Ein winziger Wurm erschnüffelt die beste Proteinquelle – und das könnte uns etwas über das Altern verraten
Ein kaum einen Millimeter langer Wurm kann Bakterien aufspüren, die reich an einer bestimmten Aminosäure sind, die er selbst nicht herstellen kann. Der dafür verantwortliche Rezeptor wurde nun identifiziert – mit Implikationen, die weit über die Wurmbiologie hinausreichen.
Caenorhabditis elegans ist ein transparenter, im Boden lebender Fadenwurm, der sich von Bakterien ernährt und etwa drei Wochen alt wird. Zugleich zählt er zu den ergiebigsten Modellorganismen der Biologie überhaupt. Mit gerade einmal 302 Neuronen und einem leicht manipulierbaren Genom hat er grundlegende Erkenntnisse in der Genetik, den Neurowissenschaften und der Alternsforschung hervorgebracht. Vieles von dem, was wir über Kalorienrestriktion, Insulinsignalwege und die Genetik der Lebensspanne wissen, geht zumindest teilweise auf Experimente mit diesem winzigen Tier zurück.
Eine neue Studie, die in eLife erschienen ist, fügt diesem Kapitel ein weiteres hinzu. Die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass C. elegans aktiv Bakterien aufsucht, die mit Leucin angereichert sind – einer essenziellen Aminosäure, die Tiere nicht selbst synthetisieren können und daher über die Nahrung aufnehmen müssen. Als Werkzeug zur Ortung dieser nährstoffreichen Nahrungsquelle dient dem Wurm ein spezifischer Geruchsrezeptor namens SNIF-1. Wenn Bakterien Leucin enthalten, geben sie bestimmte flüchtige Verbindungen ab. SNIF-1 erkennt diese Verbindungen, und der Wurm folgt dem Duft in Richtung einer ernährungsphysiologisch vollwertigeren Mahlzeit.
Warum ausgerechnet Leucin?
Leucin ist kein beliebiges Ziel. Als verzweigtkettige Aminosäure ist es ein potenter Aktivator von mTOR, einem Protein, das als Nährstoffsensor fungiert und Informationen über die Nahrungsverfügbarkeit integriert, um Zellwachstum, Stoffwechsel und Proteinsynthese zu regulieren. Der mTOR-Signalweg ist eng mit dem Altern verknüpft: Seine Hemmung verlängert in mehreren Modellorganismen die Lebensspanne, während eine übermäßige Aktivierung zwar Wachstum fördert, aber alterungsbedingte Prozesse beschleunigt. Dass C. elegans einen eigens dafür vorgesehenen Geruchsrezeptor zur Erkennung Leucin-produzierender Bakterien entwickelt hat, deutet darauf hin, dass diese Aminosäure ein uraltes biologisches Prioritätssignal trägt.
Die Forschenden nutzten für ihre Experimente die natürliche Mikrobiota des Wurms – also die Bakterien, denen er in seinem tatsächlichen Lebensraum begegnet – und keine Laborstämme. Das stärkt die ökologische Aussagekraft der Befunde erheblich. Das Nahrungssuchverhalten ist kein Artefakt kontrollierter Laborbedingungen, sondern etwas, das der Wurm in der freien Natur zeigt, geleitet von einem Geruch, der Nährstoffinformationen verschlüsselt.
Was Würmer über Nase und Ernährung verraten
Die tiefergehende Frage, die die Studie aufwirft, ist, ob ähnliche Systeme auch in komplexeren Tieren existieren. Es gibt Hinweise aus der Säugetierforschung, dass die Geruchsempfindlichkeit gegenüber bestimmten Nahrungsdüften vom Ernährungszustand abhängt – dass protein-deprivierte Tiere stärker auf proteinassoziierte Gerüche reagieren. Ein spezifischer Rezeptor jedoch, der die Leucinerkennung mit dem Nahrungssuchverhalten verknüpft, wurde bei Wirbeltieren bislang nicht identifiziert. Ob SNIF-1 ein funktionales Analogon in der menschlichen Nase besitzt und ob es Nahrungspräferenzen in einer für Ernährung, Stoffwechsel oder sogar Alterungsverläufe relevanten Weise beeinflussen könnte, ist vollkommen offen. Eine Frage, die es sich lohnt zu stellen.