Der Alterungsprozess: Mechanismen

 

Die Verlangsamung oder Umkehrung des Alterungsprozesses war seit jeher ein vieldiskutiertes Thema der Bevölkerung. Alterung kann als systematischer Abbau der körperlichen Funktionen definiert werden und wird durch mehrere Prozesse wie genomische Instabilität, Telomerverkürzung, epigenetische Veränderungen und mitochondriale Dysfunktion geregelt, die wiederum durch viele externe Faktoren wie Umwelt, Toxine, Radikale, Lebensstil und Ernährung beeinflusst werden können. Epigenetik kann als die „Software“ beschrieben werden, die die Expression von Gensequenzen, die als „Hardware“ gesehen werden, reguliert. Dies spielt eine wichtige Rolle für den fortlaufenden Prozess des Alterns. Telomere sind Schutzstrukturen an den Enden unserer Chromosomen, die mit jeder Zellteilung kürzer werden. Sobald die Telomere eine kritisch kurze Länge erreicht haben, hört die Zelle auf, sich zu teilen, wird seneszent oder apoptotisch und stirbt ab. Entzündungen, die durch Stoffwechselerkrankungen wie Fettleibigkeit oder durch Immunantwort sowie DNA-Instabilität verursacht werden, tragen zu Mechanismen der vorzeitigen Alterung bei. Wachsende Erfahrungen in den Bereichen der Genetik, Epigenetik und Metagenomik ermöglichen, die Gesundheitsversorgung in Richtung individualisierter Vorsorgelösungen zu lenken.

Die Zeichen des Alterns – Ein kurzer Überblick

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler, die jene molekularen und zellulären Prozesse erforschen, die Veränderung in Individuen regeln, neun miteinander verbundene „Kennzeichen des Alterns“ identifiziert. Hauptsächlich durch unsere Genetik bestimmt, aber durch Umwelteinflüsse moduliert, trägt jedes dieser neun Kennzeichen zu Schäden bei, die mit dem Alter auftreten und letztlich altersbedingte Pathologien wie Alzheimer-Krankheit und Krebs auslösen können. Die folgenden Kennzeichen des Alterns werden in der veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit gründlich beschrieben:

Telomere

Die Enden unsere Chromosomen sind mit schützenden Kappen bedeckt, die auch als „Telomere“ bekannt sind. Diese werden mit jeder Zellteilung verkürzt und können deshalb als Marker für das biologische Alter verwendet werden. Sind die Telomere stark verkürzt, bieten sie der genetischen Information nicht länger ausreichend Schutz vor Angriffen, was wiederum zur Entwicklung verschiedener Erkrankungen, wie zum Beispiel Krebs, führen kann. Folglich sind Telomere wichtige Regulatoren der zellulären Gesundheit und des Alterns. Neben internen Mechanismen, die die Telomerlänge regulieren, sind auch Ernährung und Lebensstil dafür bekannt, wichtige Einflussfaktoren zu sein. Pflanzeninhaltsstoffe, im Speziellen Polyphenole von grünem Tee, aber auch eine ausreichende körperliche Bewegung haben in Studien einen positiven Effekt auf die Telomerlänge gezeigt. Auf der anderen Seite fanden Wissenschaftler heraus, dass Alkohol und Rauchen zu einer Verkürzung der selbigen führen kann.

Oxidativer Stress und DNA-Schäden

Wenn reaktive Sauerstoffspezies im Überangebot vorliegen, führen sie zu oxidativem Stress, der sowohl aus dem Organismus als auch aus externen Quellen stammen kann (wie übermäßige Belastung durch UV-Strahlung, Rauchen oder übermäßig verkohltes Fleisch). Diese reaktiven Sauerstoffspezies oder freien Radikale können die Makromoleküle in der Zelle weiter beschädigen, insbesondere die DNA, und DNA-Brüche können die Folge sein. Pro Stunde kommt es zu etwa 800 DNA-Schädigungen in unserem Körper, das ergibt in Summe rund 19 000 Vorfälle jeden Tag.

Folglich können Mutationen entstehen, die wiederum zu Krankheiten wie zum Beispiel Krebs oder zu frühzeitigem Altern führen können. Deswegen ist ein gut funktionierendes DNA-Reparatursystem essenziell. Dieses ist stark beeinflussbar, beispielsweise durch unsere Ernährung.

