Zusammenfassung: Über Jahrzehnte galt in der Wissenschaft die Annahme, dass Alterung vor allem durch Schäden an der mitochondrialen Energieproduktion verursacht wird, bei der reaktive Sauerstoffspezies (ROS) Gewebe allmählich schädigen. Jüngste Experimente, in denen die mitochondriale Funktion bei Würmern, Fliegen und Mäusen gestört wurde, verlängerten jedoch überraschend die Lebensspanne um bis zu 87 % und stellten diese Theorie infrage. Während frühe Befunde die mitochondriale Effizienz als Schlüssel zur Langlebigkeit zu bestätigen schienen, offenbarten verbesserte Messtechniken Widersprüche, was darauf hindeutet, dass die Alterungsmechanismen komplexer sind. Künftige Feldstudien mit neuen Technologien könnten die Rolle der Mitochondrien jenseits künstlicher Laborbedingungen klären.

Mitochondrien und Alterung: Infragestellung lang gehegter Überzeugungen über die Ursachen des Alterns

Inhaltsverzeichnis

• Warum Mitochondrien und Alterung wichtig sind
• Wie Forscher mitochondriale Alterung untersuchen
• Überraschende Entdeckungen zu Mitochondrien und Langlebigkeit
• Was dies für Patient:innen bedeutet
• Was wir noch nicht wissen
• Praktische Ratschläge für Patient:innen
• Quelleninformation

Warum Mitochondrien und Alterung wichtig sind

Die mitochondriale Theorie der Alterung entstand aus Beobachtungen, dass kaltblütige Tiere wie Fliegen länger lebten, wenn sie gekühlt wurden – was den Stoffwechsel verlangsamt –, während wärmere Temperaturen die Lebensspanne verkürzten. Diese „Rate-of-Living“-Theorie legte nahe, dass Alterung durch die Geschwindigkeit des Energieverbrauchs bestimmt wird. Größere Säugetiere wie Elefanten mit langsameren Stoffwechselraten lebten länger als Mäuse mit schnelleren Stoffwechselraten, was diese Idee zu stützen schien.

Im Jahr 1956 schlug der Wissenschaftler Denham Harman vor, dass freie Radikale (reaktive Sauerstoffspezies oder ROS), die während der mitochondrialen Energieproduktion entstehen, kumulative Gewebeschäden verursachen – die oxidative-Stress-Theorie. Mitochondrien rückten damit sowohl als Energieproduzenten als auch als Hauptquelle für ROS in den Fokus der Alterungsforschung. Frühe Befunde schienen solide: Studien zeigten, dass

• oxidative Schäden bei Labormäusen mit dem Alter zunahmen,
• diätetische Restriktion diese Schäden reduzierte,
• langlebige Arten weniger mitochondriale ROS produzierten und
• langlebige mutierte Tiere oxidativem Stress besser widerstanden.

Bis Ende der 1990er Jahre akzeptierten die meisten Wissenschaftler, dass mitochondriale Effizienz die Alterungsraten über das ROS-Gleichgewicht bestimmt. Verbesserte Messtechniken sollten diesen Konsens jedoch bald infrage stellen.

Wie Forscher mitochondriale Alterung untersuchen

Wissenschaftler verwenden verschiedene Ansätze, um mitochondriale Alterungstheorien zu testen, jeder mit eigenen Stärken:

Vergleich von Arten: Forscher messen die mitochondriale ROS-Produktion und oxidative Schäden in Geweben von Tieren mit unterschiedlicher Lebensspanne, etwa beim Vergleich von langlebigen Nacktmullen (28+ Jahre) mit kurzlebigen Mäusen (2–3 Jahre).

Genetische Manipulationen: Wissenschaftler verändern Gene in Labortieren, um

• Antioxidantien wie Superoxiddismutase (SOD) zu überexprimieren,
• Antioxidantien-Gene auszuschalten oder
• mitochondriale Funktion mittels RNA-Interferenz (RNAi) zu stören.

Messung oxidativer Schäden: Spezialisierte Techniken bewerten Gewebeschäden, wobei die Methoden entscheidend sind:

• DNA-Schäden: Gemessen an 8-Oxo-2'-desoxyguanosin (oxo8dG)-Spiegeln, aber Extraktionsmethoden können zu 100-fachen Messfehlern führen.
• Lipidschäden: Der MDA-TBARS-Test ist weniger genau als die Messung von Isoprostanen.

Forscher validieren Befunde, indem sie prüfen, ob Interventionen tatsächlich die vorhergesagten Veränderungen der Gewebeschäden bewirken.

Überraschende Entdeckungen zu Mitochondrien und Langlebigkeit

Studien aus den frühen 2000er Jahren begannen, etablierte Theorien zu widersprechen:

Antioxidantien-Experimente: Genetische Reduktion von Antioxidantien in Mäusen erhöhte DNA-Schäden, verkürzte aber nicht die Lebensspanne in 6 von 7 Studien. Überexpression von Antioxidantien verbesserte die zelluläre Stressresistenz, verlängerte jedoch in den meisten Fällen nicht die Lebensspanne – eine Ausnahme war mitochondrial zielgerichtete Katalase, die die Lebensspanne von Mäusen verlängerte.

