Weltweit sind Wissenschaftler dem Geheimnis eines immer längeren Lebens auf der Spur. Bekannt ist: Ein gesunder Lebensstil, Zugang zu guten hygienischen und medizinischen Bedingungen oder eine ausgewogene Ernährung beeinflussen die Lebensspanne positiv. Demografen erfahren dies aus Studien der Lebenserwartungen und Sterberisiken der Population Mensch. Biologen beobachten die Population der Zellen und deren Interaktion. Trotz der ungleichen Perspektiven sind Demografen und Biologen aber auf der Suche nach Antworten auf ähnliche Fragen: Was ist altern? Was beeinflusst die Langlebigkeit? Und kann der Mensch ewig leben und altern?

Wenn Zellen graue Haare kriegen – Die Erforschung des biologischen Alterns braucht einen neuen Denkansatz – und noch viel Zeit

 

Vortrag von Olaf Wolkenhauer

Der Mensch lebt heute länger als jemals zuvor. Doch warum lebt er so lange? Und was passiert in einem alternden und immer älter werdenden menschlichen Körper, seinen Organen, seinen Zellen?
Einige Wissenschaftler glauben, die Antwort darauf in bestimmten „Methusalemgenen“ zu finden – der falsche Ansatz! Denn der menschliche Körper ist mehr: Er ist eine sehr große und dabei sehr organisierte Population von in Raum und Zeit interagierenden Zellen, die koordiniert ihre Funktion als Teil eines Ganzen realisieren. Will der Mensch das  Altern verstehen, muss er die Dynamik und Regulation zellulärer Prozesse verstehen.

Das biologische Altern – viel Wissen und noch mehr Nichtwissen
Das Leben beginnt: Hat ein einziges Spermium eine einzige Eizelle befruchtet, wird ein lebenslang andauernder Prozess in Gang gesetzt: Zellen wachsen, teilen sich, sterben ab, reparieren sich und bilden sich aus Stammzellen neu zu spezialisierten Gewebezellen. Diese Dynamik zwischen und in den Zellen determiniert die Lebendigkeit eines menschlichen Körpers. Im Moment der Geburt beginnt dann aber auch die Kehrseite des Lebens – der Körper fängt an zu altern. Altern heißt: Die Selbsterhaltungsprozesse, mit denen die verschiedenen Gewebezellen den täglichen äußeren Einwirkungen entgegentreten, läuft im Laufe des Lebens immer weniger fehlerfrei ab.

 

Jeden Tag sind unser Körper, unsere Gewebe und Zellen massivem Stress und Zerfall ausgesetzt: Beispielsweise verursacht die Sonneneinstrahlung täglich Mutationen in den Hautzellen, die repariert werden müssen, um das Gewebe gesund zu halten. Aber nicht nur die DNA muss vor Fehlern geschützt werden,  die Gewebe unseres Körpers werden durch Stammzellen regeneriert. Ein beeindruckendes Beispiel ist der Dickdarm, dessen Schleimhaut sich etwa einmal pro Woche erneuert, da täglich chemotoxische Stressoren die inneren Darmzellen zerstören oder angreifen. Altern hängt somit von der Funktionsfähigkeit einzelner Zellen ab, aber auch von der Regenerationsfähigkeit großer Zellverbünde die Gewebe bilden.

 

Unser Wissen über Zellen gleicht einer Revolution und dennoch ist es nur die Spitze des Eisbergs. Im Unbekannten – unter der Oberfläche – liegen noch immer unentdeckt die Regeln und Gesetzmäßigkeiten mit denen zelluläre Prozesse reguliert werden.

Komplexität erkennen und verstehen
Will der Mensch die Alterung eines Organismus verstehen, müssten diese zum Großteil noch unbekannten, zellularen Prozesse tiefer gehend in ihrer Komplexität erforscht werden. Denn komplex sind Zellen nicht nur weil sie in großer Zahl und vielfältig vorhanden sind oder sie für uns nicht intuitiv erfassbar zusammenarbeiten, sondern auch, weil die Zelle an sich ein System ist und in ein solches eingebettet lebt. Die Funktionsweise eines Systems kann jedoch nicht ausgehend von einzelnen Bestandteilen abgeleitet werden. Eher braucht es Mittel und Techniken, die aus einem radikal neuen, fächerübergreifend und multinational verstandenen Denkansatz entstehen – einer Theorie der Zelle. Erst das Denken in Systemen wird den Menschen immer dichter an des Altersrätsels’ Lösung bringen – um damit auch einen Beitrag zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten liefern zu können.

Publikationen von und mit Olaf Wolkenhauer

 

Wolkenhauer, O., Fell, D., De Meyts, P., Bluthgen,N., Herzel, H., Le Novere, N., Hofer, T., Schurrle, K., van Leeuwen, I. (2009): Advancing systems biology for medical applications. IET Syst. Biol., Vol 3 (3):131–136.

 

Wolkenhauer, O., Shibata, D., Mesarovic, M.D. (2011): A stem cell niche dominance theorem. BMC Syst. Biol. 5:4.

 

Wolkenhauer, O., Wellstead, P., Cho, K.H .(eds.) (2008): Systems Biology. Portland Press (Essays in Biochemistry Series).

 

Wolkenhauer, O., Hofmeyr, J.H. (2007): An abstract cell model that demonstrates the self-organisation of cell function in living systems. Journal of Theoretical Biology 246.

 

Wolkenhauer, O. (2007): Engineering Approaches: What can we learn from it in systems biology?. European Science Foundation Forward Look Report, Systems Biology: A Grand Challenge for Europe: 19-21.

