner, ihre Flossen fransen aus, die Wirbelsäule wird krumm, ihre bunten Schuppen werden blasser. Ein jugendlicher Killifisch ist von einem greisen klar zu unterscheiden.

"Wir haben zum Beispiel herausgefunden, dass junge Fische gewitzt sind, sie sind neugierig, sie lernen schnell, sie sind beweglich. Das alles verlieren die Fische mit zunehmendem Alter. Wir sehen also in nur wenigen Monaten eine dramatische Veränderung, den offensichtlichen Verlust von vielen Fähigkeiten."

Dario Valenzano, Biologe, Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, Köln

Gene gezielt ansteuern und entfernen mit CRISPR/Cas9

Dario Valenzano untersucht jetzt die genetischen Abläufe beim so menschlich alternden Killifisch, um davon abzuleiten, wie menschliche Alterserscheinungen aufgehalten werden könnten. Valenzano hofft, diesem Ziel schon bald näher zu kommen: Mithilfe einer "Erbgut-Schere", der sogenannten CRISPR/Cas9-Methode, können einzelne Gene im Erbgut angesteuert und entfernt werden.

"Letztes Jahr haben wir zeigen können, dass wir mithilfe der Genschere ganz bestimmte Gene ansteuern können und es ist uns sogar gelungen, Fischgene durch menschliche Gene zu ersetzen. Das ist ein wichtiger Schritt nach vorne, jetzt können wir ganz konkrete menschliche Alterungserscheinungen im Fisch untersuchen."

Dario Valenzano, Biologe, Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, Köln

Mastergene sind fürs Altern verantwortlich

Wissenschaftler experimentieren mit den Genen, die das Altern beim Killifisch bestimmen.

Altern ist hoch komplex, es wird nicht nur von ein oder zwei Genen bestimmt. Aber seit einigen Jahren wissen Forscher, dass es sogenannte Mastergene dafür gibt. "Diese Mastergene setzen bestimmte molekulare Abläufe in Gang, regen komplexe Vernetzungen an und sind so etwas wie große Schalter, an denen das Altern an- und ausgeschaltet werden kann. Und wenn man die ansteuert, dann kann man die Fitness eines Lebewesens dramatisch verbessern", erzählt Dario Valenzano. In welchem Chromosomenabschnitt diese Mastergene beim Killifisch sitzen, haben die Wissenschaftler um Dario Valenzano vom Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln kürzlich herausgefunden.

"Wir sind nah dran. Wir wissen, dass viele verschiedene Gene dafür zuständig sind. Wir haben einen Chromosomenabschnitt, eine Region, lokalisieren können, in der diese Gene sind. Also wir haben so etwas wie eine Karte von den Genen und können darauf sehen: 'Aha, da in diese Region müssen wir hin.' Und das ist es, was wir jetzt machen: Wir suchen Gen für Gen in dieser Region ab, untersuchen es und gucken, was passiert, wenn wir es herausnehmen, wenn wir es verändern."

Dario Valenzano, Biologe, Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, Köln

1.000 Jahre alte Hydra

Ralf Schaible untersucht an der Universität Rostock den nicht einmal einen Zentimeter großen Süßwasserpolypen Hydra. An seinem kleinen, fast durchsichtigen Körper hängen bis zu sechs Tentakel, mit denen er kleinere Organismen fängt und frisst. Hydra kommt in Tümpeln, Teichen und Flüssen vor, entweder im Wasser oder klebend an Algen, Gräsern oder Steinen. Ralf Schaible und seine Kollegen gehen gegenwärtig davon aus, dass Hydra mindestens eintausend Jahre alt werden kann. Während bei Menschen und vielen Tieren das Sterberisiko steigt, je älter sie werden, ist das Sterberisiko bei einer Hydra immer gleich hoch. "Also egal, ob das Individuum einen Tag oder zehn Jahre alt ist, es altert immer im gleichen Maße, es hat immer die gleiche Sterbewahrscheinlichkeit", erklärt Ralf Schaible.

