In meiner idealen Welt….hätten vielleicht 50 % der 7,8 Milliarden Menschen Online-Zugang zu Bildung und Informationen und würden gemeinsam daran arbeiten (jeder auf seine Weise, wie Bergleute oder Gamer oder bis hin zu Forschern und Entscheidungsträgern und mit einem grenzenlosen Angebot an Geld), das Altern oder die Degeneration, die als Alterung bekannt ist und zu allen chronischen Krankheiten führt, zu bekämpfen….das ist nicht die Welt, in der wir leben. Martin O’Dea im Jahr 2021, CEO Longevity Summit Dublin.
Das Thema dieses Monats: Planarien
Einführung
Wenn sich Stammzellen teilen, um Wunden zu heilen, sich zu vermehren oder zu wachsen, zeigen sie in der Regel Anzeichen der Alterung. Dieser Alterungsprozess führt dazu, dass Stammzellen ihre Teilungsfähigkeit verlieren und somit weniger in der Lage sind, erschöpfte spezialisierte Zellen in unseren Geweben zu ersetzen. Ein deutliches Beispiel für diesen Effekt ist die Alterung der menschlichen Haut. Planarienwürmer und ihre Stammzellen umgehen diesen Alterungsprozess jedoch irgendwie, so dass sich ihre Zellen unbegrenzt weiter teilen können. Ein Schlüsselfaktor der Zellalterung hängt mit der Telomerlänge zusammen. Um ein normales Wachstum und eine normale Funktion zu gewährleisten, müssen sich die Zellen in unserem Körper ständig teilen, um abgenutzte oder beschädigte Zellen zu ersetzen. Planarienwürmer bewahren die Enden ihrer Chromosomen in adulten Stammzellen, was ihnen theoretisch Unsterblichkeit verleiht.
Planarien sind zu tiefgreifenden Regenerationsleistungen fähig, die von einer Population adulter Stammzellen, den Neoblasten, angetrieben werden. Diese Zellen sind zu einer unbegrenzten Selbsterneuerung fähig, die der Evolution von Tieren zugrunde liegt, die sich nur durch Spaltung fortpflanzen, da sie die Keimbahn abgeschafft haben, und daher somatisch unsterblich sein und den Alterungsprozess vermeiden müssen. Wie sie dies tun, wird erst jetzt verstanden. Eine Studie legt nahe, dass die bisherigen Erkenntnisse die Hypothese stützen, dass das Fehlen des Alterns eine neue Eigenschaft ist, die sich aus der hohen Regenerationsfähigkeit und der Entwicklung hochwirksamer Mechanismen zur Gewährleistung der Genomstabilität in der Neoblasten-Stammzellenpopulation ergibt
Planarien. Gemeinsame Gene mit dem Menschen, wie viele?
Planarien und Menschen haben trotz ihrer Unterschiede überraschend viel genetisches Material gemeinsam. Ungefähr 80 % der Gene von Planarien haben Homologe im menschlichen Genom. Diese signifikante Überschneidung umfasst Gene, die an grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt sind, z. B. solche, die mit der Funktion von Stammzellen und der Regeneration zusammenhängen. Diese genetische Ähnlichkeit macht Planarien zu einem wichtigen Modellorganismus für die Untersuchung biologischer Prozesse, die für den Menschen relevant sind.
Die Wissenschaftler hoffen, dass das Verständnis, wie diese Zellen aktiviert werden und sich differenzieren, eines Tages zu Methoden für die Regeneration menschlichen Gewebes führen könnte. Ein Gen, das bei Planarien piwi und beim Menschen hiwi heißt, wird in den Stammzellen beider Arten exprimiert und ist wahrscheinlich an der Regeneration beteiligt. In Planarien spielt piwi eine entscheidende Rolle bei der Bildung neuer, funktioneller Stammzellen. Beim Menschen wird das hiwi-Gen in den Fortpflanzungszellen und in einigen Stammzellen exprimiert, z. B. in denen, die für die Bildung neuer Blutzellen verantwortlich sind. Es besteht die Hoffnung, dass die Untersuchung dieses Gens nützlich sein könnte, um menschliche Stammzellen zur Regeneration anzuregen.
Fast unsterbliche Planarien
Viele Menschen begegnen Planarien, winzigen Plattwürmern mit bemerkenswerten Regenerationsfähigkeiten, zum ersten Mal im Biologieunterricht, wenn sie sie zerschneiden. Planarien, die weltweit in Süßwasser, im Meer und auf Pflanzen vorkommen, können in Hunderte von Stücken zerschnitten werden, von denen jedes zu einem völlig neuen Plattwurm heranwächst. Dank dieser außergewöhnlichen Fähigkeit können sich Planarien ungeschlechtlich vermehren und sich sozusagen selbst klonen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Planarien mit stammzellenähnlichen Zellen gefüllt sind, die jederzeit bereit sind, sich in jeden spezifischen Zelltyp zu verwandeln, der für die Geweberegeneration benötigt wird. Diese Fähigkeit entspricht in etwa der von embryonalen Stammzellen bei Menschen und anderen Wirbeltieren, was Planarien zu faszinierenden Studienobjekten macht. Ihre einfachen Körper und begrenzten Gewebearten machen sie relativ leicht zu erforschen. Bemerkenswerterweise sind die stammzellähnlichen Zellen der Planarien in großer Zahl in ihrem Körper verteilt, was zu ihrer unglaublichen Regenerationsfähigkeit beiträgt.
