Die Biologie des Alterns 

Autor: Benedikt Junker · Fachlich geprüft von Prof. Dr. Limmroth

In der heutigen Zeit, geprägt von medizinischem Fortschritt und wachsendem Gesundheitsbewusstsein, leben Menschen länger als je zuvor. Seit den 1870er Jahren hat sich unsere Lebenserwartung mehr als verdoppelt. Doch diese beeindruckende Statistik wirft eine wichtige Frage auf: Leben wir nur länger oder leben wir auch gesünder?

1. Longevity oder auch Langlebigkeit verstehen

Gesunde Jahre vs. Lebensdauer

Während die Lebensdauer die gesamte Zeitspanne unseres Lebens misst, bezieht sich die Gesundheitsspanne auf die Jahre, in denen wir uns in guter körperlicher und geistiger Verfassung befinden. Aktuelle Daten zeigen, dass gesunde Lebensjahre nur etwa 80% unserer gesamten Lebensdauer ausmachen. Dies unterstreicht die Bedeutung, nicht nur die Quantität, sondern auch die Qualität unserer Jahre zu betrachten.

Fokus auf dem Erhalt unserer Gesundheit

Die Langlebigkeitsforschung, auch als "Longevity" bekannt, hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Sie konzentriert sich darauf, die Mechanismen des Alterns zu verstehen und zu erforschen, wie sich diese Prozesse beschreiben lassen. Dabei geht es aus wissenschaftlicher Sicht darum, den Alterungsprozess und die Faktoren, die ihn beeinflussen, besser zu verstehen. Ein zentrales Feld der Langlebigkeitsforschung (engl. "Longevity") ist die präventive Medizin, die sich mit dem Erhalt von Gesundheit über die Lebensspanne beschäftigt.

Das biologische Alter als Bezugsgröße

Ein Schwerpunkt der Longevity-Forschung ist das biologische Alter als Maß für den Zustand des Körpers. Ein epigenetischer Test kann eine Schätzung des biologischen Alters liefern und so eine Momentaufnahme des aktuellen Zustands geben.

2. Biologisches Alter: was es ist und warum es wichtig ist

Das biologische Alter bezieht sich auf den Zustand des Körpers und seiner Zellen basierend auf verschiedenen physiologischen Prozessen. Im Gegensatz zum chronologischen Alter, das auf der Anzahl der Jahre seit der Geburt basiert, gibt das biologische Alter einen Hinweis darauf, wie gut oder schlecht der Körper altert.

Chronologisches vs. biologisches Alter

Ein 50-jähriger kann beispielsweise das biologische Alter eines 40-jährigen haben, wenn er gesunde Lebensgewohnheiten pflegt oder das eines 60-jährigen, wenn er ungesunde Gewohnheiten hat. Studien beschreiben, dass ein höheres biologisches Alter im Vergleich zum chronologischen Alter mit einer Reihe altersassoziierter gesundheitlicher Veränderungen einhergeht.

Was beeinflusst unser biologisches Alter?

Unser biologisches Alter wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Einige davon, wie unsere genetische Veranlagung, liegen außerhalb unserer Kontrolle. Andere Faktoren, wie Ernährung, Bewegung und Stressmanagement, lassen sich hingegen aktiv gestalten. Laut einer Studie von 2019 wird regelmäßige Bewegung mit einem niedrigeren biologischen Alter in Verbindung gebracht (Studie). Rauchen, übermäßiger Alkoholkonsum und ungünstige Ernährungsgewohnheiten werden mit einem höheren biologischen Alter assoziiert, während eine ausgewogene Ernährung, körperliche Aktivität und ein wirksames Stressmanagement mit einem niedrigeren biologischen Alter in Zusammenhang stehen.

Faktoren, welche Einfluss auf unsere biologische Uhr nehmen sind u.a.:

