Gesundheit : Warum das Leben den Tod braucht

Drei Forscher studierten einen unscheinbaren Wurm – und fanden ein Grundgesetz der Biologie

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Von Hartmut Wewetzer

Nein, eigentlich sollte man an dieser Stelle keinen Kalauer machen. Aber dann ist es doch schwer, es zu lassen. Also: In diesem Nobelpreis ist der Wurm drin. Sogar ganz gewaltig. Kleiner Wurm ganz groß, gewissermaßen. Jetzt ist es heraus, und jetzt geht es ganz ernst weiter. Die Kreatur, um die sich hier alles dreht, gehört zu den Fadenwürmern, den Nematoden, ist nur einen Millimeter groß, fast durchsichtig und mit bloßem Auge gerade noch zu erkennen.

Der unscheinbare Bakterienfresser mit dem zungenbrecherischen n Caenorhabditis elegans hat nicht nur seinen Erforschern Sydney Brenner, John Sulston und Robert Horvitz den mit insgesamt 1,1 Millionen Euro dotierten Nobelpreis für Medizin 1992 eingebracht. Er ist auch zu einem Schlüsselorganismus geworden, um die Entstehung von Lebewesen und ihren Krankheiten besser zu verstehen.

Es war der jetzt ausgezeichnete Sydney Brenner, der in den 60er Jahren die Karriere des Wurms in den Labors der Entwicklungsbiologen begründete. „C. elegans“, wie ihn die Wissenschaftler nennen, erwies sich als ideales Studienobjekt, um die Entwicklung mehrzelliger Lebewesen zu untersuchen.

Denn C. elegans hat zwar alles, was ein Tier braucht – Muskeln, Haut, Geschlechtsorgane, eine Verdauung und sogar ein Mini-Hirn. Aber er benötigt nur dreieinhalb Tage von der Eizelle zum ausgewachsenen Tier. Dreieinhalb Tage, in denen die Forscher das Ballett des Lebens unter dem Mikroskop beobachten können: Die Entwicklung von der Eizelle zum vollständigen Lebewesen.

Es ist die immer gleiche Choreographie, bei der bestimmte Erbanlagen die Zellteilung und Entwicklung des Wurms steuern. Brenner stellte fest, dass man diesen Ablauf mit Hilfe bestimmter Chemikalien empfindlich stören kann. So führt die Substanz EMS zu Veränderungen im Erbgut (Mutationen) von C. elegans, die ihrerseits seine Entwicklung aus dem Lot bringen.

Somit war es möglich, die Folgen von Mutationen unter dem Mikroskop zu studieren. Diese Verbindung des genetischen Mikrokosmos mit dem biologischen Makrokosmos – also dem, was wir durch das Objektiv des Mikroskops sehen können – brachte Brenner den Nobelpreis. Heute ist es möglich, gezielt einzelne Gene beim Wurm auszuschalten.

Für Peter Krammer vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg ist Brenner der „Tycoon der Molekularbiologie“, der unbestritten in eine Reihe mit den Entdeckern der DNS-Doppelhelix, James Watson und Francis Crick, gehört. Aber es blieb Brenners Schülern John Sulston und Robert Horvitz vorbehalten, dem Wurm sein größtes Geheimnis zu entlocken.

Sulston stellte fest, dass jeder Wurm sich auf die exakt gleiche Weise entwickelt. Am Ende steht ein Organismus mit genau 959 Zellen. Aber noch etwas anderes fiel Sulston auf: Eigentlich entstanden nicht 959, sondern 1090 Zellen, von denen stets 131 starben. Ein neues Phänomen eroberte die Bühne der Biologie im Sturm: „Apoptose“ nannten die Wissenschaftler die Erscheinung des programmierten Zelltods. Apoptose steht für das Fallen der Herbstblätter.

Nun wusste man, dass der Tod im Körper des Mehrzellers nicht willkürlich abläuft, sondern streng geregelt ist. Bei der Entwicklung des Fadenwurms ist der Selbstmord der 131 Zellen ebenso vorherbestimmt wie in der Embryonalphase des Menschen. Einem Bildhauer gleich formt die Natur den Organismus im Mutterleib. Der Meißel, mit dem Überflüssiges weggeschlagen wird, ist die Apoptose.

Auch beim Erwachsenen ist das freiwillige Absterben von Zellen gang und gäbe. Von unseren 100 Billionen Körperzellen werden jeden Tag zehn Milliarden ersetzt – die meisten von ihnen haben sich durch Apoptose gezielt selbst zerstört. Eine paradoxe Botschaft: Höher entwickelte Organismen brauchen den Tod, um zu leben.

Alte, kranke, genetisch veränderte oder gefährliche Zellen opfern sich der Apoptose. Dabei überlässt die Natur nichts dem Zufall. Denn die Apoptose ist ein brisantes biochemisches Programm, das genau gelenkt werden muss. Einmal entfesselt, lässt sie sich nicht mehr aufhalten: das Zellinnere scheint zu kochen, dann schnüren sich Bläschen ab und die Erbsubstanz verklumpt. Ende.

Im Zentrum der Apoptose stehen einige Gene, die das Todesprogramm in Gang setzen. Die ersten von ihnen fand der Brenner-Schüler John Horvitz 1986 beim Studium des Fadenwurms. Die „Todesgene“ ced-3 und ced-4 braucht C. elegans, um das Sterbeprogramm zu starten.

Inzwischen ist die Apoptose-Forschung regelrecht explodiert. Mehr als 50000 wissenschaftliche Publikationen haben sich bisher mit dem Selbstmordprogramm der Zelle beschäftigt. Der Tod zieht die Forscher in seinen Bann. Mittlerweile ist ein ganzes Orchester von Eiweißmolekülen, Botenstoffen und Erbanlagen gefunden worden, mit denen die Symphonie des Zelltods gespielt wird.

Auch für die Medizin ist der programmierte Zelltod wichtig. Während er beim Gesunden lautlos vonstatten geht, lassen sich Krankheiten danach einteilen, ob zuviel oder zuwenig Apoptose stattfindet. Dem molekularen Tod auf Befehl fällt etwa beim Schlaganfall, beim Herzinfarkt und bei Aids zu viel Gewebe zum Opfer. Gestört ist das Todesprogramm dagegen bei Krebs: Eigentlich müssten Krebszellen nämlich an Apoptose sterben – doch die Kontrolle versagt hier. Vielleicht aber wird es eines Tages Apoptose-Blocker oder -Beschleuniger geben – je nach Krankheit.

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