Die Gesundheit von Zellen

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Deine Gesundheit hängt von der Gesundheit deiner Zellen ab

Zellen spielen eine wichtige Rolle dabei, deinen Körper in einem inneren Gleichgewicht, der Homöostase, zu halten. Gut funktionierende Zellen halten die Konzentration von Ionen, Proteinen und anderen Substanzen des gesamten Körpers im Normalbereich. Die Funktion einer Zelle hängt von der Rückmeldung aus ihrer Umgebung ab und sorgt durch den Konzentrationsausgleich dafür, dass alle Organe und der gesamte Körper gut arbeiten können.

Die Gesundheit deiner Körperzellen kann von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden. Einige Faktoren, welche die Funktion der Zellen beeinflussen, kommen aus dem Körperinneren. Wenn beispielsweise ein Blutgefäß, das eine bestimmte Gehirnregion mit Sauerstoff oder anderen Nährstoffen beliefert, verstopft oder beschädigt wird, kann diese Gehirnregion nicht mehr ausreichend mit Stoffen versorgt werden. Abfallprodukte stauen sich auf. Die Zellen in der betroffenen Gehirnregion werden krank oder sterben ab. Diese Blockierung oder Zerstörung eines Blutgefäßes, durch die eine bestimmte Gehirnregion nicht mehr funktioniert, wird auch Schlaganfall genannt.

Weitere Hirnerkrankungen sind Alzheimer und Parkinson, welche auf Fehlfunktionen der Kommunikation der Zellen des Gehirns untereinander zurückzuführen sind. Bei der Alzheimer- Krankheit werden die Menschen vergesslich, bei der Parkinson-Krankheit verlieren sie die Kontrolle über ihre Feinmotorik, fangen an, unkontrolliert zu zittern. Hier liegt die Ursache wahrscheinlich in einer falschen Information, die zum Absterben der Gehirnzellen führt. Der in Deutschland geborene Thomas Südhof hat zusammen mit den amerikanischen Wissenschaftlern J. Rothman und R. Schekman im Oktober 2013 den Nobelpreis dafür erhalten, dass in deren Forschungsarbeiten Erkenntnisse zur Weitergabe von Informationen im Gehirn gewonnen wurden, die eine Rolle zur Suche nach Mitteln gegen Alzheimer und Parkinson spielen können.

Andere Faktoren, welche die Funktion von Zellen beeinflussen können, kommen von außen, wie z.B. aus der Umwelt. So kann Luftverschmutzung sich beispielsweise negativ auf die Gesundheit der Zellen in unserem Atmungssystem auswirken. Manche toxische (giftige) chemische Substanzen können die DNA von Körperzellen beschädigen. Diese Beschädigung hat zur Folge, dass die Zellen nicht mehr ordentlich funktionieren können. In einigen Fällen wachsen die Zellen unkontrolliert zu einem Tumor an und verursachen eine Krankheit, die wir Krebs nennen. Einige dieser äußeren Einflüsse können Zellen auch stark beschädigen, wie z.B. Tabakrauch (Lungenzellen), Sonnenstrahlen (Hautzellen), manche Pestizide (Leberzellen) oder Drogen (Gehirn- und Muskelzellen). Bakterien und Viren, die Zellen unseres Körpers infizieren, zählen ebenfalls zu äußeren Einflussfaktoren.

Der Zusammenhang zwischen Krankheiten wie Krebs oder Herzerkrankungen und erkrankten oder beschädigten Zellen scheint eindeutig zu sein. Was ist aber mit Krankheiten oder einer Behinderung, wie z.B. dem Verlust des Hörvermögens (Gehörlosigkeit)? Welche Rolle spielen die Zellen hier?

Wenn eine Person regelmäßig sehr laute Musik hört, können die empfindlichen Sinneszellen im Innenohr schwer beschädigt werden. Wenn diese Sinneszellen einmal beschädigt sind und nicht mehr funktionieren, können sie nicht mehr repariert werden. Diese irreversible Beschädigung resultiert dann in einer Verminderung des Hörvermögens und kann sogar zum totalen Verlust des Gehörs führen, wenn genug Sinneszellen beschädigt sind. Das Gehör von Rockmusikern, die über Jahre Konzerte geben, kann beispielsweise stark beschädigt werden. Soldaten, die extrem lauten Sprengstoff-Explosionen ausgesetzt waren, können ebenso an Gehörverlust leiden, dem sogenannten Knalltrauma.

In diesem Abschnitt wirst du untersuchen, wie sich verschiedene Funktionsstörungen der Zellen auf den Körper auswirken können. Wir werden einige genetische Krankheiten sowie Krebs untersuchen.