Eine abwechslungsreiche Ernährung, die ein hohes Level an Antioxidantien beinhaltet, zum Beispiel EGCG von grünem Tee, Knoblauch oder Omega-3-Fettsäuren, ist deswegen wichtig, um den oxidativen Stress zu reduzieren. Alternativ wird die Einnahme von Supplementen mit hohem Antioxidantien-Gehalt, wie zum Beispiel TIMEBLOCK® empfohlen.

DNA Gesundheit und Lebensstil

Epigenetik: Grundlagen

Epigenetik bezieht sich auf Veränderungen in der Expression von Genen, verändert aber nicht den genetischen Code selbst. DNA-Methylierung, Histon-Modifikation und nicht-kodierende RNA (ncRNA) werden derzeit als die drei Hauptmechanismen der epigenetischen Veränderungen diskutiert. Diese epigenetischen Markierungen (wie Methylgruppen aus Folatmetabolismus oder Acetylgruppen) befinden sich auf Ihrer DNA und schalten Gene an oder ab. Wenn ein Gen eingeschaltet ist, ist es aktiv und führt eine bestimmte Funktion aus, es erfolgt eine Expression. Ist ein Gen jedoch ausgeschaltet, ist es auch nicht aktiv.

Epigenetische Veränderungen sind regulär und natürlich vorkommend, können aber auch durch mehrere Faktoren beeinflusst werden, darunter Alter, Umwelt/Lebensstil und Krankheitszustand. Die Art und Menge der Nahrung, die wir essen, Mikronährstoff-Aufnahme, Bewegung, Tageszeit, wie viel Schlaf wir bekommen, Stress und vieles mehr, alles dies sind Faktoren, die epigenetische Veränderungen und damit auch die Genexpression beeinflussen können. Darüber hinaus können diese epigenetischen Markierungen über die Keimbahn (d. h. Ei und Spermien) an Ihre Kinder und Enkel weitergegeben werden. Forscher haben gezeigt, dass, eine unausgewogene Ernährung der männlichen Maus nicht nur Auswirkungen auf den Mäuserich selbst hat, sondern auch auf seine Nachkommen.

Die epigenetische Signatur des Alterns

Basierend auf den Methylierungsmustern der Blutzellen ist die Forschung nun in der Lage, das biologische oder Zell-Alter eines Individuums zu ermitteln. Es gibt spezifische Signale, die mit dem Alter auftreten und epigenetische Markierungen verändern. Insbesondere der Methylierungsstatus in der Nähe bestimmter Gene, die an der DNA-Reparatur beteiligt sind, nimmt mit dem Alter zu, wodurch sie ausgeschaltet werden. Wenn diese DNA-Reparaturgene nicht richtig funktionieren, führen die auftretenden DNA-Schäden zu Mutationen und in weiterer Folge zu Krebs. Diese Veränderungen können auch in der Nähe von Genen auftreten, die für die Stammzellfunktion, den Stoffwechsel, die Antioxidantien-Funktion oder auch für die Stressresistenz wichtig sind, oder aber auch in der Nähe von Genen, die an altersbedingten Krankheiten (wie Alzheimer-Krankheit und Krebs) beteiligt sind.

Ernährung und Epigenom

Entgiftung, entzündungshemmende Mittel, Radikalfänger, Antioxidantien, antihormonale Effekte, Zellwachstumshemmung, programmierter Zelltod – all dies sind Begriffe, die mit der Prävention von vorzeitiger Alterung und altersbedingten Erkrankungen durch Ernährungsfaktoren verbunden sind. Epigenetische Mechanismen spielen eine zentrale Rolle, um dem Organismus die Möglichkeit zu geben, sich an Veränderungen in der Umwelt anzupassen. Störungen in diesen Prozessen tragen zum Altern und zur Entstehung von (chronischen) Störungen bei – auch zur Karzinogenese.

Gibt es etwas, das wir tun können, um diese Veränderungen, die mit dem Alter auftreten, zu verzögern oder umzukehren?

Pflanzeninhaltsstoffe

Die Nährstoffe, die wir aus der Nahrung gewinnen, durchlaufen Stoffwechselwege, in denen sie modifiziert und zu Molekülen geformt werden, die unser Körper verwerten kann. Eine Reihe von bioaktiven Inhaltsstoffen mit antioxidativen Wirkungen hat das Potenzial, Krankheiten vorzubeugen und die allgemeine Gesundheit zu fördern.

