Wasser-Bär-‘Biostase’-Mechanismus könnte Schlüssel zur Verbesserung der menschlichen Langlebigkeit sein

Biostase und die unverwüstlichen Wasserbären

Wenn man Biologie und Medizin studiert, haben Forscher immer daran interessiert, herauszufinden, was in anderen Arten im Vergleich zum Menschen “fehlt”. Dazu gehörten bisher beispielsweise die Resistenz von Haien gegen Krebs, die unsterblichen Qualle, die langlebige Wirkung von kalorienreduzierter Ernährung bei Mäusen und Affen sowie die Regenerationsfähigkeiten von Reptilien.

Ein weiteres Tier, das Forscher seit Jahrzehnten fasziniert, ist der “Wasserbär”, “Moose-Schweinchen” oder Tardigrade. Dies ist eine Gruppe von 1.100 Arten, die den Arthropoden (Insekten, Krebstieren) nahe stehen. Sie sind sehr klein, weniger als 1 mm / 0,04 Zoll groß, und leben in wasserreichen Umgebungen in Sand, Moosen, Blütenpflanzen, Süß- und Salzwasser.

Quelle: Britannica

Was die Tardigraden so besonders macht, ist ihre extreme Resistenz gegenüber extremen Umweltbedingungen. Sie können sich in einen Zustand der Biostase, oder “Tun”-Zustand, versetzen, in dem ihr Stoffwechsel nur 0,01% dessen beträgt, was er unter normalen Bedingungen ist.

Diese Fähigkeit, in Biostase zu verfallen, gibt den Tardigraden eine extreme Resistenz gegen Austrocknung, die es ihnen ermöglicht, Jahre und sogar Jahrzehnte zu warten, bis Wasser wieder verfügbar ist.

Sie haben auch überlebt, als sie 8 Tage in einem Vakuum und 3 Tage in einer sauerstofffreien Helium-Atmosphäre gehalten wurden. Exemplare haben auch Temperaturen von bis zu −272 °C / −458 °F für mehrere Stunden, bis zu −190 °C / −310 °F (flüssiger Stickstoff) für 21 Monate und bis zu 148 °C / 300 °F überlebt.

Es ist also kein Wunder, dass, wenn auch nur ein Bruchteil dieser außergewöhnlichen Widerstandsfähigkeit durch Biostase auf den Menschen angewendet werden könnte, es die menschliche Gesundheit und vielleicht sogar die Langlebigkeit grundlegend verändern könnte.

Biostase-Proteine

Forscher Silvia Sanchez-Martinez und Thomas Boothby von der University of Wyoming haben entdeckt, dass die Widerstandsfähigkeit der Tardigraden möglicherweise durch bestimmte Proteine namens CAHS (Cytoplasmic Abundant Heat Soluble) verursacht wird.

In einem kürzlich veröffentlichten Paper mit dem Titel “Labile Assembly of a Tardigrade Protein Induces Biostasis” haben sie gezeigt, dass diese neu identifizierten Proteine den Stoffwechsel verlangsamen und den Tardigraden helfen, Wetterbedingungen zu überstehen, die ohne Biostase nicht zu überleben wären.

Diese Entdeckung baut auf früheren Forschungen der gleichen Wissenschaftler auf, die gezeigt haben, dass Tardigraden-Proteine verwendet werden können, um das pharmazeutische Produkt menschliches Blutgerinnungsfaktor VIII bei Raumtemperatur zu stabilisieren. Dies ist normalerweise eine sehr fragile Molekül, die abbaut, wenn sie nicht in einem präzisen Temperaturbereich ist.

Verständnis von Biostase-Proteinen

Die Forschung untersuchte einige Aspekte dieser Proteine. Erstens versuchte sie, die Proteinsequenz zu verstehen, die für ihre schützenden Effekte verantwortlich ist. Zweitens versuchte sie, zu verstehen, wie sie ihre Funktion ausüben.

Sie entdeckten, dass CAHS-Proteine eine gelartige Struktur bilden können. Wenn diese wieder verdünnt wird, kann sie wieder in einen flüssigen Zustand zurückkehren. Dies ist wahrscheinlich der Hauptmechanismus, der CAHS-Proteine im Falle der Austrocknung, der Hauptbedrohung für Tardigraden in der Natur, aktiviert.

Sie fanden auch heraus, dass die CAHS-Proteine eine “Dumbbell”-3D-Konfiguration haben und hauptsächlich aus drei Teilen bestehen.

Quelle: Protein Science

Die gelbildenden Fähigkeiten sind hauptsächlich mit β-Schichten und β-Schichten-3D-Struktur-Wechselwirkungen verbunden, die zu komplexen, röhrenförmigen Strukturen führen.