Mutationen

Wenn sich die DNA einer Zelle permanent verändert, nennt man das Mutation. Mutationen der somatischen Zellen können das Leben eines Individuums beeinflussen. Mutationen der somatischen Zellen eines Individuums werden nicht an die Nachkommen weitergegeben (vererbt). Wenn allerdings die DNA von Gameten (Spermien oder Eizellen) oder Stammzellen, die Gameten produzieren, verändert ist, dann kann diese Mutation an die nächste Generation weitervererbt werden. Nicht alle Mutationen sind schlecht. Mutationen, die vor langer Zeit stattgefunden haben, bilden die Basis der Vielfalt von Menschen und die Unterschieden von Arten. Ohne Mutation hätte sich das Leben auf der Erde nie vom ursprünglichen Einzellstadium weiter entwickeln können. Es gäbe keine der existierenden Tierarten und Menschen, die wir so faszinierend finden. Also sind Veränderungen der DNA wesentliche Bestandteile der Geschichte aller Lebewesen unseres Planeten. Wenn neue Mutationen allerdings in einem kurzfristigen Zeitraum stattfinden, können sie schädlich sein.

Mutationen können durch Umweltgegebenheiten ausgelöst werden, wie beispielsweise Sonnenstrahlung oder bestimmte Chemikalien. Jedoch würden sich, wie bereits erwähnt, solche Umweltfaktoren, die eine Mutation einer somatischen Zelle betreffen, nur auf das Individuum auswirken. Wenn Umweltfaktoren allerdings die Mutation von Gameten zur Folge haben, könnte sich diese Mutation an die Nachfahren vererben. Wir kennen die Ursachen der meisten Mutationen nicht. Ein Großteil von Mutationen ist spontan und nicht auf bestimmte Umwelt- oder Umgebungsfaktoren zurück zu führen. Du hast zuvor den Begriff der DNA-Replikation kennengelernt. Wenn du bedenkst, dass jede Zelle während der Zellteilung normalerweise 80.000 bis 100.000 Gene mit größter Genauigkeit kopiert, ist es nicht überraschend, dass gelegentlich Mutationen auftreten. Es ist vielmehr verblüffend, dass sie nicht viel öfter vorkommen.

Aufgabe

Erkläre Deinen Freunden oder Eltern, was eine Mutation ist. Erläutere ihnen an einem Beispiel, welche Auswirkungen Mutationen auf die Gesundheit des Menschen haben können.

Beispiel für einen Gendefekt

Mukoviszidose (Zystische Fibrose) ist eine genetisch vererbbare Erkrankung, bei der die betroffene Person ein mutiertes Gen von beiden Elternteilen erbt. Kinder, die an Mukoviszidose erkranken, leiden unter immer wiederkehrenden Lungeninfektionen, da bestimmte Zellen in der Lunge nicht ordentlich funktionieren. Sie haben im Laufe ihres Lebens mit immer schwerwiegenderen Gesundheitsproblemen und Infektionen wie Lungenentzündungen zu kämpfen.

Patienten mit Mukoviszidose haben ein mutiertes Gen, welches normalerweise dazu da ist, Proteine herzustellen, in diesem Fall ein Membranprotein. Dieses Membranprotein hat die Aufgabe, Ionen (wie Chlorid) durch die Membran zu schleusen. Da das Protein in den Lungenzellen von Mukoviszidose-Patienten genetisch verändert ist, kann die Lunge nicht normal funktionieren. In Abbildung 5.1. siehst du, was für einen Einfluss diese Genveränderung auf die Lunge von Mukoviszidose-Patienten hat.

Ohne medizinische Versorgung würden Kinder mit Mukoviszidose unter Umständen sehr früh sterben. Mit einer guten ärztlichen Betreuung und einem speziellen Programm und Physiotherapie sind Mukoviszidose-Patienten in der Lage, ein relativ normales Leben zu führen. Seitdem Wissenschaftler wissen, wie Zellen funktionieren, können sehr vielversprechende Behandlungsformen für Menschen mit Mukoviszidose erforscht werden. Diese medizinischen Behandlungsmöglichkeiten sind lebensrettende Maßnahmen für viele Patienten und machen ihr Leben leichter.

Krebs

Was ist Krebs? Was hat Krebs mit Zellen zu tun? Krebs ist eine Veränderung des Zellteilungsverhaltens. Bei einer Krebserkrankung können Zellen ihre Zellteilung nicht mehr kontrollieren. Krebszellen teilen sich kontinuierlich und bilden ein abnormales Gewebe – einen Tumor.

Wie Krebs die Zellen beeinflusst

Krebszellen unterscheiden sich von normalen Zellen in ihrer Fortbewegung, ihrer Form und der Art und Weise, wie sie auf Chemikalien und Nährstoffe reagieren.

Um mehr über Krebs zu lernen, musst du zuerst verstehen, wie normale Zellen Abstand voneinander halten, wie sie Verbindungen miteinander eingehen, sich gruppieren oder einander erkennen.

Normale Zellen sind nicht untätig, sondern sehr aktiv.

