Der besondere Saft

Fr, 23.01.2015 - 08:14 — Gottfried Schatz

Wie unsere Blutzellen reifen – und sterben. Die Reifung unserer verschiedenen Blutzellen wird nicht nur von deren Genen, sondern auch von anderen Zellen und vom Zufall bestimmt, wobei jeder Reifungsschritt die Möglichkeiten der weiteren Entwicklung einengt. – Der Schicksalsweg einer Blutzelle gleicht so in vielem dem eines Menschen.

«Blut ist ein ganz besonderer Saft», mahnt Mephistopheles den übermütigen Faust, der den Wert seiner in Blut geleisteten Unterschrift verspottet. Blut gilt seit Urgedenken als Symbol des Lebens. Es versorgt unseren Körper mit Nahrung und Sauerstoff, schützt ihn vor bedrohlichen Eindringlingen und durchspült ihn mit Hormonen und anderen Wirkstoffen, die den Gleichklang der Zellen regeln.

Unser Blut ist jedoch eher ein Symbol des Todes. Die 25 000 Milliarden roten Blutkörperchen, die in ihm treiben, sind abgestorbene Zellen, die ihr Erbmaterial und fast alle Zellorgane verloren haben. Dennoch tragen sie etwa 120 Tage lang unermüdlich Sauerstoff aus der Lunge in die Gewebe, bis Fresszellen in der Milz oder der Leber sie verschlingen. Etwa 200 Milliarden von ihnen fallen täglich diesem Massaker zum Opfer. Und unsere 1500 Milliarden Blutplättchen sind nichts weiter als leblose, von Spenderzellen abgeschnürte Bläschen, welche die Gerinnung des Blutes in Wunden einleiten. (Abbildung).

Abbildung; Mikrokosmos Blut. Links: Der Blutausstrich zeigt überwiegend kernlose Eryzhrozyten (Bild: modifizert.nach Wikipedia). Rechts: 3 Arten Blutkörperchen: Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten (Bild modifiziert nach: Blausen.com staff. "Blausen gallery 2014". Wikiversity Journal of Medicine 1 (2)).

Ein Mikrokosmos

Dennoch trägt Blut auch Leben. Die 50 Milliarden weißen Blutkörperchen – die Leukozyten – sind lebendige, vollwertige Zellen. Sie verteidigen uns gegen Infektionen und bilden eine weitverzweigte Familie, deren Mitglieder unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen. Viele von ihnen entweichen sogar dem Blutkreislauf, um auch in den Geweben oder der Lymphe ihres Wächteramtes zu walten. Dennoch sind auch Leukozyten Symbole des Todes: Um bei Gefahren als schnell abrufbare Reserve bereit zu sein, warten unzählige von ihnen untätig im Knochenmark und begehen schließlich dort Selbstmord, ohne je eine Wirkung entfaltet zu haben. Wieder andere weiße Blutzellen töten sich, wenn der Thymus erkennt, dass ihr immunologisches Geschütz sich gegen uns selbst richten könnte.

So sind die fünf Liter unseres Blutes ein Mikrokosmos, in dem sich Leben und Tod helfend die Hände reichen – und der uns beispielhaft zeigt, wie eine befruchtete Eizelle die über 200 verschiedenen Zelltypen unseres Körpers bilden kann. Alle die lebenden und abgestorbenen Blutkörperchen leiten sich nämlich von einer einzigen Zellart ab, die im Knochenmark mit ihresgleichen winzige Gemeinschaften bildet. Diese blutbildenden «Stammzellen» machen zwar nur ein Zehntausendstel aller Knochenmarkzellen aus, doch eine einzige von ihnen kann einer todgeweihten Maus, deren Knochenmark durch Bestrahlung zerstört wurde, neues Blut und damit das Leben schenken.

Geheimnisvolles Netz

Diese wundersamen Stammzellen sichern ihren Fortbestand, indem sie sich in zwei gleiche Tochterzellen teilen. Weit häufiger jedoch bilden sie zwei verschiedene Tochterzellen: eine neue Stammzelle und eine «Progenitorzelle», deren Nachkommen sich dann schnell vermehren und zu Blutzellen reifen. Je «unreifer» eine solche Progenitorzelle ist, desto grösser ist die Vielfalt der Blutzellen, die sie hervorbringen kann. Anfangs umfasst diese Vielfalt fast alle Blutzellen, engt sich dann aber mit zunehmendem Reifungsgrad auf weiße oder rote Blutzellen ein, um sich schließlich auf einen einzigen voll ausgereiften Zelltyp zu beschränken.

Ein geheimnisvolles Netz von Protein-Botenstoffen entscheidet, ob und wie sich eine Stammzelle teilt und welchen Reifungsweg eine Progenitorzelle einschlägt. Diese Botenstoffe kreisen entweder als Hormone im Blutstrom oder warten an der Oberfläche von Helferzellen. Wenn sie sich an eine Stamm- oder Progenitorzelle binden, schalten sie in ihr bestimmte Gene an oder ab und bestimmen so das weitere Schicksal der Zelle. Die Konzentration dieser Protein-Botenstoffe im Blut ist so verschwindend gering, dass lange Zeit ein dichter Schleier sie verhüllte. Erst die Molekularbiologie vermochte diesen Schleier in jahrelanger mühevoller Arbeit zu lüften, so dass wir heute viele dieser Proteine in reiner Form und ausreichender Menge herstellen können.