• Genetische Veranlagung: Unsere DNA, die genetische Blaupause unseres Körpers, hat einen erheblichen Einfluss auf unser biologisches Alter. Genetische Faktoren wirken sich unterschiedlich auf den Alterungsverlauf aus. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass trotz unserer genetischen Veranlagung der Lebensstil und die Umweltfaktoren eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie diese Gene zum Ausdruck kommen.
• Umweltbelastungen: Die Umwelt, in der wir leben und arbeiten, kann Auswirkungen auf unser biologisches Alter haben. Exposition gegenüber Schadstoffen, Chemikalien und übermäßiger Sonneneinstrahlung wird in der Forschung mit oxidativem Stress und Zellschäden in Verbindung gebracht. Diese Faktoren werden mit einem beschleunigten Alterungsprozess assoziiert.
• Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung, reich an Antioxidantien, Vitaminen und Mineralstoffen, wird in Studien mit einem langsameren Alterungsprozess in Verbindung gebracht. Umgekehrt werden eine unausgewogene Ernährung und ein übermäßiger Konsum von verarbeiteten Lebensmitteln, Zucker und gesättigten Fetten mit Entzündungsprozessen assoziiert, die mit einem höheren biologischen Alter einhergehen können.
• Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität wird in der Forschung mit zahlreichen Aspekten von Gesundheit und Wohlbefinden in Verbindung gebracht. Sie steht in Zusammenhang mit Herz-Kreislauf-Funktion, Stoffwechsel und Muskelkraft und wird auch mit einem niedrigeren biologischen Alter assoziiert. Bewegung wird mit einer erhöhten Produktion von Antioxidantien und mit Prozessen der DNA-Reparatur in Verbindung gebracht.
• Schlaf: Guter Schlaf spielt für die Regeneration und Reparatur des Körpers eine wichtige Rolle. Während des Schlafes laufen Reparatur- und Abbauprozesse ab. Chronischer Schlafmangel wird mit einer Reihe gesundheitlicher Veränderungen in Verbindung gebracht, von kognitiven Beeinträchtigungen bis hin zu Auswirkungen auf das biologische Alter.
• Stress und Entzündungen: Chronischer Stress und anhaltende Entzündungen werden in der Forschung intensiv im Zusammenhang mit dem biologischen Alter untersucht. Das Management von Stress durch Techniken wie Meditation, Achtsamkeit und tiefe Atmung wird mit einem günstigeren Verlauf in Verbindung gebracht.

Wie lässt sich das biologische Alter bestimmen?

Epigenetik ist die Wissenschaft, die erklärt, wie unsere Umgebung und unser Verhalten die Funktion unserer Gene beeinflussen können, ohne die DNA-Sequenz selbst zu ändern. Diese Veränderungen werden durch Mechanismen wie das Hinzufügen oder Entfernen von chemischen Gruppen an unsere DNA oder die Proteine, die sie umgeben, ermöglicht. Solche Modifikationen können Gene "ein-" oder "ausschalten" und so die Produktion von Proteinen in unseren Zellen steuern.

Ein Schlüsselkonzept in der Epigenetik ist das "epigenetische Alter", das ein Indikator dafür ist, wie schnell oder langsam ein Körper im Vergleich zu seinem chronologischen Alter altert. Dieses Alter wird in der Forschung mit verschiedenen Lebensstilfaktoren in Verbindung gebracht.

Es gibt verschiedene Methoden, um das biologische Alter auf Basis der Epigenetik zu bestimmen. Die Analyse auf Basis der DNA-Methylierung gilt laut aktueller Wissenschaft als eine der präzisesten Methoden und ist die Grundlage zahlreicher Studien. Eine weitere Methode ist die Analyse der Telomer-Länge. Studien beschreiben, dass eine kürzere Telomer-Länge im Allgemeinen mit einem höheren biologischen Alter assoziiert wird.

Um das biologische Alter zu bestimmen, gibt es verschiedene Möglichkeiten u.a.:

• DNA-Methylierung: Untersucht das Muster von Methylgruppen auf der DNA, welches sich mit zunehmendem Alter verändert.
• Telomer-Länge: Telomere sind wiederholende DNA-Sequenzen am Ende unserer Chromosomen, die sich bei jeder Zellteilung verkürzen. Eine kürzere Telomer-Länge kann ein Indikator für ein höheres biologisches Alter sein.

3. Alterungsprozess: Die Mechanismen natürlichen Alterns

Das Altern ist ein komplexer und multifaktorieller Prozess, der jeden Aspekt unseres Seins beeinflusst, von der zellulären Ebene bis hin zu unseren physischen und kognitiven Fähigkeiten. Während das Altern unvermeidlich ist, variieren Geschwindigkeit und Art des Alterungsprozesses von Individuum zu Individuum, beeinflusst durch eine Kombination aus genetischen, umweltbedingten und lebensstilbedingten Faktoren.

In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler intensiv daran gearbeitet, die molekularen und zellulären Mechanismen zu entschlüsseln, die dem Altern zugrunde liegen. Dies führte zur Identifizierung von 12 "Hallmarks" des Alterns, die als Schlüsselprozesse betrachtet werden, die die Alterung auf zellulärer und organischer Ebene beschreiben. Ursprünglich wurden neun dieser Hallmarks identifiziert, aber dank fortschrittlicher Forschung und neuer Erkenntnisse wurden in den letzten Jahren drei weitere hinzugefügt.

