Knochenschwund: Reisfisch lässt die Forscher rätseln

Es schien alles so schön zusammen zu passen: Im All verlieren die Knochen von Raumfahrern an Masse. Zellkulturen produzieren in simulierter Schwerelosigkeit weniger cbfa1, ein Protein, das den Knochenaufbau fördert. Ist also ein cbfa1-Mangel Ursache für den Knochenschwund? Eine Studie an den Universitäten Bonn, Aachen, Würzburg und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln stellt diese These in Frage: Fische, die unter simulierter Schwerelosigkeit gehalten werden, scheinen demnach nicht weniger, sondern sogar deutlich mehr cbfa1 zu bilden als unter normalen Bedingungen. Die Ergebnisse erscheinen in Kürze in der Zeitschrift „Advances in Space Research“.

Der Japanische Reisfisch ist einfach zu halten, vermehrt sich schnell – und produziert überdies ganz ähnliche Regulatoren für die Knochenentwicklung wie der Mensch. „Das macht ihn zu einem äußerst interessanten Modellorganismus für Krankheiten wie die Osteoporose, bei der der Knochenaufbau gestört ist“, erklärt Dr. Jörg Renn.

Auch Astronauten reagieren auf die fehlende Erdanziehung im All mit Knochenschwund. Daher hat der Ernährungswissenschaftler den Japanischen Reisfisch für seine Doktorarbeit an der Universität Bonn in simulierte Schwerelosigkeit versetzt. „Wir versuchen so, die molekularen Mechanismen hinter dem Knochenverlust zu verstehen“, sagt Renn. „Endziel ist es natürlich, auch Krankheiten wie die Osteoporose besser zu begreifen und Strategien zu ihrer Vermeidung und Bekämpfung zu entwickeln.“

Dazu wurden die Tiere für 24 Stunden in einem Glasröhrchen mit Wasser gehalten, das sich einmal pro Sekunde um seine Längsachse drehte – und mit ihm auch der Japanische Reisfisch. „Dadurch griff die Erdanziehung ständig von verschiedenen Seiten an“, erklärt der Ernährungswissenschaftler. „Gemittelt über die Zeit geht die Schwerkraft in einem solchen Ansatz nahezu gegen Null.“

Derartige Experimente sind nicht neu, nur werden sie normalerweise mit einzelnen Zellen durchgeführt. „Wir haben damit meines Wissens nach erstmalig die Reaktion eines lebenden Tieres auf simulierte Schwerelosigkeit beobachtet“, betont der Aachener Professor Dr. Roland Goerlich, der die Doktorarbeit betreut hat und auch an der Uni Bonn lehrt. Mit erstaunlichem Ergebnis: Japanische Reisfische reagieren in simulierter Schwerelosigkeit völlig anders, als man es aus Zellkultur-Experimenten erwartet hätte.

Ein zentraler Regulator für die Knochenentwicklung ist der „Core Binding Factor Alpha1“, kurz cbfa1. Cbfa1 stimuliert die Bildung und Aktivität der Zellen, die den Knochen aufbauen. Versuchstiere ohne cbfa1 können keine Knochensubstanz bilden. „Zellkulturen produzieren bei simulierter Schwerelosigkeit weniger cbfa1“, erklärt Renn, der kürzlich in Goerlichs Arbeitsgruppe an die RWTH Aachen gewechselt ist. „Das schien den Knochenschwund von Astronauten zu erklären.“ Erstaunlicherweise war das bei den Versuchstieren jedoch nicht der Fall – im Gegenteil: „Die Japanischen Reisfische fahren unter diesen Bedingungen die cbfa1-Produktion sogar hoch – vielleicht ein Kompensations-Mechanismus, der durch das Zusammenspiel mit anderen Faktoren zustande kommt.“

Natürlich sei denkbar, dass es im Menschen trotz aller Parallelen noch ganz anders laufe, räumt Renn ein. Auch sei simulierte Schwerelosigkeit sicherlich nicht mit dem tatsächlichem Verlust der Erdanziehung gleichzusetzen. Dennoch plädieren sein Doktorvater und er dafür, Fische verstärkt als Modellorganismen in der Osteoporose-Forschung einzusetzen. In Japan beginnt sich dieser Ansatz bereits durchzusetzen. „Das wird uns sicherlich helfen, die molekularen Zusammenhänge besser zu verstehen, die bei Prozessen wie dem Knochenauf- und -abbau eine Rolle spielen.“

Kontakt:
Dr. Jörg Renn
Prof. Dr. Roland Goerlich
Institut für Molekulare Biotechnologie, RWTH Aachen
Telefon: 0241/8026603
E-Mail: joerg.renn@rwth-aachen.de; goerlich@molbiotech.rwth-aachen.de