Altern: Ein Programm, kein Verschleiß?

Junyue Cao ist Zell-Biologe an der Rockefeller University in New York City. Er analysiert die Gen-Aktivität in Millionen von Mäuse-Zellen aus verschiedenen Lebensphasen. Er sagt: „Veränderungen beim Altern sind nicht in allen Zellen gleich." Foto: Karen Dias für Quanta Magazine

In mancher Hinsicht kennen wir das Altern, wenn wir es sehen: graue Haare, Falten auf der Haut, und weniger Kraft bei Bewegung, Sinnen und Denken. Aber die Biologie dahinter ist noch unsicher. Viele Forscher denken: Altern kommt direkt vom Verfall. Moleküle wie Proteine oder DNA, Organellen, Zellen oder ganze Organe werden mit der Zeit schlechter. Das kommt von Schäden von außen oder vom natürlichen Abbau. Wenn die Reparatur-Systeme im Körper nicht mehr schnell genug sind, sehen wir die Zeichen des Alterns. Am Ende kommt der Tod. Das ist wie eine Fabrik mit alten Maschinen und zu wenigen Mechanikern.

Diese Idee klingt logisch, aber der Zell-Biologe Junyue Cao sagt: Sie ist nicht richtig. Altern ist kein zufälliger und gerader Verschleiß. Altern ist ein Prozess in Schritten, programmiert und geordnet. Er sagt: „Die Zerstörung des Systems ist schon sehr früh programmiert." Cao leitet das Labor für Einzelzell-Genomik und Populations-Dynamik an der Rockefeller University. Mit einer neuen Technologie schaut er auf das ganze System des Alterns bei Mäusen. Er beschreibt klare Stufen des Alterns, ähnlich wie bei der Entwicklung eines Embryos. Jede Stufe hat andere molekulare Signale und andere Zell-Gruppen. Bei Menschen beginnt dieser Prozess wahrscheinlich vor dem Alter von 30 Jahren.

Cao interessiert sich schon in der Schule für das Altern. Er geht in Hebei in China zur Schule. Dort merkt er: Seine Großeltern und Eltern werden nicht für immer leben. Viele Teenager schreiben dann Gedichte oder machen riskante Dinge. Cao wählt die Wissenschaft. Er will einen Weg finden, das Altern zu verlangsamen. Das ist sein Ziel fürs Leben. Deshalb studiert er Biologie an der Peking-Universität in Peking.

Am Anfang denkt Cao wie viele andere: Bestimmte Proteine und Protein-Netzwerke sind kaputt, deshalb altern wir. Aber nach dem Studium arbeitet er in einem Labor. Dort will er diese Proteine finden. Er merkt: Es gibt sehr, sehr viele Proteine, die mit dem Altern zu tun haben. Und ihre Wirkung hängt davon ab, in welchem Zell-Typ sie sind. Das Bild ist komplexer und mehr geordnet als er dachte.

Cao braucht viele Daten — sehr viele Daten. Er braucht Daten zu tausenden molekularen Veränderungen in hunderten Zell-Typen. Als Doktorand entwickelt er eine Technologie mit hohem Durchsatz. Damit kann er diese Veränderungen bei der Embryo-Entwicklung messen. Im Jahr 2020 startet er sein eigenes Labor an der Rockefeller University. Dort benutzt er diese Technologie für die Alternsforschung.

In seiner Doktoranden-Zeit entwickelt Cao Werkzeuge, um Veränderungen in der Gen-Aktivität bei der Embryo-Entwicklung von Mäusen zu finden. Heute benutzt sein Labor diese Werkzeuge für das ganze Leben eines Tieres. Foto: Karen Dias für Quanta Magazine

In einer Versuchsreihe analysieren Cao und sein Team 21 Millionen Zellen. Die Zellen kommen aus 14 Geweben oder Organen von etwa 50 männlichen und weiblichen Mäusen in fünf Lebensphasen. Für jede Zelle bauen sie einen Datensatz zur Gen-Aktivität. Cao sagt: „Das sind extrem große Datenmengen. Man weiß, aus welchem Organ und aus welchem Alter die Zelle kommt, und man hat viele molekulare Informationen." Jede Lebensphase ist markiert durch einen starken Rückgang oder ein starkes Wachstum von bestimmten Zell-Typen.

Caos Analyse braucht riesige Datenmengen: zehntausende Veränderungen in der Gen-Aktivität in 21 Millionen Zellen aus 14 Geweben oder Organen von etwa 50 männlichen und weiblichen Mäusen in fünf Lebensphasen. Foto: Karen Dias für Quanta Magazine

Zwei wichtige Artikel erscheinen 2025 und 2026 in der Zeitschrift Science. Sie zeigen: Wenn Säugetiere altern, gibt es eine radikale Neuverteilung der Zellen im Körper. Und sie beschreiben einige epigenomische Anleitungen, die diesen Prozess steuern. Cao sagt: „Es gibt molekulare Veränderungen und vielleicht noch andere Veränderungen beim Altern, aber alle führen zum Umbau der Zell-Gesellschaft."

Quanta spricht mit Cao über Beweise für die Programm-Theorie des Alterns, darüber was in jeder Stufe passiert, und warum alternde Säugetiere wie Bäume sind, die Blätter verlieren. Das Interview ist gekürzt und bearbeitet, damit man es besser versteht.

Du hast als Student mit dem Altern begonnen. Wie hat sich dein Ansatz verändert?

In der Uni dachte ich: Das Problem beim Altern ist, dass es kein Medikament gibt. Ich dachte, wir entwickeln ein magisches Medikament oder eine Chemikalie, die das Leben von Tieren verlängert. Deshalb gehe ich in ein Labor für Computer-Arznei-Design. Dort will ich Peptide designen, die auf Moleküle zielen, die mit dem Altern zu tun haben. Aber das große Problem ist: Wir wissen nicht, auf welche Moleküle wir zielen sollen.

Nach dem Abschluss gehe ich in die USA und arbeite am Jackson Laboratory. Das ist eine biomedizinische Forschungs-Organisation in Maine. Dort arbeite ich als wissenschaftlicher Assistent. Ich forsche zu molekularen Wegen, die mit dem Altern zu tun haben. [Der Quelltext endet hier.]