Wie Gibt Uns Die Fermentation Bier, Wein, Käse Und Krebs?
Wie Gibt Uns Die Fermentation Bier, Wein, Käse Und Krebs?

Video: Wie Gibt Uns Die Fermentation Bier, Wein, Käse Und Krebs?

Video: Fragen Sie Dr. Busch, 20. Folge: Wieviel Alkohol darf ich trinken, um noch kein Alkoholiker zu sein? 2022, Dezember
Anonim

Selbst in Gegenwart von Sauerstoff bevorzugen Krebszellen und einige Bakterien die Fermentation, so eine neue Studie.

Wie gibt uns die Fermentation Bier, Wein, Käse und Krebs?
Wie gibt uns die Fermentation Bier, Wein, Käse und Krebs?

Der deutsche Arzt, Physiologe und Biochemiker Otto Heinrich Warburg erhielt 1931 den Nobelpreis für seine Entdeckung, dass Krebszellen im Gegensatz zu den meisten gesunden menschlichen Zellen, die über die Atmung Energie mit Sauerstoff produzieren, den anaeroben Fermentationsprozess oder die Umwandlung von Zucker in Säuren begünstigen, Gase oder Alkohol, auch in Gegenwart von Sauerstoff. Dies hat die Wissenschaftler seitdem verwirrt, da die Fermentation ein weitaus weniger effizientes Mittel zur Energieerzeugung ist als der aerobe Stoffwechsel, weshalb sie als „verschwenderischer Stoffwechsel“abwertend bezeichnet wird.

Ein Team von Wissenschaftlern der University of California in San Diego hat jedoch festgestellt, dass der Stoffwechsel auf Sauerstoffbasis zwar ein effizienteres Mittel zur Energieerzeugung darstellt, die Kosten für die Herstellung der molekularen Maschinerie, die die Atmung antreibt, jedoch doppelt so hoch sind wie für die Fermentation des Zuckers Glucose. Ihre Arbeit könnte Auswirkungen auf die Identifizierung potenzieller Ziele bei der Behandlung von Krebs haben.

Das Team maß die sogenannte Proteomzuordnung - oder den Anteil aller zellulären Proteine, die verschiedenen Aufgaben gewidmet sind -, um die Stoffwechselkosten für die Energieerzeugung und das Zellwachstum in Escherichia coli-Bakterien zu bestimmen. Die Enzyme, die die Atmung erleichtern - die rohe Maschinerie, die normalerweise das menschliche Zellleben unterstützt - sind groß und schwerfällig und müssen produktiv produziert werden, um uns und unsere stetig wachsenden Zellen am Laufen zu halten. Anders ausgedrückt, ein höherer Prozentsatz des Proteoms einer schnell wachsenden Zelle ist für das Wachstum bestimmt, während ein kleinerer Anteil für andere zelluläre Prozesse, einschließlich der Energieerzeugung, verfügbar ist.

Terry Hwa, Professor für Physik und Biologie an der Universität von Kalifornien in San Diego, der die Studie leitete, vergleicht seine kürzlich in Nature veröffentlichten Ergebnisse mit Kohle im Vergleich zu Kernenergie. "Kohlefabriken produzieren Energie weniger effizient als Kernkraftwerke auf Kohlenstoffbasis, aber sie sind viel billiger zu bauen", sagte er in einer Erklärung. Die Entscheidung, auf welchem ​​Weg Energie erzeugt werden soll, hängt also von der Verfügbarkeit von Kohle und Kohle ab das verfügbare Budget für den Bau von Kraftwerken. “Für schnell wachsende Zellen ist die Fermentation der billigere Weg. In diesem Sinne handelt es sich um Kohleenergie für Zellen (Scientific American ist Teil der Nature Publishing Group).

Die Idee, dass der Zellstoffwechsel und das Zellwachstum auf dem Kosten-Nutzen-Verhältnis der Produktion der zur Energieerzeugung und zum Wachstum erforderlichen Proteine ​​beruhen könnten, wurde erstmals 2009 von einem Team niederländischer theoretischer Biologen vorgeschlagen. Die Ergebnisse von Hwa bestätigen diese Ergebnisse. Und obwohl das vorherrschende Dogma Krebs als genetische Störung betrachtet - oder als einen Komplex von Störungen, die durch unzählige mögliche Mutationen verursacht werden -, kommen einige Forscher auf die Idee, dass die ultimative pathologische Beleidigung die Energieproduktion beeinträchtigen oder verändern könnte.

