Die biologischen Ursachen des Alterns

Lebenserwartung und Altern

Heute ist die theoretische Lebenserwartung des Menschen kaum höher als in früheren Zeiten. Doch die modernen Lebensbedingungen erlauben es mehr Menschen, ein Alter von neunzig oder mehr Jahren zu erreichen. Dieses Privileg hat jedoch seinen Preis. Nach den Worten des Heidelberger Molekularbiologen Konrad Beyreuther ist das Altern »der Prozess, der gesunde, im biologischen Sinn fitte Erwachsene in gebrechliche Erwachsene verwandelt, deren Risiko für alterns-assoziierte Krankheiten, Verletzungen und Tod stetig ansteigt.«

Theorien über das Altern

Mit dem Phänomen des Alterns beschäftigt sich ein eigener Forschungszweig, die Gerontologie. Je nach Forschungsansatz geht man dabei von unterschiedlichen Prämissen aus. Rund dreihundert (!) Theorien über das Altern wurden bislang aufgestellt. Alle bisherigen Erklärungsversuche lassen sich zwei Hauptkategorien zuordnen: der Gruppe der Verschleißtheorien und den Theorien über die im Erbgut verankerten, molekularen Mechanismen des Alterns (Programmtheorien).

1. Verschleißtheorien

Die bekannteste Verschleißtheorie ist die Theorie von den freien Radikalen. Zum ersten mal vertreten wurde sie 1956 von dem amerikanischen Biogerontologen Denham Harman. Sie besagt, dass Nebenprodukte des Zellstoffwechsels für den Alterungsprozess verantwortlich sein können. Deren Moleküle besitzen freie Elektronen und werden als »Radikale« bezeichnet. Sie sind sehr kurzlebig, außerordentlich reaktiv und können mit allen organischen Substanzen in der Zelle Verbindungen eingehen. Chemische Reaktionen mit Radikalen führen jedoch zur Zerstörung von Proteinen, Fetten und der Erbsubstanz DNS. Das hat zur Folge, dass viele lebensnotwendige Prozesse im Körper nach und nach unterbunden werden. Folglich altern die Zellen und somit der ganze Organismus.

Harman fand zudem heraus, dass die Bildung freier Radikale durch die Einwirkung von Nikotin, Ozon, Gammastrahlen, Mikrowellen und UV-Licht begünstigt wird. Seiner Ansicht nach sind es diese exogenen Faktoren, die durch die Bildung der freien Radikale den Verschleiß des Körpers hervorrufen. In Tierversuchen konnte Harman nachweisen, dass eine verringerte Nahrungsaufnahme (Diät) und Antioxidantien wie die Vitamine C und E sowie das Provitamin A (β-Carotin) eine 25 bis 40 prozentige Lebensverlängerung bewirkt.

2. Programmtheorien

Die Programmtheorien gehen davon aus, dass der Alterungsvorgang genetische Ursachen hat. Das maximal erreichbare Alter des Menschen liegt schätzungsweise zwischen 120 und 130 Jahren. Es wird aber nur extrem selten erreicht. Neue Forschungen zeigen, dass die Wandlung vom jungen zum alternden Menschen von mehreren Genen kontrolliert wird. Einige dieser Gerontogene sind bereits identifiziert. Genetische Untersuchungen an Mäusen, Fruchtfliegen, Fadenwürmern und Hefen haben gezeigt, dass experimentell herbeigeführte Veränderungen (Mutationen) an den Gerontogenen das Altern beschleunigen können.

Reparaturmechanismen-Theorie

Zu den genetischen Ursachen zählen die DNS-Reparaturmechanismen (DNS = Desoxyribonukleinsäure). Die genetischen Informationen (Gene) über sämtliche Merkmale eines Lebewesens werden in den Zellkernen als DNS gespeichert. Damit bei einer Zellteilung jede Tochterzelle einen identischen Datensatz erhält, muss die DNS der Mutterzelle zuvor kopiert werden (Replikation). Dabei können gelegentlich »Abschreibfehler« unterlaufen, die zu einem schadhaften Gen und somit zu einer fehlerhaften Synthese des codierten Proteins führen. Die Aufgabe der Reparaturenzyme ist es, Schreibfehler während des Kopiervorganges zu korrigieren. Da sie ihrerseits nicht immer fehlerlos arbeiten, häufen sich in den betroffenen Zellen schadhafte Gene an, die an die Tochterzellen weitergegeben werden. Das forciert den Alterungsprozess und führt zur Entstehung von Alterskrankheiten.

