Im menschlichen Körper geht es rabiat zu. Da werden Eiweiße gezielt zerstört, wenn sie ausgedient haben, oder Zellen fressen sich bewusst selbst von innen auf, um nur zwei Beispiele zu nennen. Das Ziel: gesund bleiben. Was paradox klingt, ist wahrlich überlebenswichtig – und alltäglich. Erstmals beschrieben hat die entscheidenden Mechanismen der Zellbiologe Yoshinori Ohsumi, der damit ein 30 Jahre altes Rätsel gelöst hat. In Schweden ist er dafür nun mit dem Nobelpreis für Physiologie ausgezeichnet worden.


Ohsumis Erfolgsgeschichte beginnt mit der Arbeit eines anderen Nobelpreisträgers, dem Biochemiker Christian de Duve. Er hatte Anfang der fünfziger Jahre mit Kollegen bemerkt, dass innerhalb von Zellen eine Art Verdauung stattfindet. Zwei Zellbestandteile waren dafür bedeutend, er entdeckte sie und bekam dafür 1974 den Nobelpreis. Da sind zum einen Bläschen namens Lysosomen, in denen sich Enzyme befinden, die defekte oder überflüssig gewordene Zellorganellen oder von außerhalb aufgenommene Stoffe abbauen. Zum anderen die Peroxisomen, ebenfalls wichtig für die Entgiftung. Für den Abbau defekter oder schädlicher Zellteile prägte Duve den Begriff "Autophagie", der sich aus dem Griechischen ableitet und so viel bedeutet wie "sich selbst essen".

Zerstörung entdeckt, aber nicht verstanden

Der genaue Mechanismus aber blieb unbekannt, was Forscher weltweit mit zahlreichen Fragen zurückließ: Was löst den Prozess aus? Wie formen sich die entscheidenden Komponenten? Wie wichtig ist Autophagie für das Überleben der Zelle? Und wie bedeutend, um Krankheiten zu verhindern?

In den neunziger Jahren lieferte Ohsumi schließlich die Antworten auf all diese Fragen. Die entscheidenden Entdeckungen hat der Zellbiologe, der heute am Institute of Technology in Tokio arbeitet, in der Hefe Saccharomyces cerevisiae gemacht. Später stellte er fest: Auch in menschlichen Zellen sowie in denen von Tieren und Pflanzen findet die gezielte Zerstörung statt.

Mittlerweile sind verschiedene Szenarien bekannt, für die Autophagie wichtig ist. So können Zellen auf diese Weise etwa schnell Energie und Bausteine für neue Zellteile gewinnen. Gestresste Zellen können sich so rasch regenerieren. Anderes Beispiel: Nach einer Infektion lassen sich Fremdkörper wie Bakterien und Viren vernichten. In anderen Fällen zerstören die Zellen in ihnen enthaltene, alte Proteine, große Moleküle oder defekte Teile von sich, um Schäden zu verhindern.

Im Innern der Zelle sorgen Autophagosome und Lysosome gemeinsam für Ordnung.

Für die Selbstreinigung sind zahlreiche Akteure wichtig (siehe Grafik oben). Den Anfang machen Autophagosome, Bläschen mit einer doppelten Membran, die etwa Proteine in ihr Inneres einschließen. Die Bläschen verschmelzen anschließend mit Regionen der Zelle, die für die Verdauung zuständig sind, Lysosomen genannt. Das Ergebnis sind Autophagolysosomen. In ihnen werden die schadhaften Teile schließlich abgebaut, ihre Bausteine zur Wiederverwertung bereitgestellt.

Eine Vielzahl an Genen steuert den Prozess. 1993 hat Ohsumi die entscheidende Studie mit einem Kollegen veröffentlicht (FEBS Letters, 1993). Darin stellte er 15 Gene vor, die die Selbstverstümmelung auslösen. Er nannte sie APG1-15, heute sprechen Forscher von ATG-Genen.