Thomas Seyfried, ein Biologe am Boston College, der nicht an dieser Studie beteiligt war, ist der Ansicht, dass Krebs eine Stoffwechselstörung ist, und zitiert die zahlreichen Hinweise, die auf eine mitochondriale Dysfunktion bei Krebs hinweisen. In den Mitochondrien - oder den „Kraftwerken“unserer Zellen - findet die zelluläre Energieerzeugung statt. „Es gibt jetzt substanzielle Hinweise aus einem breiten Spektrum von Disziplinen, die einen gewissen Grad an Defekten in der Anzahl, Struktur oder Funktion von Mitochondrien in allen Arten von Tumorzellen zeigen. Diese mitochondrialen Defekte verursachen die erhöhte Glukoseaufnahme und die Fermentation in Tumorzellen “, erklärt Seyfried.

In einem 2014 von Seyfried und Kollegen in Carcinogenesis veröffentlichten Artikel zitiert er zahlreiche Belege für seine Behauptung, darunter den Nachweis, dass das Tumorpotential einer Zelle unterdrückt wird, wenn sie mit normalen Mitochondrien transplantiert wird. und umgekehrt erhöht die Übertragung von Mitochondrien von Tumorzellen in das Zytoplasma normaler Zellen die Wahrscheinlichkeit, dass diese einst normalen Zellen krebsartig werden. Er weist auch auf die umfangreiche Arbeit hin, die die ätiologischen Punkte miteinander verbindet: Viele der mutierten Gene, die mit Krebs assoziiert sind, scheinen ihre Wirkung durch eine Beeinträchtigung der Zellatmung auszuüben. Seyfried ist der festen Überzeugung, dass beim Übergang von der Atmung zur Fermentation freie Radikale entstehen, die genetische Mutationen im Zusammenhang mit Krebs verursachen.

Seyfried schlägt auch eine mögliche evolutionäre Erklärung für die Fermentation in Krebszellen vor und zitiert Arbeiten von Carlos Sonnenschein und Ana Soto von der Tufts University, die zeigen, dass der Standardzustand für Zellen darin besteht, sich wie Krebszellen zu vermehren, und dass die aerobe Atmung in den Mitochondrien normalerweise zur Aufrechterhaltung beiträgt dieses Wachstum in Schach. "Die ungezügelte Proliferation aufgrund des Fermentationsstoffwechsels war für die meisten Zellen der Existenzzustand, bevor vor etwa zwei Milliarden Jahren Sauerstoff in die Atmosphäre gelangte", erklärt er. "Ein allmählicher Verlust der Atemkontrolle zusammen mit einer kompensatorischen Fermentation liegt dem Ursprung von Krebs zugrunde."

Der Zusammenhang zwischen Energieerzeugung und Krebs ist wahrscheinlich weit davon entfernt, vollständig verstanden zu werden, und obwohl Hwa warnt, dass er kein Krebsbiologe ist, hält er es für vielversprechend, Behandlungen zu verfolgen, die am Stoffwechsel basteln. „Ich kann sehen, dass eine Störung der Fermentation eine wirksame Strategie zur Verlangsamung des Tumorwachstums sein kann“, erklärt er. „Da langsam wachsende Zellen mehr auf die Atmung angewiesen sind, um Energie zu erzeugen, ist diese Behandlungsstrategie im Prinzip natürlich störender schnell wachsende Krebszellen als normale Zellen. “

Die derzeitige Krebsbehandlung betont die Störung der Signalwege der Zellen, die zu einem außer Kontrolle geratenen Zellwachstum führen könnten. "Aber aus dieser Studie", sagt Hwa, "[haben wir herausgefunden], dass wir uns vielleicht nicht so sehr mit der Signalübertragung befassen müssen und stattdessen daran arbeiten könnten, die Effizienz fermentativer Prozesse zu verlangsamen." Wir können uns dann darauf verlassen, dass sich das Wachstum von Krebszellen verlangsamt, wenn sie zur Atmung übergehen. “

Da immer mehr Mutationen im Zusammenhang mit verschiedenen Krebsarten aufgedeckt werden, könnte die Entwicklung onkologischer Therapien ein Sisyphus-Unterfangen sein. Aber eine einzige Pathologie - eine, die möglicherweise zu den mit Krebs verbundenen Mutationen führt - könnte die Entwicklung wirksamer Krebstherapien erheblich erleichtern.

Wie Otto Warburgs Arbeit vor fast einem Jahrhundert anspielte, bedeutet dies möglicherweise, Krebs einfach zu ermutigen, frische Luft zu schnappen.

Beliebt nach Thema