Früchte und Gemüse sind nicht nur reich an Antioxidantien, sie enthalten unzählige Phytonährstoffe, die unsere Entgiftungsenzyme verstärken, die Genexpression modulieren und sogar DNA reparieren können. Wichtige Vertreter sind: Grüntee-Polyphenole (vor allem EGCG), der Soja-Metabolit (Equol) sowie Sulforaphan aus Brokkoli und Resveratrol (bekannt als Bestandteil des Rotweins). Epigenetische Modifikationen, die durch diese Verbindungen induziert werden, können mehrere vorteilhafte Wirkungen haben: Sie können Gene ausschalten, die dafür bekannt sind, Krebs zu verursachen, aber auch Gene einschalten, die dabei helfen, unsere DNA zu reparieren und Krebs zu bekämpfen.

Das einzigartige TIMEBLOCK®-Supplement, auf pflanzlicher Basis ist reich an wertvollen Wirkstoffen wie EGCG und Folat. Somit wirkt sich eine kontinuierliche Aufnahme des selbigen vorteilhaft auf die Gesundheit aus.

Intermittierendes Fasten und kalorische Restriktion

Aufgrund mehrerer wissenschaftlicher Studien wird vermutet, dass neben den bioaktiven Bestandteilen der Ernährung auch Fasten oder eine Kalorienbeschränkung Auswirkungen auf die Prävention von Krebs haben könnten. Bei der Behandlung von einigen Krebsarten in Mäusestudien zeigte periodisches Fasten beinahe die gleichen Effekte wie eine toxische Chemotherapie. Es wurde festgestellt, dass die Begrenzung von Nahrung die Lebensdauer von Hefe, Würmern, Fliegen, Hunden und Affen verlängerte, was wiederum darauf hindeutet, dass es sich um einen evolutionär konservierten Mechanismus handelt. Es gibt zwei Paradigmen: Eines umfasst den Verzehr von ~ 30 % weniger Nahrung, als man normalerweise essen würde (was man „kalorische Beschränkung“ nennt), und das andere beinhaltet alternatives Tagesfasten (das heißt intermittierendes Fasten).

Viele Studien haben konsequent festgestellt, dass eine reduzierte Nahrungsaufnahme die Expression von Genen, die mit Stress verbunden sind, einschließlich der Reparatur von beschädigter DNA, Proteinen und Zellen erhöht. Alle Gene, deren Aktivität mit dem Alter abnimmt und die epigenetisch reguliert werden, werden mit Kalorienrestriktion und periodischem Fasten in ihrer Aktivität erhöht.

Entzündungen, die durch Stoffwechselerkrankungen wie Fettleibigkeit oder durch Immunantwort sowie DNA-Instabilität verursacht werden, tragen zur frühzeitigen Alterung bei.

Ein Überblick über die epigenetischen Einflüsse auf den Menschen

Haut-Gesundheit

Forscher haben herausgefunden, dass die Hautalterung zu 60 % genetisch bedingt ist und zu 40 % durch den Lebensstil beeinflusst wird. Alles, was man isst, spiegelt sich nicht nur im Inneren wider, sondern auch im äußeren Erscheinungsbild; so kann also gesünderes Essen das Aussehen positiv beeinflussen. Auch eine große Anzahl an chronischen Hautproblemen kann direkt mit der Ernährung in Zusammenhang gebracht werden. Wasser trinken ist zum Beispiel eines der besten Dinge, die Sie für Ihre Haut tun können, da es der Haut Feuchtigkeit spendet. Auch die ausreichende Versorgung mit Vitamin A aus Milchprodukten spielt eine wichtige positive Rolle. Weitere wichtige Einflussfaktoren auf die Hautalterung sind epigenetische Veränderungen, die etwa die Telomerlänge sowie die Alterung durch Kollagenabbau oder oxidativen Stress beeinflussen.

Haut und Mikrobiota

Die menschliche Haut ist mit einer durchschnittlichen Oberfläche von 1,8 m2 ein diverser Lebensraum und beherbergt eine Milliarde Mikroben pro Quadratzentimeter. Sie ist ein komplexes Ökosystem mit dauerhaften, vorübergehenden, symbiotischen, neutralen oder pathogenen Mitgliedern wie Bakterien, Pilzen, Viren, Milben und Archaea. Dieses Haut-Ökosystem, genannt Mikrobiota (MB), variiert sehr stark von Person zu Person, aber auch innerhalb einer einzigen Person, abhängig von dem genauen Ort auf dem Körper. Es wird durch Feuchtigkeit, Temperatur, Geschlecht, Alter und Genetik sowie durch Umweltfaktoren beeinflusst. Bei immunkompromittierten Menschen ist dieses Ökosystem geschwächt bzw. im Ungleichgewicht und erlaubt daher Pathogenen, sich auszubreiten. Aus diesem Grund ist eine Veränderung dieser Mikrobiota mit einigen Erkrankungen assoziiert.

