Eine evolutionäre Theorie des Alterns, die sogenannte „Wegwerfkörpertheorie“ (Disposable
Soma Theory of Aging), geht davon aus, dass jedem Organismus während seines Lebens nur
begrenzte Energieressourcen zur Verfügung stehen. Diese Ressourcen müssen sowohl für die
Erhaltung des Körpers als auch für die Fortpflanzung genutzt werden. Arten, die aufgrund äußerer
Gefahren mit einer hohen Mortalität (Sterblichkeit) konfrontiert sind, investieren mehr Energie in
die Fortpflanzung, um das Überleben ihrer Art zu sichern. Umgekehrt scheinen Arten, die
niedrigeren Gefahren ausgesetzt sind, ihre Ressourcen vorwiegend zur Erhaltung des Organismus
einzusetzen. Das heißt, solche Arten halten ihren Körper „gesund“, was zu einer längeren
Fortpflanzungsphase während ihres langen Lebens führt.
Nacktmulle (Heterocephalus glaber) gelten als besonders langlebig unter den Nagetieren; im
Vergleich zu Mäusen, Ratten und Meerschweinchen können sie mit bis zu 30 Jahren um ein
Vielfaches älter werden. Dabei bleiben diese mausgroßen Tiere bis ins hohe Alter gesund und
fortpflanzungsfähig. Bei der Untersuchung von solchen außergewöhnlich langlebigen Tieren stellt
sich daher die Frage, welche molekularen oder genetischen Eigenschaften das lange und gesunde
Leben erklären können.
Forscherteams des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena
haben mit Kollegen anderer Forschungseinrichtungen die genetische und molekulare Ausstattung
von Nacktmullen im Vergleich zu anderen Spezies untersucht. Diese zwei „Back-to-back“-Studien
zu Fragen der Langlebigkeit von Nacktmullen wurden jetzt in der Fachzeitschrift BMC Biology
veröffentlicht.
Geschlechtsreife und langes Leben
In der ersten Studie haben Forscher um Dr. Martin Bens vom Leibniz-Institut für Alternsforschung
zusammen mit Wissenschaftlern vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) den
Zusammenhang zwischen Fortpflanzung und Langlebigkeit von Nacktmullen untersucht.
Nacktmulle leben in unterirdischen Bauten in den Halbwüsten Ostafrikas in großen eusozialen
Kolonien (Staatenbildung). In einer Kolonie sorgen nur die Königin und ein bis drei Männchen für
den Nachwuchs. Im Gegensatz zu eusozialen Bienenvölkern sind in den Nacktmullkolonien
prinzipiell alle Tiere zur Fortpflanzung fähig. Ihre sexuelle Reifung wird jedoch durch die
Anwesenheit des „Königspaares“ unterdrückt.
Zur Untersuchung der Auswirkung des Wechsels vom Arbeiter zum König bzw. zur Königin, wurden
fortpflanzungsinaktive männliche und weibliche Arbeiter aus einer Kolonie entnommen und mit
einem nicht verwandten Partner aus einer anderen Kolonie verpaart. Dies veranlasst die Tiere, einen
neuen Staat zu gründen und sie beginnen sich fortzupflanzen. Basierend auf Transkriptomanalysen
verglichen die Wissenschaftlicher anschließend die Gewebe fortpflanzungsaktiver und -inaktiver
Tiere miteinander. Die gewonnenen Ergebnisse wurden dann mit denen von fortpflanzungsaktiven
und -inaktiven Meerschweinchen (Caviidae) verglichen; enge Verwandte des Nacktmulls mit
vergleichsweise kurzer Lebensspanne.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass zwischen Nacktmullen und Meerschweinchen mehr als die Hälfte
der untersuchten Gene unterschiedlich exprimiert sind und diese Gene besondere alternsbezogene
Merkmale aufweisen“, berichtet Dr. Bens. „Während bei den fortpflanzungsinaktiven Nacktmullen
und Meerschweinchen in den molekularen Signaturen zwischen Weibchen und Männchen keine
signifikanten Unterschiede auftraten, wiesen Nacktmulle im Verlauf der sexuellen Reifung nicht nur
Veränderungen bei den Geschlechtsmerkmalen, sondern auch in den Genexpressionsprofilen ihrer
Gewebe auf“, so Dr. Bens weiter.
