Warum ist die Hydra biologisch unsterblich?

Hydra ist nur einer von vielen Organismen, die unsterblich sind. Das heißt, alle ihre Zellen teilen sich für immer – es gibt keine Seneszenz (geplanten Zelltod) in irgendeiner ihrer Zellen. Interessanterweise altern und sterben Hydrae, die sich sexuell fortpflanzen, aber die asexuelle Fortpflanzung scheint unsterblich zu sein. Tiere, die unsterblich sind, vermehren sich häufiger ungeschlechtlich ... dies kann nur daran liegen, dass die Unsterblichkeit in der Evolution früh unbeliebt wurde und möglicherweise keine Seneszenz wie andere Tiere entwickelt hat oder sie verloren hat, als sie nicht so wichtig für das Leben war.

Obwohl die unsterbliche Hydra auch die (TTAGGG)n-Telomerwiederholung zu teilen scheint, gibt es noch keine Daten darüber, wie oder ob sie eine Chromosomenendverarmung vermeiden. Diese Daten deuten auf die Möglichkeit hin, dass die Seneszenz oder der Tod asexueller Individuen und Kolonien teilweise darauf zurückzuführen ist, dass Chromosomenenden nicht erhalten bleiben, die durch das Durchlaufen eines sexuell reproduktiven Zyklus wiederhergestellt werden.

Es ist also nicht klar, ob die Telomere in Hydraen und anderen unsterblichen Tieren geschützt sind. Ich würde vermuten, dass sie wahrscheinlich keine aktive Telomerase haben, wenn sie wirklich unsterblich sind, obwohl es möglich ist, dass die Telomere verkürzt und repariert werden.

Es gibt noch andere Faktoren, die für die Unsterblichkeit wichtig sein sollen. Hefe und einzelne Eukaryoten sind nicht einzeln unsterblich; eine einzelne Mutterzelle kann sich nur begrenzt oft teilen. Hydrae sind zwar kein beliebter Forschungsschwerpunkt, aber es wurden gemeinsame Anstrengungen unternommen, um die Hefesterblichkeit zu verstehen, und es wird auf mehr als einen Mechanismus hingewiesen.

Da es in einzelligen Organismen keine Keimbahn gibt (sie haben nur eine Kopie ihres Genoms, aus der sie sich reproduzieren können), wäre die Verkürzung der Telomere kein nützlicher Mechanismus für das Altern; Es hat sich gezeigt, dass die Kalorienrestriktion die Spaltung verlängert und die Hefeknospung verlängert, indem Wege aktiviert werden, die das Altern verlangsamen, indem sie vor Stress schützen und die Reproduktion verlangsamen. All diese Erkenntnisse weisen starke Parallelen zu Arbeiten zum Altern bei Tieren auf, was derzeit ein heißes Thema ist.

Das Auffinden dieser Wege ermutigt zu dem starken Gedanken, dass Altern und Seneszenz eher eine evolutionäre Anpassung als eine biologische Notwendigkeit sind.

Unser aktuelles Wissen legt nahe, dass sich in Mikroorganismen ein apoptotisches Programm als eine für die Gruppe vorteilhafte Überlebensstrategie entwickelt hat. Dieses Programm ist von zellulären Signalwegen wie dem Sch9-, Tor1- und Ras/PKA-Signalweg abhängig, und seine Aktivierung verringert den Zellschutz und -erhalt und erhöht das Niveau der Superoxidproduktion, was wiederum zu Zellschäden und Zelltod beiträgt. Superoxid erhöht auch die DNA-Schädigung und die Mutationshäufigkeit in den alternden Kulturen ... Alterung und Apoptose sind in Hefe eng miteinander verbunden, und die Mechanismen, die sie verursachen, haben gerade erst begonnen, aufgeklärt zu werden. ... wird wichtige Informationen zum Verständnis der grundlegenden Biologie des Alterns bei anderen Arten liefern und die umstrittene Hypothese untersuchen, dass ein „Alterungsprogramm“ in höheren Eukaryoten konserviert sein könnte.

Es ist eine offene Frage, ob eine unsterbliche Hefe manipuliert werden könnte , um unsterblich zu sein. Ein Team am Max-Planck-Institut hat viel Fußarbeit geleistet und eine Sorte gefunden, von der sie behaupten, dass sie auch keine individuelle Sterblichkeit zu erfahren scheint .

Dies weist also darauf hin, dass Unsterblichkeit für keine Zelle oder vielleicht sogar für Tiere eine Notwendigkeit ist. Gelegentlich können sogar tierische und menschliche Zellen dazu gebracht werden, in einen unsterblichen Zustand zurückzukehren , obwohl dies normalerweise das Ergebnis krebsartiger Umlagerungen des Genoms ist .

