Den Druck spüren: Wie der Darm wahrnimmt, wann repariert werden muss
Die meisten Menschen glauben, dass der Darm auf das reagiert, was wir essen, oder auf die Mikroorganismen, die in ihm leben. Doch Tag für Tag wird unser Darm überdies gedehnt, zusammengedrückt und komprimiert, während er die Nahrung durch das Verdauungssystem befördert. Laut Ditte Skovaa Andersen, außerordentliche Professorin an der Universität Kopenhagen(öffnet in neuem Fenster), könnten diese physikalischen Kräfte für die Gesunderhaltung des Darms ebenso wichtig wie die chemischen Signale sein. „Der Darm wird während der Verdauung und beim Transport der Nahrung durch das Verdauungssystem ständig gedehnt, komprimiert und Druck ausgesetzt“, erklärte sie. „Diese mechanischen Kräfte helfen den Darmzellen dabei, Wachstum, Regeneration und Nährstoffaufnahme zu regulieren.“ Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen untersuchte Andersen im Rahmen des Projekts MECHANOGUT, wie Darmstammzellen diese Kräfte erkennen und auf sie reagieren. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit stand die Mechanosensation, die Fähigkeit der Zellen, Veränderungen in ihrer physikalischen Umgebung wahrzunehmen und darauf zu reagieren.
Eine selbsterneuernde Fabrik
Der Darm erneuert sich stets und ständig. Alte Zellen werden abgestoßen und durch neue ersetzt, die von den Darmstammzellen gebildet werden. Zu verstehen, woher diese Stammzellen wissen, wann sie sich teilen müssen und welche Zelltypen sie bilden sollen, stellt eine zentrale Frage der regenerativen Biologie dar. „Ich beschreibe den Darm oft als eine sich selbst erneuernde Fabrik“, erläuterte Andersen. „Stammzellen produzieren kontinuierlich neue Zellen, um alte zu ersetzen, und wir untersuchen, wie die durch den Verlust alter oder beschädigter Zellen entstehenden physikalischen Kräfte diesen Prozess lenken.“ Zur Untersuchung dieser Mechanismen verwendete Andersen die Taufliege Drosophila, einen leistungsfähigen Modellorganismus, der viele der grundlegenden biologischen Prozesse mit dem Menschen teilt. „Am Darm der Fliege können wir diese Vorgänge in einem lebenden Organismus mit einer Präzision beobachten, die bei Säugetieren nur schwer erreichbar ist“, erklärte sie.
Wie Stammzellen Schäden erkennen
Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Projektarbeit lautet, dass Stammzellen offenbar wahrnehmen können, wenn benachbarte Zellen verloren gegangen oder beschädigt worden sind. Die Forschungsgruppe fand heraus, dass ein mechanosensitiver Rezeptor mit der Bezeichnung Cirl/Latrophilin(öffnet in neuem Fenster) nach einer Schädigung der Darmschleimhaut stark aktiviert wird. In ihren Ergebnissen deutet sich an, dass Stammzellen diesen Signalweg nutzen, um Veränderungen in ihrer Umgebung wahrzunehmen und die Gewebereparatur zu koordinieren. „Wir gehen davon aus, dass Stammzellen diesen Signalweg nutzen, um den Verlust reifer Nachbarzellen zu erkennen und ihre Differenzierung derart zu steuern, dass die verlorenen Zellen ersetzt werden“, fügte Andersen hinzu. Dieser Prozess ist besonders wichtig für den Erhalt der Darmbarriere, jener Schutzschicht, die Nährstoffe in den Körper eintreten lässt und gleichzeitig schädliche Bakterien und Giftstoffe fernhält. Ist diese Barriere geschwächt, kann es zu Entzündungen kommen, die Verdauungsstörungen und andere Gesundheitsproblemen auslösen können.
Auswirkungen über den Darm hinaus
Die Ergebnisse könnten der Wissenschaft letztlich hilfreich dabei sein, Probleme wie entzündliche Darmerkrankungen und altersbedingte Beeinträchtigungen der Gewebereparatur besser zu verstehen. „Mechanische Signale erweisen sich in zunehmendem Maße als kritische Auslöser von Magen-Darm-Erkrankungen wie entzündlichen Darmerkrankungen und Darmkrebs“, stellte Andersen fest. Darüber hinaus unterstreicht die Arbeit eine immer mehr an Bedeutung gewinnende Erkenntnis in der Biologie: Zellen reagieren nicht nur auf chemische Stoffe, sondern auch auf physikalische Kräfte. Zu verstehen, wie diese mechanischen Reize interpretiert werden, könnte daher weit über das Verdauungssystem hinausreichende Auswirkungen haben. Im Rahmen von MECHANOGUT wird aufgezeigt, wie Stammzellen physikalische Informationen mit biologischen Signalen verknüpfen. Daraus resultiert nicht nur Verständnis dafür, wie sich der Darm selbst regeneriert, sondern auch dafür, wie komplexe lebende Gewebe lebenslang ihre Struktur beibehalten.