Diese Hallmarks bieten ein tieferes Verständnis für den Alterungsprozess und sind Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Forschung. Im Folgenden werden wir einen detaillierten Blick auf jede dieser Hallmarks werfen und ihre Bedeutung im Kontext des Alterungsprozesses erläutern.

DNA-Schäden (genomische Instabilität)

DNA-Schäden können sich im Laufe der Zeit ansammeln und die Zellfunktion beeinträchtigen. DNA-Schäden sind unvermeidliche Nebenprodukte des zellulären Metabolismus und externer Faktoren wie UV-Strahlung oder Chemikalien. Diese Schäden können sich im Laufe der Zeit ansammeln und die normale Zellfunktion beeinträchtigen, indem sie Mutationen verursachen oder die DNA-Reparaturmechanismen überfordern. In der Forschung wird ein anhaltender DNA-Schaden als einer der Prozesse beschrieben, die mit dem Alterungsverlauf in Zusammenhang stehen. Interessanterweise haben Studien gezeigt, dass der Grad der DNA-Schäden in Organismen mit einer längeren Lebensspanne tendenziell geringer ist, was auf eine bessere DNA-Reparaturkapazität oder geringere Schadensraten hinweist.

Verringerte Zellteilung (Telomerverschleiß)

Telomere verkürzen sich im Laufe der Zeit, was zu einer Verringerung der Zellteilungen führen kann. Telomere sind schützende Endkappen an den Enden unserer Chromosomen, die sich bei jeder Zellteilung verkürzen. Wenn Telomere eine kritische Länge erreichen, kann die Zelle nicht mehr korrekt teilen, was zu Zellseneszenz (auch zelluläre Seneszenz) oder Zelltod führt. Dieser Prozess wird eng mit dem Altern in Verbindung gebracht. Studien beschreiben, dass eine längere Telomer-Länge im Durchschnitt mit einer höheren Lebenserwartung assoziiert wird.

Epigenetische Veränderungen

Epigenetische Veränderungen können dazu führen, dass bestimmte Gene weniger zugänglich oder ablesbar sind. Epigenetik bezieht sich auf Veränderungen in der Genexpression, die nicht durch Änderungen in der DNA-Sequenz selbst verursacht werden. Mit der Zeit können chemische Modifikationen und Proteinbindungen die DNA und die sie umgebenden Histone modifizieren, was die Genexpression beeinflusst. Diese epigenetischen Veränderungen können dazu führen, dass bestimmte Gene weniger zugänglich oder ablesbar sind, was die Zellfunktion beeinträchtigt. Interessanterweise können einige dieser Veränderungen durch Umweltfaktoren und Lebensstil beeinflusst werden, was sie zu einem spannenden Forschungsfeld in der Langlebigkeitswissenschaft macht.

Abnutzung von Proteinen (Verlust der Prosteostase)

Im Alter kann es zu einem Verschleiß oder Schäden an Proteinen kommen, die dann ihre Funktion verlieren oder als Abfallprodukte abgebaut werden. Proteine sind essenzielle Moleküle, die eine Vielzahl von Funktionen in Zellen ausführen. Mit der Zeit können jedoch Fehlfaltungen oder Schäden auftreten, die ihre Funktion beeinträchtigen. Der Körper besitzt Mechanismen, um diese fehlerhaften Proteine zu erkennen und zu entsorgen, aber im Alter kann dieses System der Proteostase weniger effizient werden. Dies führt zur Anhäufung von fehlerhaften oder nicht funktionsfähigen Proteinen, die zellulären Stress verursachen und zur Zellseneszenz oder zum Zelltod beitragen können.

Gestörte Wahrnehmung von Nährstoffen

Eine verminderte Fähigkeit des Körpers, Nährstoffe im Alter aufzunehmen oder zu verarbeiten kann zu Mangelerscheinungen führen. Mit dem Alter kann die Fähigkeit der Zellen, auf Nährstoffsignale zu reagieren, beeinträchtigt werden. Dies kann zu einer gestörten Energiehomöostase, Insulinresistenz und anderen metabolischen Prozessen führen. Eine verminderte Nährstoffwahrnehmung kann auch die Fähigkeit des Körpers beeinträchtigen, auf Veränderungen in der Nährstoffzufuhr zu reagieren.

Verringerte Energie (mitochondriale Fehlfunktion)

Mitochondrien können beeinträchtigt werden, was zu einer Verringerung der Energieproduktion führen kann. Mitochondrien sind die "Energiekraftwerke" der Zelle und spielen eine entscheidende Rolle bei der Energieproduktion. Mit dem Alter können jedoch Schäden an den Mitochondrien oder ihrer DNA auftreten, was ihre Funktion beeinträchtigt. Eine verringerte mitochondriale Funktion kann zu einem Energiemangel in Zellen führen, was wiederum den Zelltod oder die Zellseneszenz fördern kann. Interessanterweise beschreiben Studien, dass Prozesse rund um die mitochondriale Gesundheit in Modellorganismen im Zusammenhang mit dem Alterungsverlauf und der Lebensspanne untersucht werden.

