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Donnerstag, 29.09.2016
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Nanopartikel machen Fadenwürmer alt

Die Teilchen erzeugen Verklumpungen in den Zellen und lösen eine vorzeitige Alterung aus

Schneller altern durch Nanopartikel? Zumindest bei Fadenwürmern scheinen die winzigen Teilchen diese Nebenwirkung zu besitzen. Sie führen zu Proteinverklumpungen in den Zellen und beschleunigen deren Alterungsprozess, wie ein Experiment deutscher Forscherinnen zeigt. Als Folge fraßen die Würmer langsamer und pflanzten sich weniger gut fort. Ob Nanopartikel auch bei höheren Tieren diese Wirkungen haben können, muss noch untersucht werden.
Ausgewachsenes Examplar des Fadenwurms Caenorhabditis elegans

Ausgewachsenes Examplar des Fadenwurms Caenorhabditis elegans

Die Möglichkeiten und Risiken von Nanopartikeln sind momentan ein vielfach diskutiertes Thema. Einerseits ermöglichen sie zahlreiche neue Technologien und Verbesserungen im Alltag, von antimikrobieller Verpackung bis Zahnpasta. Andererseits ist aber noch nahezu unbekannt, welche gesundheitlichen und ökologischen Effekte die winzigen Wunderteilchen haben können. Aus diesem Grund mehren sich nun Studien dazu, wie sich Nanopartikel in der Nahrungskette verteilen und was sie im Körper bewirken.

Fluoreszierende Partikel im Fadenwurm


Für eine solche Studie nutzten Forscherinnen des Leibniz Instituts für umweltmedizinische Forschung (IUF) an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf den Fadenwurm Caenorhabditis elegans als Modellorganismus. C. elegans dient Wissenschaftlern bereits seit den sechziger Jahren insbesondere in der Altersforschung als Tiermodell. Er war außerdem der erste vielzellige Organismus, dessen vollständiges Genom sequenziert wurde. Die etwa einen Millimeter langen, durchsichtigen Würmer lassen sich sehr gut im Labor kultivieren und über ihre gesamte Lebensspanne von zwei bis drei Wochen beobachten.

Anna von Mikecz und ihre Kolleginnen mischten den Würmen Fluoreszenz-markierte Nanopartikel unter das Futter. Mit einem Lasermikroskop verfolgten sie dann den Weg der Nanopartikel im lebenden Fadenwurm. Dabei zeigte sich deutlich: Nanomaterialien aus Siliziumdioxid gelangten bis in einzelne Zellen der Darmwand. Die Partikel verteilten sich im Plasma und im Kern der Zellen, und lösten Verklumpungen von sogenannten Amyloid-Proteinen aus. Ähnliche Proteinablagerungen sind beim Menschen im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit bekannt. Sie stören den Stoffwechsel der Zelle und können dadurch Alterserscheinungen, im Extrem auch den Tod der Zelle hervorrufen.


Alternde Würmer fressen langsamer


Solche Proteinklumpen sind auch typisch für die Zellen alter Fadenwürmer. Aus diesem Grund untersuchten die Forscherinnen, ob die Siliziumdioxid-Nanopartikel im Futter auch andere Anzeichen für frühzeitige Alterung bei den Fadenwürmen hervorriefen. Dazu beobachteten sie die Nahrungsaufnahme, die sich bei alternden C. elegans im Laufe der Lebenszeit stetig verlangsamt.

Silikat-Nanopartikel in REM-Aufnahme

Silikat-Nanopartikel in REM-Aufnahme

Und ihre Vermutung bestätigte sich tatsächlich: Die Wissenschaftlerinnen stellten fest, dass sich Nanopartikel aus Siliziumdioxid nicht nur in dem Organ für die Nahrungsaufnahme anreichern, sondern dass dieses Organ dann genau wie bei alten Würmern die Nahrung langsamer in den Darm pumpt. Damit lösen die Nanopartikel vorzeitig ein Verhalten aus, das normalerweise alte Fadenwürmer kennzeichnet. Genauso zeigte sich auch eine vorgezogene Alterung sowohl in den Fortpflanzungsorganen als auch beim Fortpflanzungsverhalten der Würmer.

Mechanismus muss nun genauer untersucht werden


Abfälle des Zellstoffwechsels wie die beobachteten Proteinablagerungen gehören zu den Hauptverdächtigen unter den Ursachen des Alterns. Deshalb wollen die Umweltmedizinerinnen als nächstes untersuchen, ob die Proteinverklumpungen in den Zellen tatsächlich mitverantwortlich für das vorzeitige Altern der Organfunktionen sind. Sie vermuten, dass vor allem neuromuskuläre Vorgänge betroffen sein könnten.

Auch bei diesen Untersuchungen soll C. elegans helfen: Der Fadenwurm besitzt ein einfaches Nervensystem aus relativ wenigen Zellen, das aber in seinen Grundzügen dem des Menschen stark ähnelt. Daher ist es aussichtsreich, mit diesem Modellorganismus weiter aufzuklären, welche Auswirkungen Nanopartikel auf molekularer Ebene haben können. (ACS Nano, 2014; doi: 10.1021/nn403443r)
(Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung – IUF, 22.01.2014 - AKR)
 
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