Kälteforschung: Würmer lebten in Versuchen bis zu 50 Prozent länger

Dass kühlere Temperaturen die Lebensspanne verschiedener Organismen verlängern können, ist in der Biologie seit Längerem bekannt. Ein Forschungsteam um David Vilchez vom Exzellenzcluster CECAD und dem Zentrum für Molekulare Medizin Köln (CMMC) an der Universität zu Köln hat den konkreten Stoffwechselweg identifiziert, der diesem Phänomen zugrunde liegt.

Die in Zusammenarbeit mit den Laboren von Thorsten Hoppe und Christian Frezza durchgeführten Untersuchungen zeigen am Fadenwurm Caenorhabditis elegans, wie Kältereize über spezialisierte Botenstoffe zelluläre Schutzmechanismen aktivieren.

Der Signalweg zwischen Muskeln, Darm und Nerven

Den Ergebnissen zufolge wird bei einer Umgebungstemperatur von 15 Grad Celsius in der Muskulatur von C. elegans verstärkt der Metabolit BH2 (Dihydrobiopterin) gebildet. Verantwortlich dafür ist die kälteinduzierte Aktivierung des Gens für das Enzym CAT-4, das dem menschlichen GCH1 entspricht.

Über Transporter gelangt BH2 in den Darm sowie in Nervenzellen. Dort wandelt das Enzym DHFR-1 den Stoff in BH4 um. Dieser Metabolit fungiert als Kofaktor für PAH-1, kurbelt die Synthese der Aminosäure Tyrosin an und stützt so die zelluläre Proteostase.

In Metabolomik-Analysen am fünften Tag adulter Würmer wiesen die Kölner Forschenden 64 Metabolite nach, die bei 15 Grad gegenüber 20 und 25 Grad Celsius erhöht waren; 45 davon bestätigten sich in einem unabhängigen Experiment (FDR-adjustiert P<0,01).

Gezielte Genblockaden untermauern die Funktion des Signalwegs: Eine cat-4-RNA-Interferenz verkürzte die Lebensspanne bei 15 Grad Celsius signifikant (P<0,0001), blieb bei 20 Grad (P=0,2595) und 25 Grad Celsius (P=0,8993) jedoch ohne messbaren Effekt. Ähnliche Resultate zeigte die Hemmung von dhfr-1 (P=0,0005 bei 15 Grad; P=0,7861 bei 20 Grad Celsius; n=96 Würmer je Bedingung).

Eine Blockade von CAT-4 speziell im Muskelgewebe hob den lebensverlängernden Kälteeffekt auf, eine Hemmung im Darm dagegen nicht. Eine künstliche Steigerung von CAT-4 im Muskel reduzierte zudem Proteinablagerungen im Darm und verlängerte das Leben auch bei wärmeren Temperaturen.

Effekte auf Lebensspanne und Krankheitsmodelle

Wer sich mit den biologischen Grundlagen der Altersprävention befasst, möchte oft auch seine aktuellen Vitalwerte genau verstehen. Dieser kostenlose Ratgeber erklärt verständlich, was wichtige Laborwerte über den eigenen Gesundheitszustand aussagen. Laborwerte-Selbstcheck: Kostenlosen Report jetzt sichern

Die beobachtete Lebensverlängerung bei 15 Grad Celsius fiel je nach Versuchsreihe deutlich aus: In einzelnen Messungen lebten die Würmer im Schnitt etwa fünf Tage beziehungsweise 15 Prozent länger als bei 20 Grad Celsius. Andere Auswertungen zeigten einen Anstieg von rund drei Wochen auf fast einen Monat sowie eine Steigerung von 19 auf 29 Tage, was einem Zuwachs von rund 50 Prozent entspricht.

Die Gabe von Tyrosin über die Nahrung verlängerte das Leben der Tiere auch bei 20 Grad Celsius. Zudem zeigte sich, dass oxidativer Stress die Schutzwirkung von BH2 schwächte, während Tyrosin seinen protektiven Effekt behielt.

Über den Modellorganismus hinaus untersuchten die Wissenschaftler menschliche Zellmodelle. Eine Temperatursenkung von 37 auf 36 Grad Celsius rief ähnliche molekulare Reaktionen hervor; zudem reagierten die Zellen auch bei 37 Grad Celsius auf die Gabe von BH2 oder Tyrosin.

Neben der Erforschung zellulärer Alterungsprozesse spielt die aktive Erhaltung der kognitiven Fitness eine zentrale Rolle für ein langes, gesundes Leben. Erfahren Sie in diesem kostenlosen Leitfaden, mit welchen praktischen Alltagsübungen Sie Ihr Gedächtnis gezielt stärken können. Kostenlosen Ratgeber für geistige Fitness herunterladen

In Modellen für Chorea Huntington und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) reduzierten die Substanzen krankheitstypische Proteinansammlungen. In HEK293-Zellen verringerte eine Konzentration von 10 Mikromol BH2 bei 37 Grad PolyQ74-Aggregate; auch TDP-43- und FUS-Verklumpungen gingen zurück. In aus Stammzellen gewonnenen ALS-Motorneuronen sank der Anteil absterbender Zellen.

Grenzen der Übertragbarkeit und therapeutische Perspektiven

David Vilchez hat bereits ein Patent angemeldet und plant die Gründung eines Start-ups, betonte jedoch, dass eine einsatzbereite therapeutische Pille derzeit nicht in Sicht sei.

Gleichzeitig warnte Vilchez vor Selbstversuchen mit Kälte: Menschen seien Warmblüter, deren Körperkerntemperatur sich kaum um ein Grad absenken lasse; Kälteexposition erhöhe in erster Linie das Erkältungsrisiko.

Aus früheren Studien ist bekannt, dass bei Mäusen ein Absinken der Körpertemperatur um 0,5 Grad die Lebensdauer bei Männchen um 12 Prozent und bei Weibchen um 20 Prozent steigert. Ein Nachweis für eine Verlängerung der menschlichen Lebensspanne oder eine konkrete Behandlung existiert bislang nicht.

In einem wissenschaftlichen Begleitkommentar gaben Lee und Lee vom KAIST zu bedenken, dass eine medikamentöse Nachahmung der Kälteeffekte noch weit entfernt sei, und verwiesen auf mögliche Risiken für Blutgefäßwände.

Dennoch existieren bereits pharmakologische Anknüpfungspunkte: Das seit 2008 zur Behandlung der Phenylketonurie zugelassene Medikament Sapropterin imitiert bereits die Wirkung eines Folgeprodukts von BH2. Zudem fanden sich in den Untersuchungen weitere kälteabhängige Botenstoffe, deren genaue Funktion Gegenstand künftiger Forschung bleibt.