Was ist Autophagie?

Damit unsere Zellen ihre Aufgaben erfüllen können, müssen sie beschädigte Bestandteile abbauen und verbrauchte Materialien erneuern. Dafür verfügen sie über ein eigenes Recyclingsystem: die Autophagie [1].

Der Begriff stammt aus dem Griechischen und bedeutet sinngemäß „sich selbst verzehren“. Was zunächst ungewöhnlich klingt, beschreibt einen lebenswichtigen Vorgang. Die Zelle zerlegt Bestandteile, die sie nicht mehr benötigt, und nutzt die daraus gewonnenen Bausteine erneut. So schafft sie Platz für Neues und erhält ihre Funktionsfähigkeit.

Autophagie ist damit weit mehr als eine zelluläre „Müllabfuhr“. Sie verbindet Reinigung, Wiederverwertung und Erneuerung – und spielt deshalb auch in der Forschung zu Gesundheit und Alterung eine wichtige Rolle [2].

Wie funktioniert das Recycling in der Zelle?

Zunächst werden beschädigte oder nicht mehr benötigte Zellbestandteile von einer Membran umschlossen. Dabei entsteht ein kleines Transportbläschen, das sogenannte Autophagosom. Sein Inhalt ist nun vom übrigen Zellinneren getrennt.

Im nächsten Schritt verschmilzt dieses Bläschen mit einem Lysosom. Lysosomen sind auf den Abbau biologischer Materialien spezialisiert. In ihrem Inneren herrscht ein saures Milieu, in dem verschiedene Enzyme die eingeschlossenen Bestandteile zerlegen.

Die dabei entstehenden Bausteine stehen der Zelle anschließend wieder zur Verfügung. Sie können beispielsweise für neue Zellstrukturen verwendet werden [1].

Auf diese Weise entsorgt die Zelle nicht einfach nur Abfall. Sie gewinnt daraus wertvolle Ressourcen zurück.

Warum interessiert sich die Wissenschaft für Autophagie?

Seit ihrer Entdeckung vor mehr als einem halben Jahrhundert hat sich die Autophagie zu einem bedeutenden Forschungsgebiet entwickelt [3]. In der medizinischen Literaturdatenbank PubMed finden sich nahezu 70.000 Veröffentlichungen zu diesem Thema.

Das große Interesse hat einen klaren Grund: Die Fähigkeit einer Zelle, beschädigte Bestandteile zu entfernen und wiederzuverwerten, beeinflusst zahlreiche Vorgänge im Körper. Forschende untersuchen deshalb, welche Rolle die Autophagie bei Erkrankungen spielt und wie sich ihre Mechanismen gezielt nutzen lassen.

Ein Meilenstein war die Verleihung des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin an Yoshinori Ohsumi im Jahr 2016. Der japanische Zellbiologe wurde für seine Entdeckungen zu den Mechanismen der Autophagie ausgezeichnet [3]. Seine Arbeiten haben wesentlich dazu beigetragen, diesen Prozess auf molekularer Ebene zu verstehen.

Welche Rolle spielt Autophagie für unsere Gesundheit?

Die Autophagie hilft Zellen, ihre innere Ordnung und Funktionsfähigkeit zu erhalten. Das macht sie für viele Bereiche der Gesundheit relevant.

Wissenschaftliche Arbeiten beschäftigen sich unter anderem mit ihrer Bedeutung bei:

• Virusinfektionen und der Immunabwehr [4];
• neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer [5];
• Müdigkeit und dem Energiestoffwechsel [6];
• entzündlichen Prozessen [7];
• Diabetes [8];
• Hauterkrankungen [9];
• vorzeitigen Alterungsprozessen [10];
• dem Wachstum schädlicher Körperzellen [11].

Werden beschädigte Proteine und andere Zellbestandteile nicht ausreichend abgebaut, können sie sich ansammeln und die Zellfunktion beeinträchtigen. Störungen dieses Reinigungssystems werden daher mit unterschiedlichen gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht.

Zugleich lässt die Leistungsfähigkeit der Autophagie mit zunehmendem Alter nach [13]. Die Frage, wie sich die zellulären Recyclingprozesse unterstützen lassen, ist deshalb ein wichtiger Bestandteil der Forschung.

Wie lässt sich die Autophagie anregen?

Die Autophagie reagiert auf verschiedene Einflüsse. Zu den Möglichkeiten, die in diesem Zusammenhang untersucht werden, gehören Spermidin [1], Fasten [2] und Ketose [3].

Spermidin: eine körpereigene Substanz

Spermidin kommt natürlicherweise in unseren Zellen vor. Darüber hinaus nehmen wir es mit bestimmten Lebensmitteln auf. Auch Nahrungsergänzungsmittel können Spermidin enthalten.

Eine besondere Eigenschaft dieser Substanz ist ihre Fähigkeit, die Autophagie anzuregen [1]. Die Aufnahme von Spermidin bietet damit einen unkomplizierten Ansatz, die zellulären Recyclingprozesse zu unterstützen.