Die äußerste Hautschicht ist natürlicherweise sauer (pH-Wert 4,0–4,5), bedingt durch von Bakterien produzierte Säuren. Dies erlaubt positiven/neutralen Bakterien wie Staphylococci, Micrococci, Corynebacterium und Propionibacterium zu wachsen, stellt jedoch eine Barriere für schädliche Bakterien wie Escherichia, Pseudomonas oder Staphylococcus aureus dar. Darüber hinaus führt ein basisches Hautmilieu zum Aufquellen und zu erhöhter Durchlässigkeit der Haut.

Skin microbiota

Skin microbiota

Haut-Mikrobiota und Alterung

Es hat sich gezeigt, dass die Haut-Mikrobiota eine Schutzfunktion gegenüber schädlichen Bakterien ausübt. Es können Toxine und freie Radikale entfernt werden, die sonst zu Hautschäden und vorzeitiger Hautalterung führen können. Außerdem wurde in Studien gezeigt, dass Probiotika die Barrierefunktion der Haut verbessern und dadurch ihre Fähigkeit zur Feuchtigkeitsspeicherung stärken. Hautcremen, die Streptococcus thermophiles enthalten, erhöhten die Hautfeuchtigkeit bei älteren Frauen, was in der Folge zu einer reduzierten Sichtbarkeit von Hautfalten führte. Darüber hinaus kann eine probiotische Hautcreme auch die schädlichen Auswirkungen von UV-Strahlen reduzieren und dadurch vorzeitige Hautalterung verhindern.

Haut-Mikrobiota und Entwicklung von Körpergeruch

Schweiß ist grundsätzlich geruchlos und bekommt seinen Geruch erst dadurch, dass er von Bakterien verstoffwechselt wird und dabei Nebenprodukte entstehen. Die „falschen“ Bakterien können Schweiß in flüchtige und übel riechende Gerüche umwandeln: Propionibacterium kann Aminosäuren in Propansäure verwandeln; Staphylococcus kann aus Schweiß Isovaleriansäure herstellen (3-Methylbutansäure); Bacillus subtilis erzeugt starken Fußgeruch. Im Gegensatz dazu kann Staphylococcus epidermidis spp. in der Achselgegend für einen besseren Geruch sorgen. Eine Transplantation von Haut-Mikrobiota von einer Person zu einer anderen bewirkte eine Verbesserung des Geruchs über kurze Zeiten (ein Monat: 90 %) und längere Zeiten (drei Monate oder länger: 50 %).

Darm-Gesundheit

Die Darm-Mikrobiota ist bekannt als die Summe aller Mikroorganismen im Verdauungstrakt, einschließlich Bakterien, Pilzen und Archaea. Heute geht man davon aus, dass die Mikrobiota bis zu 100 Milliarden Mikroorganismen enthält, die einem Volumen von 1 bis 1,5 kg entsprechen. Es gibt mehr als 3 Millionen mikrobielle Gene in unserer Darm-Mikrobiota – das entspricht 150 Mal so vielen Genen wie im menschlichen Genom.

Für die Gesundheit des gesamten Körpers ist es sehr wichtig, dass die verschiedenen Arten von Bakterien in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen. Während unter normalen Bedingungen die Mikrobiota mehr oder weniger gleichbleibend ist, können Interaktionen von Darmbakterien durch Antibiotika, Infektionskrankheiten, schwere psychische Belastung oder schlechte Ernährung gestört werden. Sie produzieren kurzkettige Fettsäuren, die einerseits als Nahrung für die Darmschleimhaut dienen, aber auch entzündungshemmend wirken und Studien zufolge zum Schutz gegen Darmkrebs dienen sollen. Kurzkettige Fettsäuren sind auch sehr stark in die Regulation von Hunger und Sättigung im Gehirn eingebunden. Wissenschaftliche Hinweise auf die Auswirkungen von Metaboliten auf die Psyche und den mentalen Zustand sind ebenfalls unbestritten. 99 % der Darmflora setzen sich aus vier Bakterienstämmen zusammen: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria und Proteobacteria. Ein Drittel unserer Darm-Mikrobiota unterscheidet sich nicht innerhalb der meisten Menschen, während zwei Drittel für jeden von uns spezifisch sind. Mit anderen Worten: Die Mikrobiota im Darm ist wie ein individueller Personalausweis.

