Er ist etwa einen Millimeter lang, hat eine Lebensdauer von 20 Tagen, pflanzt sich durch Selbstbefruchtung fort und besitzt ein Nervensystem mit 302 Nervenzellen. Caenorhabditis elegans, kurz: C. elegans, ist ein winziger Fadenwurm, der sich jedoch in der biomedizinischen Forschung zu einem richtigen Star entwickelt hat. Prof. Dr. Karl Emanuel Busch, Biologe und Professor für Physiologie an der HMU, forscht interdisziplinär am Institute for Mind, Brain and Behaviour: „Am Beispiel von C. elegans untersuchen wir, wodurch der Alterungsprozess gesteuert wird – und ob es Mittel und Wege gibt, diesen Ablauf zu beeinflussen.“

Altern ist kein unvermeidlicher Prozess, sondern genetisch gesteuert. Darin ist sich die Wissenschaft einig. „Noch ist allerdings unklar, warum genetisch verwandte Arten zum Teil sehr unterschiedliche Lebenserwartungen haben. Die Forschung an C. elegans wird uns hierzu viele Fragen beantworten“, sagt Emanuel Busch. Mit seinen Fragen ist er nicht allein – mehr als 1.000 C. elegans Forschergruppen weltweit sind dem Geheimnis des Alterns auf der Spur. Auch Firmen wie Google investieren hohe Summen zur Entwicklung lebensverlängernder Therapien. Doch was kann ein Wurm über das Altern der Menschen aussagen?  

Ähnliche Ausstattung an Genen

Dem menschlichen Gehirn wird eine wichtige Steuerungsfunktion im Alterungsprozess zugesprochen. „Würmer haben eine ähnliche Ausstattung an Genen wie der Mensch. C. elegans hat aber ein sehr einfach aufgebautes Gehirn, altert zugleich sehr viel schneller – und ist daher für diese Forschung sehr gut geeignet.“

Mitochondrien als Kraftwerke der Zellen

Besonderes Augenmerk richtet der Forscher in seinen Versuchen auf die Kommunikation der Nervenzellen – und auf deren Energieverbrauch. „Bei der elektrischen Kommunikation von Zellen spielen so genannte Gap Junctions eine wichtige Rolle. Das sind Kanäle, die benachbarte Zellen miteinander verbinden und kleine Moleküle durchlassen, die zur Energieversorgung der Zellen beitragen.“ Weil das Gehirn einen sehr hohen Energieverbrauch hat, liegt der Fokus der Forscher zusätzlich auf den Mitochondrien: Als Kraftwerke der Zellen sind sie für die Energiegewinnung zuständig. Doch sie haben auch eine weitere wichtige Aufgabe: „Mitochondrien waren wahrscheinlich ursprünglich selbständige Organismen. Jetzt sind sie ein Teil unserer Zellen. Dennoch können sie eigenständig kommunizieren und warnen sich untereinander, sobald eine Stresssituation eintritt, zum Beispiel wenn die Menge an freien Radikalen ansteigt. Dies aktiviert wiederum einen zellspezifischen Schutzmechanismus und wirkt dadurch lebensverlängernd.“

Stress setzt Schutzsystem in Gang

In seinen Versuchen beobachtete Emanuel Busch zusammen mit seiner Arbeitsgruppe unzählige Würmer von der Geburt bis zum Tod und verglich sie mit Stämmen, denen die Gap Junctions fehlten. „Zu unserer Überraschung lebten die Würmer ohne Gap Junctions im Gehirn rund ein Drittel länger als die Vergleichsgruppe.“ Überraschend ist dies, weil die Gap Junctions im Stoffwechsel der Nervenzellen entstehende „Abfallstoffe“ gleichmäßig über die Zellen weiterverteilen und damit eine energiesparende Wirkung haben. „Ohne Gap Junctions fällt dieser Effekt weg und die Mitochondrien haben mehr Arbeit“, so der Forscher. „Dies scheint ein gewisses Level an Stress auszulösen, was wiederum das Schutzsystem in Gang setzt.“

Lebensverlängernde Wirkung

Aus seinen Versuchen ergibt sich für Emanuel Busch die folgende Hypothese: Könnte man selektiv Gap Junctions im Körper ausschalten, würde dies vermutlich lebensverlängernd wirken und auch die Gesundheit länger erhalten. Altersbedingte Krankheiten wie Krebs, Parkinson oder demenzielle Erkrankungen könnten somit potenziell erst im späteren Lebensverlauf eintreten. Ganz so leicht, wie sich das anhöre, sei es aber nicht, betont der Forscher. „Beispielsweise müsste gewährleistet sein, dass die Gap Junctions in den Herzzellen weiterhin funktionieren, denn dort sind sie für die elektronische Impulsleitung und damit für die regelmäßige Herzkontraktion zuständig.“

Die Forschungsarbeit an und mit dem berühmten Fadenwurm C. elegans wird den Physiologie-Professor noch einige Jahre beschäftigen. Seine Erkenntnisse jedoch haben schon jetzt große Relevanz für Medizin und Biomedizin – ganz im Sinne des Konzepts einer interdisziplinären und interprofessionellen Forschung an der HMU.