Schäden an Zellen (zelluläre Seneszenz)

Schäden können dazu führen, dass Zellen in einen Zustand der Seneszenz geraten und aufhören, sich zu teilen. Zelluläre Seneszenz bezeichnet einen Zustand, in dem Zellen ihre Fähigkeit verlieren, sich zu teilen und zu erneuern. Dies kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden, einschließlich DNA-Schäden, oxidativem Stress oder Entzündungen. Seneszente Zellen können sich im Gewebe ansammeln und Moleküle freisetzen, die benachbarte Zellen beeinflussen und Entzündungsprozesse fördern können. Dieser Zustand wird häufig im Zusammenhang mit dem Alterungsprozess beschrieben.

Erschöpfung der Stammzellen

Mit dem Alter können Stammzellen weniger effektiv werden und die Regenerationsfähigkeit des Körpers kann sich verringern. Stammzellen sind für die Regeneration und Reparatur von Geweben verantwortlich. Mit dem Alter nimmt jedoch ihre Anzahl und Funktion ab. Dies führt zu einer verminderten Fähigkeit des Körpers, beschädigtes Gewebe zu reparieren oder zu ersetzen. Dies kann sich in einer verlangsamten Wundheilung, einer verringerten Muskelmasse oder anderen altersbedingten Veränderungen manifestieren.

Gestörte Kommunikation (interzellulär)

Die Kommunikation zwischen Zellen und Geweben kann mit zunehmendem Alter gestört werden, was zu Fehlregulationen und Fehlfunktionen führen kann. Zellen kommunizieren ständig miteinander, um Funktionen wie Wachstum, Reparatur und Abwehr von Krankheitserregern zu koordinieren. Mit dem Alter kann diese Kommunikation jedoch beeinträchtigt werden. Dies kann durch Faktoren wie oxidativen Stress, Entzündungen oder Ansammlung von schädlichen Molekülen verursacht werden. Eine gestörte zelluläre Kommunikation wird mit Fehlregulationen in Geweben und Organen in Verbindung gebracht.

Chronische Entzündung

Konstante, anhaltende und niedriggradige Entzündungsreaktionen, die im Laufe der Zeit Prozesse im Körper beeinflussen. Entzündungen sind eine natürliche Reaktion des Körpers auf Verletzungen oder Infektionen. Wenn diese Entzündungsreaktionen jedoch über einen längeren Zeitraum anhalten, ohne durch einen akuten Reiz ausgelöst zu werden, spricht man von chronischen Entzündungen. In der wissenschaftlichen Literatur werden chronische Entzündungen im Zusammenhang mit einer Reihe altersassoziierter Erkrankungen beschrieben, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und neurodegenerative Erkrankungen. Es wird angenommen, dass chronische Entzündungen eine zentrale Rolle im Alterungsprozess spielen.

Reinigung der Zellen (Autophagie)

Natürlicher Recycling-Prozess unserer Zellen, der mit zunehmendem Alter gestört werden kann. Zellen bauen beschädigte oder dysfunktionale Organellen und Proteine ab, um die zelluläre Homöostase aufrechtzuerhalten. Autophagie ist ein essenzieller Prozess, bei dem Zellen ihre eigenen beschädigten oder nicht mehr benötigten Bestandteile abbauen und recyceln. Dieser Selbstreinigungsmechanismus hilft, die Zellgesundheit und -funktion aufrechtzuerhalten. Mit dem Alter kann die Effizienz der Autophagie jedoch abnehmen, was zu einer Ansammlung von beschädigten Zellbestandteilen führt. Dies kann die Zellfunktion beeinträchtigen und wird im Zusammenhang mit dem Alterungsprozess untersucht.

Ungleichgewicht der Darmflora (Dysbiose)

Störung im Gleichgewicht der Mikroorganismen, die in unserem Darm leben. Bei diesem Ungleichgewicht überwiegen schädliche Darmbakterien in unserem Verdauungssystem. Unser Darm beherbergt Billionen von Mikroorganismen, die als Darmflora oder Mikrobiom bezeichnet werden. Diese Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle bei der Verdauung, der Immunfunktion und sogar bei der Produktion bestimmter Vitamine. Ein Ungleichgewicht in dieser Gemeinschaft, bekannt als Dysbiose, wird mit Verdauungsbeschwerden und einem veränderten Entzündungsgeschehen in Verbindung gebracht. In der Forschung wird Dysbiose im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Erkrankungen beschrieben.