Ernährung und Darm-Mikrobiota

Die Nahrung, die wir zu uns nehmen, spielt eine wesentliche Rolle bei der Erhaltung der Vielfalt und der ordnungsgemäßen Funktion unserer Darm-Mikrobiota. „Wir sind, was wir essen“ – denn was wir aufnehmen, nährt auch die Bakterien, die in unserem Verdauungssystem leben. Deshalb ist eine abwechslungsreiche und ausgewogene Ernährung essenziell. Präbiotika, manchmal auch „fermentierbare Ballaststoffe“ genannt, sind in Gemüse und Früchten natürlich vorhanden, zum Beispiel in Knoblauch, Zwiebeln, Lauch, Spargel, Artischocken, Tomaten, Bananen, Pflaumen und Äpfeln, in Getreide und Cerealien wie Kleie sowie in Nüssen. Aus diesem Grund sollten Gemüse, Früchte und Getreide Teil einer ausgewogenen und gesunden Ernährung sein. Es gibt eine starke Hypothese, die eine Verbindung zwischen den Mechanismen der Darm-Mikrobiota, des Lipidstoffwechsels und der Gefäßerkrankungen herstellt.

Einfluss der Darmmikrobiota auf den gesamten Stoffwechsel des Wirts.

Bildquelle: Singh RK, Chang HW, Yan D, et al. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J Transl Med. 2017; 15(1):73. doi: 10.1186/s12967-017-1175-y.

Bildquelle: Singh RK, Chang HW, Yan D, et al., Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J Transl Med. 2017; 15(1):73. doi: 10.1186/s12967-017-1175-y.

Die Entdeckung der Darm-Mikrobiota und ihre Rolle bei der Bekämpfung von Stoffwechselerkrankungen eröffnet zahlreiche therapeutische Strategien wie Präbiotika, Probiotika und Immunmodulation. Dies ermöglicht auch die Verwendung von Biomarker-Strategien, um prädiktive Profile festzulegen, die Patienten und die entsprechenden metabolischen und kardiovaskulären Erkrankungen klassifizieren.

Bildquelle: https://www.researchgate.net/figure/51688399_fig2_The-inflammatory-burn-gut-microbiota-dysbiosis-and-the-origin-of-metabolic-impairments

Bildquelle: https://www.researchgate.net/figure/51688399_fig2_The-inflammatory-burn-gut-microbiota-dysbiosis-and-the-origin-of-metabolic-impairments

Ein fundiertes und wachsendes Wissen über die Eigenschaften und Zusammensetzung der Mikrobiota könnte zur Verbesserung der individuellen medizinischen Versorgung beitragen oder eine Bestimmung der idealen persönlichen Ernährung ermöglichen. Das Potenzial liegt darin, im Voraus bestimmen zu können, wer von welcher Ernährung oder medizinischen Behandlung profitieren oder wer darauf nicht ansprechen würde.

Unser analytisches Konzept:

Eine stetig größer werdende Erfahrung in den Bereichen der Genetik, Epigenetik, Mikrobiota und molekularen Mechanismen ermöglicht die Erstellung analytischer Konzepte für eine individualisierte Gesundheitsversorgung. Die Beliebtheit der genombasierten Testmethoden für bestimmte Krankheiten ist in den letzten Jahren rapide gewachsen, jedoch werden sie aufgrund der mangelnden Berücksichtigung von epigenetischen oder umweltbedingten Faktoren von Experten kontrovers diskutiert. Unsere Analyse zielt darauf ab, ein präventives Konzept in Zusammenarbeit mit dem Kunden und einem medizinischen Fachmann zu etablieren. Mit unseren analytischen Konzepten versuchen wir, kausale Mechanismen der Gesundheitsprobleme zu identifizieren. Dieser Ansatz wird die Intervention und die Überwachung verstärken. Wir integrieren Lebensstil, Ernährung und molekulare Analysen, um Ihnen einen individualisierten optimalen Interventionsplan zur Verzögerung vorzeitiger Alterung anzubieten und ein gesundes Altern zu fördern. Die Analyse in diesem Bereich muss vom zuständigen medizinischen Fachmann begleitet werden.