Die Forschungsergebnisse liefern außerdem Hinweise auf eine verlängerte Lebensdauer: Wenn
Nacktmulle den Prozess der sexuellen Reifung durchlaufen und somit fruchtbar werden, dann treten
molekulare Signaturen auf, die mit einer verlängerten Lebens- und Gesundheitsspanne verbunden
sind. Im Gegensatz dazu verringern sich bei Meerschweinchen solche molekularen Netzwerke.
Dieses Ergebnis passt zur langen Lebensdauer von Nacktmull-Königinnen von bis zu 30 Jahren; trotz
fortwährender Zeugung von ca. 40 Nachkommen pro Jahr.
Ja - sie altern doch!
Aktuelle Studien, die auf demographischen Profilen von Nacktmullen basierten, zeigten, dass das
Sterberisiko der Tiere mit dem Alter nicht zunimmt. Dies wurde als Hinweis darauf gedeutet, dass
Nacktmulle nicht altern. In der zweiten Studie in der Fachzeitschrift BMC Biology haben Forscher
vom FLI zusammen mit Partnern des IZW und dem Institut für Anästhesiologische Pathophysiologie
und Verfahrensentwicklung des Universitätsklinikums Ulm den Alternsprozess von Nacktmullen auf
molekularer Ebene untersucht. Zur Identifizierung von Faktoren, die langlebige von kurzlebigen
Spezies unterscheiden, verglichen sie die Leber von Nacktmullen mit der von Meerschweinchen.
Durch Kombination proteomischer und transkriptomischer Methoden konnten die Forscher
Unterschiede in der Zusammensetzung der Mitochondrien, den „Kraftwerken der Zelle“,
nachweisen. „Im Vergleich Nacktmull zu Meerschweinchen fanden wir zwischen den beiden Arten
unterschiedliche Wege zur Energiegewinnung“, erklärt Dr. Alessandro Ori, Juniorgruppenleiter am
FLI und Hauptautor der Studie. Nacktmulle können beispielsweise Fettsäuren besser nutzen.
„Außerdem konnten wir durch Untersuchung der Leber von jungen und alten Nacktmullen
alternsabhängige Veränderungen des Proteinspiegels feststellen. Für uns ein Hinweis, dass auch
beim Nacktmull Alternsprozesse ablaufen“.
Interessanterweise wird beim Altern der Nacktmulle in der Leber die gleiche Gruppe von Proteinen
beeinflusst, die beim Menschen für die Eliminierung toxischer Substanzen verantwortlich ist. Das
weist auf einen direkten Zusammenhang zwischen den Alternsprozessen dieser beiden Spezies hin.
Im Hinblick auf die These, dass Nacktmulle nicht altern, belegen die jüngsten Ergebnisse, das
Nacktmulle auf molekularer Ebene doch altern, jedoch nur gering. „Nun müssen wir untersuchen,
ob die beobachteten molekularen Veränderungen während des Lebens von Nacktmullen deren
Gesundheit beeinflusst und ihre Lebenserwartung einschränkt, wie das etwa bei anderen
Modellorganismen in der Alternsforschung, wie z.B. bei den Fadenwürmern C. elegans, der Fall ist“.
Publikationen:
Naked mole-rat transcriptome signatures of socially-suppressed sexual maturation and links of
reproduction to aging. Bens M, Szafranski K, Holtze S, Sahm A, Groth M, Kestler HA, Hildebrandt
TB, Platzer M. BMC Biology 2018, https://doi.org/10.1186/s12915-018-0546-z.
Species comparison of liver proteomes reveals links to naked mole-rat longevity and human aging.
Heinze I, Bens M, Calzia E, Holtze S, Dakhovnik O, Sahm A, Kirkpatrick J, Szafranski K, Romanov N,
Holzer K, Singer S, Ermolaeva M, Platzer M, Hildebrandt TB, Ori A. BMC Biology 2018,
https://doi.org/10.1186/s12915-018-0547-y