Welche Lebensmittel enthalten Spermidin?

Spermidin ist in unterschiedlichen pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln enthalten. Besonders hohe Mengen finden sich beispielsweise in Weizenkeimen, getrockneten Sojabohnen und lange gereiftem Käse.

Lebensmittel Spermidin in mg pro 100 g: 

• Weizenkeime 24,3
• Getrocknete Sojabohnen 20,7
• Cheddar, mindestens ein Jahr gereift 19,9
• Pilze 8,8
• Erbsen 6,5
• Reiskleie 5,0
• Mango 3,0
• Kichererbsen 2,9
• Blumenkohl / Brokkoli 2,5

Wie viel Spermidin wir täglich aufnehmen, hängt von unserer Lebensmittelauswahl und den verzehrten Mengen ab. Eine gleichbleibende Zufuhr ist über die Ernährung deshalb nicht immer leicht zu erreichen.

Hinzu kommt die Verarmung landwirtschaftlicher Böden, die zum Rückgang des Nährstoffgehalts von Lebensmitteln beiträgt. So wurde beispielsweise für Spinat innerhalb von 15 Jahren eine Abnahme des Magnesiumgehalts um 65 Prozent beschrieben [5].

Wer täglich eine festgelegte Menge Spermidin aufnehmen möchte, kann seine Ernährung durch ein Präparat natürlichen Ursprungs ergänzen.

Worauf kommt es bei einem Spermidinpräparat an?

Bei der Auswahl sind vor allem drei Fragen entscheidend:

• Aus welcher Quelle stammt das Spermidin?
• Wie viel Spermidin liefert das Präparat?
• Ist es glutenfrei?

Spermidin kann aus natürlichen Ausgangsstoffen gewonnen oder synthetisch hergestellt werden. Synthetisches Spermidin ist in Europa verboten, wird jedoch vereinzelt trotzdem angeboten. Ein Blick auf die Zutatenliste ist daher wichtig: Die Bezeichnung „Trihydrochlorid“ weist auf diese Form hin.

Bei natürlichen Quellen unterscheiden sich sowohl die Spermidinkonzentration als auch der Glutengehalt.

Spermidinquelle	Angegebener Spermidinanteil	Gluten
Weizenkeimpulver oder Weizenkeimmehl	0,2 mg pro Gramm	Enthält Gluten
Soja	0,2 mg pro Gramm	Glutenfrei
Herkömmliche Chlorella	0,6 mg pro Gramm	Glutenfrei
Weizenkeimextrakt	1,2 mg pro Gramm	Enthält Gluten
Speziell kultivierte Chlorella	1,69 mg pro Gramm	Glutenfrei

Speziell kultivierte Chlorella verbindet unter den aufgeführten Quellen den höchsten Spermidinanteil mit einer glutenfreien Zusammensetzung. Sie eignet sich deshalb besonders gut als Grundlage für ein natürliches Spermidinpräparat.

Intervallfasten: regelmäßige Pausen zwischen den Mahlzeiten

Auch der Verzicht auf Nahrung kann die Autophagie anregen [2]. Dafür sind nicht zwangsläufig mehrtägige Fastenkuren erforderlich. Bereits nach etwa zwölf Stunden ohne Nahrungsaufnahme beginnt die Anregung der zellulären Recyclingprozesse.

Ein alltagstauglicher Ansatz ist das Intervallfasten. Dabei wechseln sich feste Essenszeiten mit längeren Phasen ohne Kalorienaufnahme ab.

Besonders bekannt ist die 16:8-Methode: Auf eine 16-stündige Fastenphase folgt ein Zeitfenster von acht Stunden, in dem die Mahlzeiten stattfinden. Wer beispielsweise zwischen 12 und 20 Uhr isst, verzichtet anschließend bis zum nächsten Mittag auf Kalorien.

Während der Fastenphase sind Wasser sowie Tee und Kaffee ohne Zucker oder Milch vorgesehen. Für viele Menschen lässt sich dieses Modell gut mit dem Tagesablauf verbinden, da ein großer Teil der Fastenzeit auf die Nacht entfällt.

Die 16:8-Methode kann außerdem mit einem Spermidinpräparat kombiniert werden, um die Anregung der Autophagie zu verstärken.

Ketose: wenn der Körper verstärkt Fett als Energiequelle nutzt

Ein weiterer Ansatz ist die Ketose [3]. Sie entsteht, wenn dem Körper nur wenige Kohlenhydrate zur Verfügung stehen und er seine Energieversorgung entsprechend umstellt.

Normalerweise nutzt der Körper unter anderem Glukose aus Kohlenhydraten als Brennstoff. Wird die Kohlenhydratzufuhr stark reduziert, greift er verstärkt auf Fett zurück. Die Leber bildet daraus sogenannte Ketonkörper, die verschiedenen Geweben als alternative Energiequelle dienen.

Dieser Stoffwechselzustand wird als Ketose bezeichnet und kann die Autophagie anregen.

Wie entsteht eine Ketose?