Die Regeneration von Planarien ist bemerkenswert wegen ihres dramatischen Ausmaßes, ihrer Schnelligkeit und der zugrunde liegenden Mechanismen, die sie ermöglichen. Nicht nur kann sich jedes Stück eines abgeschnittenen Planariums zu einem neuen Plattwurm regenerieren, sondern dieser Prozess geht auch sehr schnell vonstatten: Es dauert nur ein oder zwei Wochen, bis aus jedem Fragment eine Miniaturversion des ursprünglichen Wurms geworden ist.
Während der Regeneration vollbringen Planarien eine beeindruckende Leistung: Einem Schwanz, der einen Kopf regeneriert, könnte zum Beispiel die Fähigkeit zu essen fehlen, oder ein Kopf ohne Darm kann keine Nahrung verdauen. Planarien lösen dieses Problem, indem sie sich selbst verzehren – die Zellen im Schwanz zerstören sich selbst, um die für die Regeneration benötigte Energie bereitzustellen. Während der Kopf nachwächst, schrumpft der Schwanz auf eine Größe, die dem neuen Kopf entspricht. Sobald die Planarie vollständig regeneriert ist, nimmt sie die Nahrungsaufnahme wieder auf und kehrt zur normalen Größe zurück. Zu verstehen, wie Planarien diese Größenanpassung während der Regeneration erreichen, ist eines der vielen Rätsel, die Wissenschaftler gerne lösen möchten. Wenn eine Planarie einen Teil ihres Körpers verliert, bildet sich an der Wundstelle ein Regenerationsblastem – eine Ansammlung von embryonalähnlichen Zellen. Diese Zellen, die reich an Stammzellen sind, können sich zu verschiedenen Zelltypen entwickeln, die benötigt werden, um das verlorene Körperteil zu ersetzen.
Planarien altern, vom Verlust der Fruchtbarkeit bis zur Abnahme der Muskelmasse und der Beweglichkeit. Wenn ältere Planarien jedoch Gewebe regenerieren, zeigen die neu gebildeten Teile keine Anzeichen des Alterns. Es ist, als ob sie die Uhr komplett zurückdrehen würden. Zu verstehen und zu „kopieren“, was sie tun, könnte zu Möglichkeiten führen, altersbedingte Zustände beim Menschen zu verlangsamen oder sogar umzukehren.
Michael Levin Studie
Die Studie des amerikanischen Entwicklungs- und Synthetikbiologen liefert ein umfassendes Modell, das bioelektrische Signale mit molekularen Rückkopplungsschleifen während der frühen anterior-posterioren (AP) Achsenbildung bei Planarien verbindet.
Bioelektrische Signale beeinflussen frühe Polaritätsentscheidungen bei der Regeneration, und die Manipulation dieser Signale kann zu bedeutenden anatomischen Ergebnissen führen, wie z. B. der Bildung von doppelköpfigen Planarien. Mit anderen Worten: So seltsam es auch erscheinen mag, zumindest unter bestimmten Umständen können bioelektrische Signale eine Morphologie erzeugen, die in einer „normalen“ Umgebung nicht existieren würde.
Das Verständnis des Zusammenspiels zwischen bioelektrischen Signalen und molekularen Pfaden könnte zu einer besseren Kontrolle der Regeneration und Morphogenese führen. Angesichts der Tatsache, dass viele Ionentransporter-Modulatoren bereits klinisch zugelassen sind, ist diese Forschung vielversprechend für Anwendungen in der regenerativen Medizin.
Diese Studie unterstreicht die Bedeutung bioelektrischer Signale für die Regeneration, ein weitgehend unerforschtes Wissenschaftsgebiet. Es ist einer der vielen Wege zur Regeneration und Verjüngung des Menschen. Wir brauchen mehr Wissenschaftler und mehr Investitionen in die gesamte Forschung, die eines Tages ein längeres und gesünderes Leben für Milliarden von Menschen ermöglichen könnten.
Die gute Nachricht des Monats: Ein Antikörper verlängert die Lebensspanne von Mäusen um 25%
Die Mäuse erhielten eine Therapie gegen IL-11, ein proinflammatorisches Zytokin. Dieses Zytokin wirkt sich negativ auf die Lebenserwartung von Mäusen und auch von Menschen aus.Die Londoner Wissenschaftler, die in Nature veröffentlichten, erklären, dass die Mäuse, die den Antikörper erhielten, aktiver und schlanker aussahen, ein besseres Fell, Sehvermögen und Gehör hatten und besser laufen konnten.
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