Die meisten von uns gehen gern ins Gym. Das Gefühl, wenn der Muskel kontrahiert und sich mit Blut füllt, möchten viele unserer Leser sicherlich nicht missen. Doch jeder kennt wohl auch die Tage, an denen es schwieriger ist, sich aufzuraffen und zum Sport zu motivieren. Wie wir wissen, sind zahlreiche Stoffwechselwege in unserem Körper für die vielzähligen positiven Effekte der körperlichen Betätigung auf unsere Ästhetik und die Gesundheit verantwortlich. Forscher arbeiten an immer neuen Möglichkeiten, diese auch ohne Anstrengung nachzuahmen. Experimente an der University of Michigan zeigten nun vielversprechende Ergebnisse, die in Zukunft eventuell sogar das Training ersetzen könnten.
Egal, ob ein Spaziergang im Park oder ein intensives Training im Gym. Die Vorteile von körperlicher Betätigung sind unumstritten. Aber was wäre, wenn wir diese Vorteile auch ohne die schweißtreibende Arbeit herbeiführen könnten? Das mag im ersten Moment nach einer Lösung für faule Menschen zu klingen, doch in der medizinischen Praxis könnten Maßnahmen, die den Effekt von Training ersetzen, kranken oder verletzten Menschen dabei helfen, schneller wieder gesund zu werden oder sich überhaupt wieder in nennenswertem Umfang bewegen zu können.
Forscher an der University of Michigan forschen derzeit an einer Klasse von natürlich vorkommenden Proteinen, die in unserem Körper dafür verantwortlich sind, dass sich körperliche Aktivität in gesundheitliche Vorteile oder die Progression im Training überträgt [1]. Eines dieser Proteine trägt den Namen Sestrin. Vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Protein vermehrt nach dem Training im Muskel auftritt und sich dort ansammelt. Die Versuche der Forscher konnten jetzt veranschaulichen, dass die Überexpression von Sestrin viele der positiven Folgen des Trainings in Fliegen und Mäusen nachahmen kann.
Versuche an Fliegen
Den ersten Schritt, den sie dafür vorgenommen haben war, Fliegen dazu zu bringen, sich vermehrt zu bewegen, um sie zu trainieren. Dafür machte man sich den natürlichen Instinkt von Drosophila Fliegen zunutze, stets nach oben klettern zu wollen. Tatsächlich gehört diese Art der Taufliegen zu den am besten untersuchten Organismen. Sie wird sehr häufig in der Forschung eingesetzt, um in frühen Phasen gewisse Mechanismen und Wirkungsweisen aufzuklären. Um die Fliegen zu trainieren, entwickelten die Wissenschaftler sogar eine Art Laufband für die Tiere und ließen sie drei Wochenlang an ihrer Fitness arbeiten. Anschließend verglich man die Lauf- und Flugfähigkeiten der trainierten Tiere mit untrainierten Fliegen und Fliegen, die so gezüchtet wurden, dass sie kein Sestrin produzieren.
Drosophila Fliegen können üblicherweise für vier bis sechs Stunden am Stück laufen und diese Dauer mit der Zeit verbessern. Fliegen, die kein Sestrin produzieren, verbessern sich hingegen nicht. Als die Forscher dafür sorgten, dass die Fliegen mehr Sestrin in den Muskeln produzierten als gewöhnlich, beobachteten sie, dass diese Fliegen selbst ohne Training deutlich leistungsfähiger waren als die trainierten Tiere. Die Überproduktion von Sestrin konnte das Training sogar übertrumpfen. Man testete außerdem, ob sich die Leistung der Fliegen weiter steigert, wenn man sie mehr Sestrin produzieren und gleichzeitig trainieren. Dabei fand man jedoch heraus, dass das zusätzliche Workout keine weitere Steigerung erbringt. Das Protein konnte das Training also vollständig ersetzen.
Versuche an Mäusen
Die vorteilhaften Auswirkungen von Sestrin umfassen aber nicht nur die Ausdauerleistung. An Mäusen, die kein Sestrin produzieren, konnte man nachweisen, dass die verbesserte aerobe Kapazität, Atmungskapazität und Fettverbrennung selbst mit Training nicht auftreten. Die Forscher vermuten, dass das Protein die biologischen Fähigkeiten reguliert, in dem es metabolische Prozesse an- oder abschaltet.