Hydra repariert und klont sich selbst

Dass der Süßwasserpolyp Hunderte von Jahren alt werden kann, ohne etwas von seiner Vitalität oder Fruchtbarkeit einzubüßen, ist einzigartig im ganzen Tierreich. "Die besondere Struktur bei Hydra bedingt, dass fast achtzig Prozent des Körpers aus Stammzellen bestehen. Menschen haben definierte Stammzellen, die für ganz bestimmte Strukturen verantwortlich sind. Bei Hydra besteht fast der gesamte Körper aus Stammzellen, die sich stetig und kontinuierlich teilen", erklärt Ralf Schaible. Es werden sogar so viele Zellen nachgebildet und nachproduziert, bis eine neue Hydra, ein Klon der Mutterhydra, entsteht. Der Polyp produziert so nicht nur seine genetisch identischen Nachkommen, auch schwere Verletzungen können einer Hydra nichts anhaben: "Sie hat eine enorm hohe Regenerationsfähigkeit und die bedeutet auch, dass alles, was möglicherweise geschädigt ist, Zellen oder auch Zellstruktur in der Zelle, kann sehr schnell ersetzt werden. Und das ist der Clou von Hydra", berichtet Ralf Schaible.

Hydra zum Altern bringen

Beim Menschen und den Organismen, die nur eine begrenzte Lebenszeit haben, sind solche Regenerationsprozesse irgendwann erschöpft. Ralf Schaible vermutet, dass der hohe Anteil an Stammzellen beim Süßwasserpolypen Hydra der Grund dafür ist, warum er nicht altert. Er möchte herausfinden, wie Hydras Zellteilung gestoppt und der Polyp damit zum Altern gezwungen werden kann. Wenn dieser umgekehrte Weg gelingt, könnte man die Erkenntnisse nutzen, um die Alterungsprozesse beim Menschen zu verlangsamen - und Tumorerkrankungen behandeln oder sogar vorbeugen. Denn Krebszellen sind im Grunde auch Stammzellen, die sich ständig teilen.

Warum altern wir überhaupt?

Warum altern gerade die biologisch höher entwickelten Organismen?

Es gibt verschiedene Gründe und Theorien, warum Organismen überhaupt altern. Viele Forscher gehen davon aus, dass das Leben evolutionsbiologisch nur fortschreiten kann, wenn es einen Alterungsprozess und damit auch ein Lebensende gibt. "Ich persönlich würde dazu neigen, zu sagen, in dem Moment, wo wir es mit vielzelligem Leben zu tun haben - wo das Leben durch eine Entwicklung geht, von einem einzelligen Start bis zu einem erwachsenen Tier oder einer erwachsenen Pflanze - ist ein Alterungsprozess eigentlich unumgänglich", sagt Ralf Sommer von der Universität Tübingen.

"Unter bestimmten Umständen macht es gar keinen Sinn, alt zu werden oder besonders lang zu leben, weil das zunehmende Alter meistens mit mehr Krankheiten und einer Abnahme von Fitness und Fruchbarkeit einhergeht ", meint Dario Valenzano vom Kölner Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns. Er vermutet, dass das Altern etwas mit der sexuellen Fortpflanzung zu tun hat, mit der Bedeutung des Individuums für die Spezies, weil die Organismen, die besonders wenig oder nicht altern, sich nicht sexuell, sondern asexuell fortpflanzen. Warum gerade die biologisch höher entwickelten Organsimen altern, bleibt trotz aller Einzelerkenntnisse noch weiter offen.

  • Ewig jung - Wie Wissenschaftler das Altern stoppen wollen: 23.01.2018, 10.15 Uhr, Quarks, BR Fernsehen.
  • Ein Hauch von Unsterblichkeit - Warum Lebewesen unterschiedlich altern: 30.11.2017, 9.05 Uhr, radioWissen, Bayern 2.

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