 

Demografie der Langlebigkeit

 

Vortrag von James W. Vaupel

Gegen das Altern ist kein Kraut gewachsen. Doch weiß man heute: Das Altern ist  nicht unveränderlich. Die Lebenserwartung steigt immer weiter an. Seit 170 Jahren nimmt sie pro Jahr um circa drei Monate zu, das heißt, wir gewinnen pro Tag sechs Stunden Lebenszeit – und ein Ende des Anstiegs ist nicht in Sicht.  Weltweit führen die japanischen Frauen seit ungefähr einem Jahrzehnt die Rekordliste der Lebenserwartung an. Heute beträgt diese etwas mehr als 86 Jahre.

Altern ist beeinflussbar
Der Mensch hat jedoch nicht nur an Lebenszeit gewonnen. Auch das Altern setzt später ein. Altersbedingten Einschränkungen kann bis ins sehr hohe Alter immer besser begegnet werden. Medizintechnischer Fortschritt, Wohlstand, gut ausgebaute Gesundheitssysteme und eine gesunde Lebensweise machen es möglich, dass ein 70 Jahre alter Mensch gegenwärtig genauso gesund ist wie ein 60-Jähriger vor 50 Jahren. Heute Geborene können sich also nicht nur auf ein längeres sondern auch auf ein längeres gesünderes Leben freuen. Dies zeigt sich beispielsweise in den altersspezifischen Sterberaten.  Der Anstieg der Lebenserwartung ist in den vergangenen 20 Jahren zu 37 Prozent auf eine Verbesserung der Sterblichkeit der 65- bis 79-Jährigen und sogar zu 42 Prozent auf eine Verbesserung der Sterblichkeit der 80+-Jährigen zurückzuführen.

 

Die verbleibende Lebenszeit nach dem 80. Geburtstag steigt also immer weiter und die Ursache liegt vor allem darin, dass dieses hohe Alter in einem besseren Gesundheitszustand erreicht wird. Während ab dem Jugendalter die Sterbewahrscheinlichkeit mit jedem Lebensjahr zunimmt, ist in den Altersjahren über 110 eine Besonderheit zu beobachten: Die Wahrscheinlichkeit zu Sterben liegt durchgängig auf einem gleich bleibend hohem Niveau von 50 Prozent, steigt jedoch mit dem Alter nicht weiter an.

Immer mehr Hochaltrige
Auch sind in jüngster Zeit in vielen Industriestaaten explosionsartige Anstiege der Zahl der über Hundertjährigen zu sehen. In Japan beispielsweise lebten im Jahr 2000 an die 400 über 105-Jährigen – heute sind es mehr als 1800. Und auch in anderen Staaten nimmt die Zahl der Hochaltrigen zu. Sofern sich die in den vergangenen Jahrzehnten beobachteten Trends fortsetzen,  werden mindestens die Hälfte der in Deutschland im Jahr 2007 geborenen  Mädchen und Jungen ihren 100. Geburtstag feiern können.

Dabei weiß man heute: Unterschiede in der Lebenserwartung können zu 25 Prozent auf Unterschiede in den genetischen Merkmalen, zu 25 Prozent auf Lebensbedingungen in frühen Lebensjahren und zu 50 Prozent auf Charakteristika der späteren Lebenszeit zurückgeführt werden. Das Gesundheitsverhalten, die gesellschaftlichen wie auch die gesundheitlichen Rahmenbedingungen haben damit den größten Einfluss.

Im Großen und im Kleinen forschen
Die Gewinne an Lebensjahren stammen aus allen großen Todesursachengruppen, vor allem jedoch aus dem Rückgang der Herz-Kreislauferkrankungen. Zukünftig wird es weitere Fortschritte zum Beispiel bei der Therapie und Heilung von Krebserkrankungen oder Alzheimer geben, so dass sich Alterungsprozesse weiter nach hinten verschieben oder sogar verlangsamen. Um in die Alterungsprozesse eingreifen zu können, braucht es die weitere Erforschung zellulärer Prozesse, der genetischen Faktoren oder auch der Rehabilitationsmöglichkeiten.

 

Die Entwicklung von blutplättchengroßen Nanobots, die unbegrenzt durch den menschlichen Körper auf die Reise geschickt werden können, wird außerdem von großem Nutzen sein, um den Alterungsprozess besser zu verstehen. Zudem kann der Mensch von anderen Spezies, wie beispielsweise der nicht alternden Hydra, einem Süßwasserpolypen, lernen. Dies alles  verlangt viele kleinteilige Forschungsanstrengungen, bis in die kleinste Ebene der Zellen. Welche Fortschritte bereits erreicht wurden, sieht man jedoch am besten, wenn man mit Abstand, über die Ebenen der Zelle, der Gewebe und des Individuums auf die Population Mensch blickt und die Gewinne an Lebensjahren betrachtet.

 

Publikationen von und mit James W. Vaupel

 

Christensen, K., Vaupel, J.W. (2011): Genetic factors and adult mortality. In: International handbook of adult mortality. In: International handbook of adult mortality, (Eds.) R. G. Rogers, R.G., Crimmins, E.M.. Springer, Dordrecht [et al.]: 399-410 (International handbooks of population; 2).

 

Maier, H., Gampe, J., Vaupel, J.W. (2011): Auf der Suche nach dem modernen Methusalem: neues Wissen über Sterblichkeit im Alter über 110. Demografische Forschung Aus Erster Hand 8(1), 1-2.

 

Vaupel, J. W. (2010): Biodemography of human ageing. Nature 464(7288): 536-542.

 

Christensen, K., Doblhammer, G., Rau, R., Vaupel, J.W. (2009): Ageing populations: the challenges ahead. Lancet 374, 9696, 1196-1208.