Um eine Ketose zu erreichen, wird die Kohlenhydratzufuhr auf etwa 30 bis 50 Gramm täglich reduziert. Auf dem Speiseplan stehen dann überwiegend Fett- und Eiweißquellen sowie kohlenhydratarme Lebensmittel. Dazu gehören beispielsweise Avocado, fettreicher Fisch, Hähnchen, Eier, Gemüse und Joghurt.

Der Übergang dauert meist etwa 48 Stunden. Während dieser Umstellung können vorübergehend Kopfschmerzen, Übelkeit, ein geringeres Energieniveau oder häufigeres Wasserlassen auftreten. Nach ungefähr vier Tagen nimmt die Energie in der Regel wieder zu.

Steigt die Kohlenhydratzufuhr deutlich an, endet die Ketose.

Quellen
Grundlagen und gesundheitliche Bedeutung der Autophagie

[1] Glick, D., et al. (2010). Autophagy: cellular and molecular mechanisms. The Journal of Pathology, 221(1), 3–12.

[2] Gelino, S., & Hansen, M. (2012). Autophagy—an emerging anti-aging mechanism. Journal of Clinical & Experimental Pathology.

[3] Harnett, M. M., et al. (2017). From Christian de Duve to Yoshinori Ohsumi: More to autophagy than just dining at home. Biomedical Journal, 40(1), 9–22.

[4] Mao, J., et al. (2019). Autophagy and viral infection. Autophagy Regulation of Innate Immunity, 55–78.

[5] Fujikake, N., et al. (2018). Association between autophagy and neurodegenerative diseases. Frontiers in Neuroscience, 12, 255.

[6] Rabinowitz, J. D., et al. (2010). Autophagy and metabolism. Science, 330(6009), 1344–1348.

[7] Deretic, V., et al. (2013). Autophagy in infection, inflammation and immunity. Nature Reviews Immunology, 13(10), 722–737.

[8] Yang, J. S., et al. (2017). Autophagy and its link to type II diabetes mellitus. Biomedicine, 7(2).

[9] Guo, Y., et al. (2019). Autophagy in skin diseases. Dermatology, 235(5), 380–389.

[10] Gelino, S., et al. (2012). Autophagy—an emerging anti-aging mechanism. Journal of Clinical & Experimental Pathology.

[11] White, E. (2015). The role for autophagy in cancer. The Journal of Clinical Investigation, 125(1), 42–46.

[12] Chey, H., & Buchanan, S. (2008). Toxins in everyday life. Primary Care: Clinics in Office Practice, 35(4), 707–727.

[13] Barbosa, M. C., et al. (2019). Hallmarks of aging: an autophagic perspective. Frontiers in Endocrinology, 790.

Spermidin, Fasten und Ketose

[1] Madeo, F., et al. (2019). Spermidine: a physiological autophagy inducer acting as an anti-aging vitamin in humans? Autophagy, 15(1), 165–168.

[2] Bagherniya, M., et al. (2018). The effect of fasting or calorie restriction on autophagy induction: A review of the literature. Ageing Research Reviews, 47, 183–197.

[3] Li?kiewicz, D., et al. (2021). Upregulation of hepatic autophagy under nutritional ketosis. The Journal of Nutritional Biochemistry, 93, 108620.

[4] Yang, J. S., et al. (2017). Autophagy and its link to type II diabetes mellitus. Biomedicine, 7(2).

[5] Nature-based agriculture for an adequate human microbiome. Abgerufen am 12. Juli 2022: https://www.researchgate.net/publication/341410233_Nature-based_agriculture_for_an_adequate_human_microbiome

[9] Minois, N. (2014). Molecular basis of the ‘anti-aging’ effect of spermidine and other natural polyamines—a mini-review. Gerontology, 60(4), 319–326.

[10] Tiboldi, A., et al. (2012). Hippocampal polyamine levels and transglutaminase activity are paralleling spatial memory retrieval in the C57BL/6J mouse. Hippocampus, 22(5), 1068–1074.

[11] Gupta, V. K., et al. (2016). Spermidine suppresses age-associated memory impairment by preventing adverse increase of presynaptic active zone size and release. PLoS Biology, 14(9), e1002563.

[12] Bhukel, A., et al. (2017). Spermidine boosts autophagy to protect from synapse aging. Autophagy, 13(2), 444–445.

[13] Pekar, T., et al. (2021). The positive effect of spermidine in older adults suffering from dementia. Wiener Klinische Wochenschrift, 133(9), 484–491.

[14] Tan, C. C., et al. (2014). Autophagy in aging and neurodegenerative diseases: implications for pathogenesis and therapy. Neurobiology of Aging, 35(5), 941–957.

[15] Eisenberg, T., et al. (2016). Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nature Medicine, 22(12), 1428–1438.

[16] Nature-based agriculture for an adequate human microbiome. Abgerufen am 12. Juli 2022: https://www.researchgate.net/publication/341410233_Nature-based_agriculture_for_an_adequate_human_microbiome