Das Hayflick-Limit

Der amerikanische Gerontologe Leonard Hayflick fand anhand von tierischen Gewebezellen verschiedenen Alters heraus, dass junge Zellen sich öfter teilen als ältere. Er beobachtete ferner, dass die Zellen abstarben, sobald sie eine gewisse Zahl ihrer Verdopplungen erreicht hatten. Er postulierte daher 1961, dass das Altern etwas mit der begrenzten Anzahl von Zellverdoppelungen zu tun habe, die nicht überschritten werden könne. Der Alterungsgrad einer Körperzelle sei mit der Zahl der maximalen Zellteilungen ("Hayflick-Zahl") verbindlich festgelegt. Tatsächlich konnten die molekularen Mechanismen dieser Theorie aufgeklärt und Hayflicks Theorie bestätigt werden.

Die Theorie vom Telomer-Verlust

Die meiste Zeit liegen die Gene in einer sehr lockeren, fadenähnlichen Form in den Zellkernen vor. Erst vor einer Zellteilung zieht sich die DNS zu mikroskopisch sichtbaren, in etwa X-förmigen Chromosomen zusammen. Jedes Chromosom besitzt an seinen Enden so genannte Telomere, die aus den gleichen molekularen Bausteinen bestehen wie die DNS selbst. Sie enthalten jedoch offenbar keinerlei genetische Information.

Die Telomere sorgen dafür, dass der bei jeder Zellteilung unvermeidlichen Verkürzung des Chromosoms nicht informationstragende DNS (Gene) zum Opfer fallen. Menschliche Telomere haben nach der Geburt eine Länge von etwa 10000 Basenpaare (das sind die elementaren Bausteine, aus denen das DNS-Molekül aufgebaut ist). Erreicht ein Mensch ein Alter von 100 Jahren, sind diese »Schutzkappen« nur noch halb so lang. Verkürzen sie sich weiter, verlieren die Zellen ihre Fähigkeit zur Teilung. In dieser Phase altern die Zellen und sterben den programmierten Zelltod (Apoptose).

Der Tod eines Menschen - sofern er nicht durch Unfall, Krankheit oder andere Ursachen ums Leben kommt - würde nach dieser Theorie dann eintreten, wenn eine kritische Anzahl von Körperzellen keine Zellteilungen mehr durchführen kann, da jede weitere Teilung zum Verlust genetischer Information führen würde. Man schätzt, dass dieses Limit nach 120 bis 200 Lebensjahren erreicht ist.

Sonderregelung für Ei- und Spermazellen

Von allen normalen Körperzellen unterliegen einzig die Keimzellen dieser Limitierung nicht. Anders wäre die Weitergabe von Erbinformationen auf die nächste Generation auch gar nicht möglich. Eizellen und Spermien besitzen ein spezielles Enzym, die Telomerase, die molekulare Bausteine an die Telomere anknüpft, so dass sie auf konstanter Länge gehalten werden. Somit sind jene Zellen, die über die Telomerase verfügen, in der Lage das Hayflick-Limit zu durchbrechen. Leider gehören auch Tumorzellen in diese Kategorie – mit fatalen Folgen für Krebspatienten.

Heute ist die1973 von Alexy Olovnikov aufgestellte und 1991 von Carl Harley experimentell untermauerte Telomerverlust-Theorie allgemein anerkannt. Zudem sind eine Reihe weiterer molekularer Mechanismen aufgedeckt worden, die für Alterungsvorgänge verantwortlich sind. Die Frage, ob eher die Programm- oder eher die Verschleißtheorie der Lösung des Rätsels am nächsten kommt, muss allerdings weiterhin offen bleiben.