Das Hormon Erythropoetin – kurz EPO genannt – ist das bekannteste unter ihnen. Es fördert die Umwandlung unreifer Blutzellen, die noch keinen roten Blutfarbstoff besitzen, in funktionstüchtige rote Blutkörperchen – und ist deshalb auch als Dopingmittel berüchtigt. Ein anderes, medizinisch eingesetztes Hormon, das Filgrastim (Granulozyten-Kolonie stimulierender Faktor - G-CSF), beschleunigt die Reifung weißer Blutzellen, die uns vor Infektionen schützen. Mit diesen hochwirksamen und äußerst spezifischen Wundermitteln hat die moderne Gentechnik unzähligen Menschen das Leben gerettet.

So verschieden unsere weißen Blutzellen auch sind – sie haben eines gemeinsam: Sie töten sich selber, wenn ihnen die richtigen Hormone oder der direkte Kontakt mit den richtigen Helferzellen fehlen. Das in ihnen schlummernde Selbstmordprogramm ist fast ebenso fein gewirkt und genau gesteuert wie das, welches das Wachstum der Zelle regelt. Gleiches gilt auch für die (noch) lebendigen Vorstufen der roten Blutkörperchen. Mit zunehmender Reife verengt sich der Aufgabenbereich einer Blutzelle und zwingt ihr meist auch eine streng begrenzte Lebensspanne auf.

Die Evolution hat vielzellige Lebewesen gelehrt, dass Wachstum die Gefahr von Mutationen heraufbeschwört, die das delikate Zusammenspiel der verschieden Zelltypen bedrohen. In Stammzellen, den Urmüttern aller Blutzellen, wären solche Mutationen besonders fatal, könnten sie doch alle Blutzellen schädigen. Stammzellen teilen sich deshalb nur selten und behalten bei einer asymmetrischen Zellteilung auf noch rätselhafte Weise die Originalstränge des Erbmaterials DNA für sich zurück. So schützen sie sich vor Kopierfehlern, die zu vorzeitigem Altern oder Krebs führen könnten. Die massive Zellvermehrung für den Ersatz abgestorbener Blutzellen überlassen sie den Progenitorzelle, deren begrenztes Leben die langfristigen Schäden von Kopierfehlern verringert.

Ein gesunder Körper regelt die Reifung der verschiedenen Blutzell-Populationen mit hoher Präzision, doch das Schicksal einer einzelnen Zelle ist weitgehend dem Zufall überlassen. Wenn sich eine unreife Progenitorzelle in zwei gleiche Tochterzellen teilt, wählen diese oft unterschiedliche Reifungswege, auch wenn sie den gleichen Bedingungen ausgesetzt sind. Solche Zufallsereignisse spielen bei der Entwicklung von Lebewesen eine bedeutende Rolle und erlauben es der Natur, die in Genen gespeicherte Erbinformation flexibel zu interpretieren. Bei der Entwicklung großer Zellpopulationen verschleiert das Gesetz der großen Zahl diese individuellen Zufallsschwankungen. Hormone wie Erythropoetin, welche die Reifung von Blutzellen steuern, beeinflussen lediglich die Wahrscheinlichkeit, mit der eine reifende Progenitorzelle den einen oder anderen Reifungsweg wählt. Das Schicksal einer Blutzelle wird somit nicht nur von ihren Genen, sondern auch von ihrer Wechselwirkung mit anderen Zellen sowie vom Zufall bestimmt. Und dieses Schicksal kann, wie uns die unermüdlich arbeitenden leblosen roten Blutzellen zeigen, selbst den Tod überdauern.

Schicksalsweg

Auch unsere Hautzellen zeigen dies auf eindrückliche Weise. Die äußerste Schicht unserer Haut – die Epidermis – besteht aus abgestorbenen Zellen, deren Proteinpanzer uns vor Verletzungen und Austrocknung schützt. Auch diese Zellen reifen aus Stammzellen, töten sich zur rechten Zeit, erfüllen dann ihre Aufgabe weit über den Tod hinaus und schuppen schließlich von uns ab, um neuen Zellen Platz zu machen und als Haushaltsstaub zu enden. Wir bewundern die Häutung einer Schlange – doch wir selbst erneuern die Epidermis im Verlauf unseres Lebens mindestens eintausendmal.

Der Schicksalsweg einer Blutzelle erinnert an den eines Menschen. Auch unser Leben wird vom Wechselspiel zwischen Genen, Umfeld und Zufall geprägt; auch bei uns verringert jeder Reifungsschritt die Vielfalt der noch möglichen Lebenswege; und viele große Menschen haben bewiesen, dass auch bei uns der Tod nicht immer das Ende eines Schicksals ist.

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Weiterführende Links

Entstehung der roten Blutkörperchen - Der Mensch. Video 1:03 min
Blut - Saft des Lebens. Artikel und Video :43 min (Planet Wissen) http://www.planet-wissen.de/natur_technik/anatomie_mensch/blut/index.jsp

White Blood Cell Chases Bacteria. Video 0:28 min