Forscher untersuchten Innere-Uhr-Protein

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Autor: Scho

Cryptochrom-Proteine sind ein wichtiger Teil der Inneren Uhr von Zellen, werden aber auch mit dem erstaunlichen Orientierungssinn von Zugvögeln in Verbindung gebracht. Ein Team um Innsbrucker Zoologinnen hat nun die Wirkung eines medizintechnischen Geräts auf dieses Protein in Mäusezellen untersucht. Dabei stolperten sie über einen Quanteneffekt, der überraschend große biologische Auswirkungen mit sich bringt. Wie das genau zustande kommt, ist noch offen.

An Cryptochrom sind schon seit Jahrzehnten zahlreiche Forschergruppen interessiert, erklärte die Leiterin der im Fachjournal „iScience“ erschienenen Studie, Margit Egg, vom Institut für Zoologie der Universität Innsbruck. Das Eiweiß bildet die Grundlage des Magnetsinns von Tieren, die sich bei ihren Wanderungen nach dem Magnetfeld der Erde orientieren können, wie etwa Zugvögel. Auch aus diesem Grund stürzten sich Biologen, Biochemiker oder Quantenphysiker darauf. Laut aktuellem Wissenstand ist dafür der Radikalpaarmechanismus verantwortlich, der die Basis für eine Art „Quantenkompass“ darstellt.

Dabei entstehen in bestimmten Molekülen wie dem Cryptochrom durch die Interaktion mit blauem Licht freie Radikale, deren Menge und Art vom äußeren Magnetfeld abhängt. Diese quantenmechanisch verbundenen Radikal-Paare können somit als Sensor fungieren, der den Tieren die Wahrnehmung des Magnetfeldes der Erde erlaubt. Hier handle es sich um eine spannende Schnittstelle zwischen Quantenphysik und Biologie – die „Quantenbiologie“, sagte Egg.

Megnetisierte Innen-Uhr

Da sich Cryptochrom in allen Körperzellen befindet, dachte die Forscherin darüber nach, dass auch Zellen außerhalb der Netzhaut, wo der Magnetsinn der Tiere verortet wird, durch Magnetfelder von außen angeregt werden könnten. Auf ihrer Suche nach möglichst stabilen Feldern stieß Egg auf ein Gerät zur Therapie mittels Kernspinresonanz (tNMR) der deutschen Firma MedTec. Hier handelt es sich laut Egg um eine „Light-Version“ eines Magnetresonanztomographen (MRT), die seit zwei Jahrzehnten in der Therapie von Arthrose, Osteoporose sowie zur Regeneration von Bändern und Sehnen eingesetzt wird.

Das Gerät kombiniert ein Magnetfeld mit einer Radiowelle, um Wasserstoffprotonen in Zellen und Geweben in Resonanz zu bringen, und dadurch energetisch anzuregen, wie die Forscherin erklärte. Das hat offenbar einen therapeutischen Effekt.
Die Innsbrucker Forscher bearbeiteten mit tNMR zunächst Zebrafisch-Zellen – allerdings ohne größere Effekte. Im Jahr 2020 versuchte es Egg u.a. mit ihrer Dissertantin Viktoria Thöni bei Säugetierzellen. „Da waren wir total überrascht, weil wir hoch signifikante Veränderungen gesehen haben“, sagte Egg.

Es sah alles danach aus, dass hier der Radikalpaarmechanismus zum Tragen kommt. Die Rückmeldungen eines Quantenbiochemikers im Begutachtungsprozess der Arbeit wies aber darauf hin, dass man einen derartigen Effekt bei einer so niedrigen Radiofrequenz, wie sie bei tNMR verwendet wird, eigentlich gar nicht sehen dürfte. Das könnte laut Egg so zustande kommen, dass die durch die Kernspinresonanztherapie angeregten Wasserstoffprotonen in der Umgebung der Cyptochrome den Radikalpaarmechanismus „in irgendeiner Weise verstärken“ könnten.

Margit Egg: Ein „seltsamer Effekt“ als Therapieansatz?

Die Auswirkungen der noch nicht ganz geklärten Abläufe auf die Zellen seien jedenfalls erstaunlich groß: Denn der tNMR-Einfluss auf das Cryptochrom führte dazu, dass die Säugetierzellen ihren Stoffwechsel vollkommen umlenkten. Wenn Lebewesen und Zellen unter Sauerstoffarmut (Hypoxie) leiden, produzieren diesen im Normalfall viel Laktat.

Bei Bestrahlung mit tNMR wiesen die Zellen jedoch „Laktatspiegel wie unbeeinflusste Zellen auf, obwohl sie die gleiche Hypoxiedauer hatten“, sagte Egg. Die Zellatmung blieb also währenddessen erstaunlich stabil. Dieser „seltsame“ Effekt könnte zum Therapieansatz werden, wenn es darum geht, etwa durch einen Schlaganfall oder Herzinfarkt länger von der Sauerstoffzufuhr abgeschnittene Zellen vor Schädigungen zu schützen. Überdies produzieren auch Krebszellen sehr viel Laktat, so die Biologin, möglicherweise ergibt sich auch hier ein Angriffspunkt.

Mehr über Margit Egg finden Sie hier.

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