Artenvergleiche: Nacktmulle leben 10-mal länger als Mäuse, zeigen aber höhere oxidative Schäden in mehreren Geweben, was der Theorie widerspricht.

Mitochondriale Störung verlängert Lebensspanne:

• Würmer (C. elegans): Störung mitochondrialer Komplexe von Geburt an verlängerte die durchschnittliche Lebensspanne um 32–87 %:
  • Störung von Komplex I: 87 % Lebensverlängerung
  • Störung von Komplex III: 32 % Verlängerung
  • 40–80 % ATP-Reduktion in allen Fällen
• Fruchtfliegen: RNAi-Unterdrückung mitochondrialer Gene verlängerte die Lebensspanne weiblicher Fliegen um 8–19 % ohne ATP-Reduktion
• Mäuse: Mäuse mit reduziertem mclk1-Gen (beeinflusst mitochondriales Ubichinon) lebten 15–30 % länger

Überraschenderweise verlängerten diese Störungen das Leben sogar in langlebigen genetischen Mutanten und wenn sie nur im Erwachsenenalter induziert wurden (bei Fliegen und Würmern).

Was dies für Patient:innen bedeutet

Diese Erkenntnisse verändern unser Verständnis von Alterung erheblich:

Neubewertung der Rolle der Mitochondrien: Mitochondriale Effizienz ist möglicherweise nicht der primäre Treiber des Alterns, wie bisher angenommen. Störungen der mitochondrialen Funktion können die Lebensspanne bei mehreren Arten verlängern, was auf komplexere Mechanismen hindeutet.

Forschungimplikationen: Wissenschaftler müssen über die ROS-Produktion hinaus erforschen, wie mitochondriale Störungen die Alterung beeinflussen, einschließlich Entwicklungszeitpunkt und zelluläre Reparatursysteme.

Vorsicht bei Anti-Aging-Produkten: Antioxidantienpräparate, die auf mitochondriale ROS abzielen, könnten die versprochenen Anti-Aging-Vorteile nicht liefern, da die meisten Antioxidantienmanipulationen in Tierstudien die Lebensspanne nicht beeinflussten.

Was wir noch nicht wissen

Wichtige unbeantwortete Fragen bleiben:

Labor vs. Natur: Alle Experimente fanden in kontrollierten Laborumgebungen statt. Tiere in der Natur sind unvorhersehbaren Stressfaktoren ausgesetzt (Nahrungsknappheit, Raubtiere, Temperaturschwankungen), die mitochondriale Alterungseffekte verändern könnten.

Messherausforderungen: Aktuelle Techniken zur Messung oxidativer Schäden haben erhebliche Einschränkungen:

• DNA-Schadensmessungen variieren 100-fach basierend auf der Extraktionsmethode
• Häufige Tests zur Lipidperoxidation sind weniger genau als neuere Methoden

Widersprüchliche Befunde: Einige Studien unterstützen weiterhin die mitochondriale Theorie:

• Mitochondrial zielgerichtete Katalase verlängerte die Lebensspanne von Mäusen
• Bestimmte langlebige Arten zeigen geringere ROS-Produktion

Artunterschiede: Effekte variierten zwischen Würmern, Fliegen und Mäusen, was menschliche Vorhersagen erschwert.

Praktische Ratschläge für Patient:innen

Während die Forschung weitergeht, können Patient:innen diese evidenzbasierten Ansätze in Betracht ziehen:

1. Informiert bleiben, aber vorsichtig: Seien Sie skeptisch gegenüber Präparaten, die „mitochondriale Funktion steigern“ oder „oxidativen Stress reduzieren“ versprechen, bis humanmedizinische Evidenz den Nutzen bestätigt
2. Auf bewährte Strategien konzentrieren: Diätetische Restriktion verlängert die Lebensspanne über Arten hinweg, obwohl die genauen Mechanismen unklar bleiben
3. Entstehende Forschung unterstützen: Neue Feldstudientechnologien könnten die Rolle der Mitochondrien bei realer Alterung klären
4. Mit Ärzt:innen besprechen: Teilen Sie Interesse an mitochondrialer Gesundheit mit, betonen Sie aber wissenschaftlich fundierte Interventionen

Wie ein Forscher bemerkte: „Bevor wir die mitochondriale Hypothese verwerfen, sind mehr Feldexperimente nötig. Glücklicherweise macht neue Technologie dies möglich.“

Quelleninformation

Originalforschung: „The Comparative Biology of Mitochondrial Function and the Rate of Aging“ von Steven N. Austad

Veröffentlicht in: Integrative and Comparative Biology, Volume 58, Number 3, pp. 559–566 (2018)

DOI: 10.1093/icb/icy068

Hinweis: Dieser patientenfreundliche Artikel basiert auf begutachteter Forschung, die auf der Jahrestagung der Society for Integrative and Comparative Biology vorgestellt wurde.