  • Zellen können benachbarte Zellen erkennen.
  • Zellen sind in der Lage zwischen Zellen, die so sind wie sie, und anderen Zellen zu unterscheiden. Eine Lungenzelle kann beispielsweise den Unterschied zwischen einer anderen Lungenzelle und einer Leberzelle erkennen.
  • Zellen können nah an ihre Nachbarzellen heranrücken oder sich von ihnen distanzieren.
  • Zellen können Signale senden. Zellen können miteinander kommunizieren. Manche dieser Signale sind zellspezifisch und können nur von bestimmten Zellen verstanden werden.
  • Zellen können Signale empfangen und dekodieren (entschlüsseln). Zellen können spezielle Proteine produzieren. Diese Produkte können bestimmen, wie eine Person heranwächst und sich entwickelt.
  • Zellen können sich reproduzieren. Sie können mehr Zellen bilden.



Krebszellen sind abnormal, da sie Grenzen von anderen Zellen und unterschiedliche Gewebearten nicht erkennen. Krebszellen können sich bewegen und dort heranwachsen, wo sie nicht hingehören. Zum Beispiel können Tumorzellen, die aus der Lunge kommen, in andere Gewebe oder Organe wandern, in denen sie normalerweise nicht zu finden sind. Dort treten die Tumorzellen mit anderen Zellen in Verbindung. Dieses würden sie unter normalen Umständen nicht machen. Tumorzellen können so Regionen des Körpers erobern, da sie unter anderem fremde Grenzen überschreiten und kein ‚Heimatgewebe’ haben, so wie es bei gesunden Zellen der Fall ist.

Krebsrisiken vorhersagen

Wie können Wissenschaftler feststellen, ob jemand ein hohes Risiko hat, an Krebs zu erkranken? Für die Beantwortung dieser Frage können wir uns anschauen, wie hoch das relative Risiko einer älteren Person ist, an Darmkrebs zu erkranken. In diesem Beispiel sind es Darmzellen, die zu Krebsgewebe (kanzerös) werden. Wenn er nicht früh erkannt wird, ist Darmkrebs ein schwerwiegender Krebstyp, der häufig tödlich verläuft. Die Darmkrebsrate ist bei jungen Leuten sehr niedrig, aber sie steigt mit zunehmendem Alter drastisch an. Warum ist das so?

Lass uns eine Hypothese über das Risiko von Darmkrebs bei Kindern und älteren Menschen formulieren. Beziehe hierfür die folgende Vermutung mit ein: Wenn die Veränderung einer normalen Zelle in eine Krebszelle nur eine einzelne Ursache hat, dann würde das Darmkrebsrisiko bei einer 70 Jahre alten Person um das Siebenfache höher sein als bei einem 10-jährigen Kind. Bei einer einzelnen Ursache von Darmkrebs würde sich der Zusammenhang zwischen Alter und Erkrankungsrisiko wie in Abbildung 1.22 verhalten.

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Wie man das Krebsrisiko verringern kann

Wenn man die riesige Population an Menschen unterschiedlicher Altersklassen betrachtet, stimmt das Risiko, an Darmkrebs zu sterben, mit der Vermutung überein, dass es fünf verschiedene Ursachen für Darmkrebs gibt. Diese Ursachen müssen haben keine bestimmte Reihenfolge. Das Wissen über mögliche Krebsursachen ist allerdings wichtig, damit du dich vor Darmkrebs oder anderen Krebsarten so gut wie möglich schützen kannst. Nehmen wir beispielsweise an, dass eine Person schon als Jugendlicher raucht. Da Tabak Dutzende verschiedene krebserregende Chemikalien enthält, könnte alleine das Rauchen von Tabak schon ausreichen, um später Krebs zu verursachen. So könnte der jugendliche Raucher bereits mit vierzig Jahren an Lungenkrebs erkranken. Wir leben in einer Welt, in der wir nicht alle gefährlichen Chemikalien, mit denen wir in Kontakt treten, bewusst wahrnehmen, und wir können ihnen deshalb auch nicht völlig aus dem Weg gehen. Deshalb ist es umso wichtiger, dass wir versuchen, diejenigen Krebsursachen zu meiden, die wir kennen. Wir können ebenfalls daran arbeiten, dass unsere Umwelt sauberer wird, damit wir so wenig wie möglich krebserregenden Substanzen ausgesetzt sind.

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Es gibt keinen Zweifel daran, dass das, was du isst, einen Einfluss auf die Entwicklung von Krebszellen hat. Fettes Essen kann die Wahrscheinlichkeit, an Brust- und Prostatakrebs zu erkranken, erhöhen. Du selbst kannst an dieser Stelle etwas unternehmen! Ernähre dich ausgewogen, denn viel Obst und Gemüse wirken vielen Krebsarten entgegen. Übermäßiger Alkoholkonsum steht im Zusammenhang mit der Begünstigung von Magen-, Darm- und Mundkrebs.

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