Dies ist ein reichhaltiges Feld und es gibt auch viele auf Telomerase fokussierte Ideen . Vielleicht kann jemand etwas in der Richtung posten.

Tatsächlich exprimieren die meisten adulten Zellen Telomerase nicht oder nur in sehr geringen Mengen. Telmoerase wird nur in Zellen stark exprimiert, die sich teilen müssen (z. B. Stammzellen), wodurch sie „unsterblich gemacht“ werden. Tatsächlich können menschliche Zelllinien, mit denen Wissenschaftler arbeiten, durch die Aktivierung von Telomerase (neben anderen Dingen) "unsterblich gemacht" werden.

Sie können sich also fragen: Warum ist die Telomerase nicht ständig in allen Zellen aktiviert? Nun, es kann eine ziemlich schlechte Sache sein, einer Zelle zu erlauben, sich leicht zu reproduzieren ... genau das tut Krebs. Tatsächlich muss ein Krebs unter anderem die Telomerasen aktivieren, um wachsen zu können. Das ist auch der Grund, warum Krebszelllinien „unsterblich“ sind. Dies deutet auch auf eine potenzielle Krebstherapie hin, die auf Telomerase abzielt und derzeit experimentell verfolgt wird.

Die Telomerase-Aktivität ist nur ein (wahrscheinlich kleiner) Aspekt des Alterns. Es braucht viel mehr als nur die grundlegende Endreparatur der DNA, um einen komplexen Organismus am Leben zu erhalten, insbesondere Säugetiere. Nur ein paar Probleme aus dem Kopf:

• Reparatur von oxidativem Stress an DNA und Proteinen
• Reparieren von UV-Schäden an der DNA
• Hält die Zellen frei von Ablagerungen wie Proteinaggregaten (denken Sie an Amyloidablagerungen wie bei Alzheimer)
• Ersetzen abgestorbener Zellen, ohne das Gewebe, in dem sie sich befinden, zu beeinträchtigen

Für ein solide wissenschaftliches, kurzes, aber sehr gut lesbares Buch zu diesem Thema hat mir persönlich „Understanding Ageing“ von Robin Holliday gefallen. Da es 1995 veröffentlicht wurde, ist es immer noch relevant. Er hatte ein späteres Buch, das nicht ganz so gut war (Aging: The Paradox of Life: Why We Age, veröffentlicht 2010). Zum großen Teil liegt es daran, dass es gegenüber dem ersten ziemlich überflüssig war; Wir kennen diese Probleme seit langem und haben relativ wenig Fortschritte bei ihnen gemacht.

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Ein Teil davon, wie Hydra mit scheinbarer Unsterblichkeit davonkommen kann, ist ihre ständige Vermehrung von Stammzellen und ihre Fähigkeit, ganze Körperteile zu regenerieren. Dies umgeht viele der oben genannten Probleme (theoretisch, aber ich bin kein Experte für Hydras). Viele Kopien der DNA sind separat untergebracht, wenn also eine Kopie irreversibel beschädigt wird, kann sie einfach weggeworfen werden. Die meisten (wenn nicht alle) menschlichen Organe haben ähnliche Reserven an aktiven Stammzellen. Es gibt keine einzige universelle Quelle (außer Spermien und Eizellen), aber das ist weniger wichtig, solange die gesamte Stammzellversorgung nicht durch grobe Organschäden beeinträchtigt wird.

Der zweite Teil ist jedoch viel, viel schwieriger für Menschen. Während einige Gewebe (z. B. Muskeln) tote Zellen leicht ersetzen können, ist es in anderen, wie dem Gehirn, viel schwieriger. Sie müssen nicht nur eine tote Zelle ersetzen, sondern alle ihre Verbindungen zu jeder anderen Zelle. Und wirklich, das Gehirn ist das, worauf das alles hinausläuft, und eine Identitätskrise beim Menschen. Es ist mir egal, ob Sie mal meine Leber und meinen linken Arm ersetzen, aber wie ersetzen Sie das Gehirn? Ich würde vermuten, dass wir viel mehr Zeit damit verbringen, einzelne Zellen am Leben zu erhalten, weil wir sie nicht ersetzen können.

Wenn Sie einen Seestern halbieren, erhalten Sie zwei Seesterne und hätten Schwierigkeiten zu sagen, welches das Original war. Ist es derselbe Seestern, wenn Sie die Arme dreimal und den Körper zweimal ausgetauscht haben?

Wenn Sie einen Menschen in der Mitte halbieren und wir alles auf magische Weise regenerieren könnten, würden Sie zwei sehr unterschiedliche Menschen voneinander und vom Original erhalten. Das Problem ist, dass es keine Möglichkeit gibt, die Verbindungen zu rekonstruieren; Sie würden nur ein leeres Gehirn zum Auffüllen bekommen.