Quelle: Protein Science

Insgesamt verlangsamt die durch Tardigraden-CAHS-Proteine gebildete Gel die Zellstoffwechsel von innen. Sie haben auch gezeigt, dass diese Verlangsamung des Stoffwechsels und keine andere Wirkung für die erhöhte Überlebensrate verantwortlich ist.

Quelle: Protein Science

Anwendung der Widerstandsfähigkeit von Tardigraden durch Biostase auf den Menschen

CAHS-Proteine in menschlichen Zellen

Die Forscher haben auch menschliche Zellen, die im Labor gezüchtet wurden, genetisch verändert, um ein CAHS-Protein zu produzieren. Diese Zellen zeigten eine erhöhte Überlebensrate, wenn sie osmotischem Stress ausgesetzt waren.

Quelle: Protein Science

Sie haben auch bewiesen, dass die gleichen β-Schichten-Wechselwirkungen und gelbildenden Eigenschaften, die für das Überleben der Tardigraden wichtig sind, auch für die erhöhte Resistenz der veränderten menschlichen Zellen verantwortlich sind.

Schließlich haben sie gezeigt, dass die durch Tardigraden-Proteine in menschlichen Zellen induzierte Biostase auch in Menschen reversibel ist.

Anwendungen im Anti-Aging-Bereich

Das Altern wird oft mit metabolischen Aktivitäten und Oxidation in Verbindung gebracht. Insbesondere wenn es mit zellulärem Stress durch Chemikalien, Schadstoffe oder allgemein schlechte Umweltbedingungen kombiniert wird.

Dies gilt als einer der Hauptgründe, warum die Reduzierung der Kalorienzufuhr die Langlebigkeit vieler Organismen erhöht.

Da es scheint, dass CAHS-Proteine den Stoffwechsel bei Stress reduzieren können, könnten sie auch dazu beitragen, eine der Hauptursachen des Alterns zu reduzieren.

Biotechnologische Anwendungen

Medizin

Eine weitere mögliche Anwendung der CAHS-Proteine von Tardigraden ist die Konservierung von pharmazeutischen Biomolekülen und gespeicherten Zellen. Was bisher für den Blutgerinnungsfaktor VIII gemacht wurde, könnte möglicherweise auf medizinische Behandlungen wie mRNA-Impfstoffe, Stammzellen, Hormone, Medikamente usw. angewendet werden.

Potenziell könnten sogar Lebensmittel von diesen Proteinen profitieren, um ihre Haltbarkeit ohne Gefrieren oder Kühlen zu erhöhen.

Landwirtschaft

Da NAHS-Proteine einen starken Schutz gegen Austrocknung bieten, könnten sie auch verwendet werden, um die Resistenz von Pflanzen gegen Dürre zu verbessern. Der zusätzliche Schutz gegen extreme Temperaturen könnte auch auf Pflanzen angewendet werden. Da der Klimawandel die Landwirtschaft immer mehr beeinträchtigt, könnte dies ein interessantes Anwendungsgebiet für Tardigraden-Proteine sein.

Unternehmen im Anti-Aging- und Langlebigkeitsbereich

1. MeiraGTx Holdings

MeiraGTx ist ein Unternehmen für Gentherapie, das sich auf das Altern und die Verwendung des adeno-assoziierten Virus (AAV) als Vektor für die Gendelivery konzentriert. Der Fokus auf AAV ermöglicht es dem Unternehmen, sehr anpassbare Therapien für verschiedene Pathologien und Zelltypen zu entwickeln.

“Kleine Unterschiede in Capsid-Proteinen können die Effizienz, mit der verschiedene Capside Gene an verschiedene Zellen liefern, modulieren, sodass verschiedene AAV-Capside ausgewählt werden können, um bestimmte Zelltypen gezielt zu erreichen.”

Die Technologie kommt auch mit einem Ein-/Ausschalter (“Riboswitch”) ausgestattet, der das hinzugefügte Gen im Körper des Patienten auf Abruf aktiviert, was einen extrem hohen Grad an Kontrolle über die Gentherapie bietet.

Das Unternehmen ist in drei therapeutischen Bereichen tätig: okulare, neurodegenerative (einschließlich Parkinson-Krankheit) und Speicheldrüsen-Erkrankungen.

Im Dezember 2023 schloss MeiraGTx einen Asset-Kaufvertrag mit Janssen im Wert von 415 Mio. USD für seine Behandlung der X-chromosomalen retinitis pigmentosa (XLRP) ab. Das Unternehmen hat auch zwei weitere laufende okulare klinische Studien in Partnerschaft mit Janssen.

