Freitag, Juli 19, 2024

Unsterblich Episode 6: Apoptose oder die zelluläre Selbstlosigkeit

In der heutigen Episode von “Unsterblich” erklärt Biochemikerin Renée Schroeder, wie der Zelltod genau funktioniert, weshalb er altruistisch sein kann und warum er für die ewige Jugend so wichtig ist.

Zellen haben Gene, um sich kontrolliert in den Tod zu schicken. Ein programmierter Zelltod. Geplanter Selbstmord. Diesen Prozess nennt man Apoptose.

Nekrose und Apoptose

Die alten Griechen hatten bereits bemerkt, dass es zwei Arten von Sterben gibt: die Nekrose, das ist der Tod durch Unfall und Krankheit und die Apoptose, das ist der kontrollierte Zelltod, wenn die Blätter im Herbst abfallen oder die Haut zwischen den Zehen verschwindet. Die Apoptose ist eine Art Zellselbstmord und ist essentiell bei der Entwicklung von Tieren. Es werden meistens viel mehr Zellen als gebraucht hergestellt und die überschüssigen werden kontrolliert abgebaut. Bei der Apoptose werden keine entzündlichen Stoffe ausgeschieden, welche das Nachbargewebe schädigen, wie das bei der Nekrose der Fall ist. Es ist also ein natürlicher und gewollter Prozess. Sterben als Teil der natürlichen Entwicklung zum Organismus. Und notwendig, wenn man jung bleiben will.

 Altruismus in Bakterien – das Selbstmordmodul

Bereits Bakterienzellen haben einen genetisch kontrollierten Zelltod. Wenn eine Bakterienkolonie in Stress kommt und bedroht wird, schaltet sich das Selbstmordmodul ein. Dabei begehen etwa 80 bis 90% der Zellen Selbstmord. Die anderen Zellen können dadurch überleben, weil sie Ressourcen bekommen und sie ändern ihren Stoffwechsel. Wenn der Stress vorbei ist, beginnt eine neue Wachstumsphase. In der Zwischenzeit können sie ruhig warten in einem Zustand, in dem sie wenig tun.

Gift und Gegengift im Gleichgewicht

Dieses Selbstmordmodul ist ganz einfach: es besteht aus zwei Genen, eines kodiert für ein Gift und das zweite für ein Gegengift. Diese werden Toxin und Antitoxin genannt. So lange alles im Gleichgewicht ist, binden Gift und Gegengift aneinander und neutralisieren sich. Das Gegengift ist meistens etwas instabiler als das Gift, was bedeutet, dass sobald beide Stoffe nicht mehr erzeugt werden können, das Gegengift schneller abgebaut wird als das Gift. Das Gift bleibt übrig und tötet die Zelle.

Ist das altruistisch?

Altruismus wird als selbstlose Denk- und Handlungsweise und Uneigennützigkeit definiert. Es ist ein Gegenbegriff zum Egoismus. Ob Altruismus überhaupt existiert, wird von vielen Philosophen in Frage gestellt. Es müsste eine freiwillige Entscheidung voraussetzen, denn wenn die Selbstlosigkeit erzwungen ist, verliert sie den altruistischen Charakter. Ob Bakterien und einzelne Zellen „freiwillige Entscheidungen“ treffen können, sei dahingestellt. Auf jeden Fall haben viele Bakterien ein System, um sich in den Selbsttod zu begeben, damit die Kolonie überlebt. Alle Bakterien einer Kolonie sind fast identisch, sozusagen Klone. Auf lange Sicht hat es den Vorteil, dass die Kolonie und damit der Klon überlebt. Und dieser Prozess stellt das Überleben der Kolonie über das Überleben des einzelnen Bakteriums. Von der Sicht der Evolution macht so ein Verhalten also viel Sinn! Es setzt sich in der Evolution durch – mit oder ohne Absicht.

Apoptose in höheren Zellen

Auch tierische und menschliche Zellen haben Gene für einen programmierten Zelltod. Diese sind sehr wichtig für viele normale Prozesse im Körper. Die Apoptose ist ein essenzieller Teil unseres Stoffwechsels und unseres Immunsystems. Der durchschnittliche Erwachsene Mensch verliert jeden Tag zwischen 50 und 70 Milliarden Zellen durch Apoptose.

Der Nobelpreis für Medizin 2002 wurde Sydney Brenner, H. Robert Horvitz und John Sulston für ihre Arbeit zur Identifizierung von Genen verliehen, die die Apoptose kontrollieren. Die Gene wurden durch Studien am Wurm Caenorhabditis elegans identifiziert. Wir Menschen haben Homologe dieser Gene, die bei der Regulierung der Apoptose notwendig sind. Da die Apoptose nicht gestoppt werden kann, wenn sie einmal begonnen hat, braucht dieser Prozess eine sehr exakte Regulierung. Apoptose kann auf zwei Wegen initiiert werden. Auf dem intrinsischen Weg tötet sich die Zelle selbst, weil sie Zellstress wahrnimmt, während sich die Zelle auf dem extrinsischen Weg aufgrund von Signalen anderer Zellen selbst tötet. Beide Wege induzieren den Zelltod, indem sie Caspasen aktivieren, das sind Enzyme, die Proteine ​​abbauen. 

Bei der embryonalen Entwicklung sind apoptotische Vorgänge immer nötig: zum Beispiel werden bei der Anlage von Fingern ganze Zellpopulationen, nämlich die Haut zwischen den Fingern, durch Apoptose eliminiert. Die Apoptose ist auch verantwortlich für die Rückbildung der Gebärmutter nach der Entbindung oder für die Abstoßung des Endometriums während der Menstruation.

Die Apoptose kann aber, wenn sie falsch reguliert wird, an der Entstehung etlicher Krankheiten beteiligt sein. Bei der Osteoporose, bei der Zerstörung der T-Zellen des Immunsystems, bei neurodegenerativen Krankheiten wie Parkinson oder bei Rheuma spielen apoptotische Zellzerstörungen eine große unerwünschte Rolle. Aber auch das Unterdrücken der Apoptose kann zu Krankheiten, etwa zu Krebs, führen.

Die Apoptose ist also ein allgegenwärtiger Vorgang, der sehr genau reguliert werden muss. Sie ist lebensnotwendig, kann aber auch zu Krankheiten führen und tödlich sein.

Wenn Zellen von Viren befallen werden, schalten sie meisten die Apoptose ein, sodass sie sich selbst umbringen, damit das Virus sich nicht vermehren und die Nachbarzellen infizieren kann. Nun gibt es aber Viren, wie das Baculovirus, das den Organismus infiziert, in die Wirtszelle eindringt und die Apoptose ausschaltet. So funktioniert auch die Evolution des Virus!

Wir haben bereits erfahren, dass es notwendig ist, dass alte Zellen in Apoptose gehen. Tun sie das nicht, fördern sie das Altern und verursachen etliche altersbedingte Krankheiten.

Damit wir unsterblich werden können, müssen Zellen sterben können. Der kontrollierte Tod ist also Bestandteil der ewigen Jugend.

Titelbild: Renée Schroeder

Autor

  • Renée Schroeder

    Renée Schroeder ist eine der führenden Biochemikerinnen Europas. Als Wittgenstein-Preisträgerin lehrte sie an der Universität Wien. Heute lebt sie auf dem Salzburger Leierhof und beschäftigt sich mit wilden Kräutern, die sie verarbeitet. Für ZackZack beschreibt sie die ebenso folgenreichen wie weitgehend unbekannten Entwicklungen der technischen Eingriffe in die Grundlagen unseres Lebens - bis hin zur Abschaffung des Alterns.

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