Quelle: MeiraGTX

Der extreme Grad an Kontrolle über die Aktivierung der Gentherapie durch die Technologie von MeiraGTx könnte für zukünftige Langlebigkeitstherapien von großer Bedeutung sein.

Es könnte dazu beitragen, die Risiken unerwünschter Nebenwirkungen zu reduzieren, die oft die Aussichten auf Anti-Aging-Therapien behindern. Wenn die CAHS-Proteine von Tardigraden auf menschliche Zellen angewendet werden, könnten sie “auf Abruf” in bestimmten Geweben oder als Reaktion auf bestimmte Bedingungen exprimiert werden, was medizinische und regulatorische Risiken reduzieren würde.

2. Lineage Cell Therapeutics

Lineage produziert über 200 verschiedene menschliche Zelltypen für die Implantation, beginnend mit pluripotenten Zellen und unter Verwendung einer patentierten gelenkten Differenzierungsmethode.

Lineage hat zwei potenzielle Produkte, die weit fortgeschritten sind und sich in Phase 2 der klinischen Studien befinden, und drei weitere, die sich in einem früheren Stadium befinden.

Quelle: Lineage

Das Flaggschiff-Produkt ist OpRegen, in Partnerschaft mit Genentech, das Augenprobleme, einschließlich altersbedingter Makuladegeneration (AMD), behandelt. Lineage erhielt von Genentech 50 Mio. USD als Vorauszahlung und ist berechtigt, 620 Mio. USD an Meilensteinzahlungen und zweistellige Royaltys zu erhalten. Die erste Studie erreichte eine beispiellose Regeneration der Netzhaut bei 5 von 12 Patienten.

Das zweite, weiter fortgeschrittene Programm ist OPC1 (Oligodendrozyten-Zelltransplantate) für Rückenmarksverletzungen. Die Behandlung könnte dazu beitragen, das Rückenmark zu schützen und die Anzahl der Patienten, die keine Besserung zeigen, erheblich zu reduzieren. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend, und viele Patienten haben Empfindungen wiedererlangt, die sie ohne die Behandlung wahrscheinlich nicht gehabt hätten.

Quelle: Lineage

“Ich konnte nicht trinken, nicht essen, nicht texten oder fast nichts tun, ich existierte nur. Ich lebte nicht mein Leben, ich existierte nur.” – Kris Boesen, OPC1-Patient

Wenn Zellen mit CAHS-Proteinen tatsächlich widerstandsfähiger sind (auch wenn sie nicht das gleiche Maß an Widerstandsfähigkeit wie Tardigraden erreichen), könnte dies ein neuer Weg für die Entwicklung neuer Anti-Aging-Lösungen sein und das Angebot von über 200 menschlichen Zelllinien von Lineage Cell Therapeutics erweitern.

3. Bayer Crop Sciences

Bayer Crop Sciences, das zusammen mit dem pharmazeutischen Segment die Hälfte des Konzerns ausmacht, konzentriert sich auf Innovationen im Bereich Saatgut und Pflanzenschutz.

Quelle: Bayer

Das Unternehmen ist teilweise ein Pflanzenschutzunternehmen mit einem Lösungsspektrum, das Herbizide, Fungizide und Insektizide umfasst. Der Pflanzenschutzmechanismus schützt etwa 30 Prozent der Erträge weltweit, was 550 Millionen Tonnen Nahrungsmitteln entspricht, die über 2 Milliarden Menschen ernähren könnten.

Es ist auch ein sehr innovatives Unternehmen mit Projekten in fast jedem möglichen Bereich, um Pflanzen und Ernten zu verbessern.

Seine Innovationen haben es seinen Biotechnologie-Wissenschaftlern ermöglicht, gezielte Verbesserungen im Pflanzen-Genom vorzunehmen. Seine Lösungen helfen, Unkraut durch eingebaute Herbizid-Toleranz zu kontrollieren und den genetischen Potential der Saat zu erhalten, während sie effizienter wachsen und den Umweltimpact erheblich reduzieren.

Dürrebedingte Verluste in der Landwirtschaft haben zwischen 1983 und 2009 kumulierte Verluste von 166 Mrd. USD verursacht. Und Prognosen warnen, dass der Klimawandel dieses Problem möglicherweise verschärfen könnte.

Wenn sich also herausstellt, dass CAHS-Proteine von Tardigraden den osmotischen Stress nicht nur in Tier-, sondern auch in Pflanzenzellen reduzieren können, könnte dies ein interessantes Anwendungsgebiet für Unternehmen wie Bayer sein, um durch genetische Veränderung dürreresistente Pflanzen zu schaffen und ihr bestehendes Angebot an GM-Pflanzen und Genediting-Forschung zu erweitern.