Im Rahmen einer Kooperation mit der Pompeu Fabra Universität in Spanien konnte man ebenfalls demonstrieren, dass muskelspezifisches Sestrin dabei helfen kann, den Abbau von Muskulatur zu verhindern, wenn dieser Muskel stillgelegt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Gliedmaße im Rahmen einer Verletzung eingegipst wird. Diese unabhängige Studie demonstriert eindrucksvoll, dass die Effekte von Sestrin unabhängig der körperlichen Betätigung sind und das Training in Bezug auf die Kraft und den Muskelabbau während einer Pause ersetzen können.
Welche Mechanismen sorgen für die Effekte?
Auf mechanistischer Ebene konnte man herausfinden, dass Sestrin hauptsächlich auf den mTOR/AKT Signalweg wirkt. Der wissenschaftlich interessierte Leser wird wissen, dass dies der hauptsächliche Mechanismus ist, über den die Muskelproteinsynthsese (MPS) gesteigert wird und so für einen vermehrten Muskelaufbau sorgt. Zwar wurde die körperliche Leistung hier in Form der Ausdauerleistung gemessen, doch könnten sich durch die Steigerung der Sestrin-Expression auch deutliche Vorteile in Bezug auf die Hypertrophie ergeben.
Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Sestrin, genauer gesagt der Vertreter Sestrin1, auf das Protein PGC1 wirkt. Dieses ist dafür verantwortlich, dass wir nach dem Training mehr Mitochondrien in den Muskelzellen aufbauen und sich unsere oxidative Kapazität verbessert. Diese stellen die „Kraftwerke“ der Zellen dar und sind für die Produktion von Energie verantwortlich. Mehr Mitochondrien bedeuten mehr Kraft und mehr Ausdauer. Ein weiters Indiz dafür, dass Sestrin das Training ersetzen könnte. Sestrin1 ist speziell in den Muskelzellen der bedeutendste Vertreter der Protein-Gruppe.
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Fliegen und Mäuse sind keine Menschen
Bei der Interpretation von Tierstudien sollte man stets vorsichtig sein, denn ihr Stoffwechsel kann sich mitunter in den wichtigen Punkten erheblich unterscheiden. Wie die Autoren des Papers jedoch in ihrer Diskussion berechtigterweise schreiben, konnte man den Effekt von Sestrin an zwei genetisch sehr weit auseinander liegenden Spezies nachweisen. Während Drosophila Fliegen zu den Insekten gehören, sind Mäuse als Säugetiere dem Menschen genetisch gesehen erheblich ähnlicher. Dennoch sind Humanstudien nötig, um den Sachverhalt für uns Menschen abschließend zu klären.
Könnten Sestrin-Supplements in Zukunft das Training ersetzen?
Da wir als Bodybuilder, Kraftsportler oder Fitness-Athleten stets auf der Suche nach Möglichkeiten sind, unsere Leistungsfähigkeit und unseren Muskelaufbau zu verbessern, stellt sich natürlich die berechtigte Frage, ob uns die exogene Zufuhr des Proteins helfen könnte, unsere Ziele zu erreichen oder sogar unser Training zu ersetzen. Doch da müssen uns die Forscher für den Moment vertrösten. Bei Sestrinen handelt es sich um kleine Moleküle, die nicht einfach eingenommen werden können. Aber man arbeitet bereits an Sestrin-Modulatoren, die die körpereigene Produktion steigern könnten. Dafür muss man jedoch zunächst vollständig verstehen, wie der Prozess der Herstellung im Körper genau abläuft und an welchen Stellschrauben man ansetzen muss.
Weiterhin ist zu erwarten, dass derartige Modulatoren nicht als Nahrungsergänzungsmittel zugelassen werden, sondern als Arzneimittel. Sollte es gelingen, den Mechanismus nachzuahmen und so das körperliche Training zu ersetzen, würde es sich um hochgradig einflussreiche Stoffe handeln, die eine hohe klinische Relevanz besitzen. Weiterhin würden sie sehr wahrscheinlich auch auf der Liste für verbotene Substanzen der Welt-Anti-Doping-Argentur (WADA) landen. Doch wie wir aus Erfahrung wissen, schreckt das viele Athleten nicht vor dem Gebrauch ab.
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Primärquelle:
Michigan Medicine – University of Michigan. „A replacement for exercise? A protein called Sestrin might be responsible for many of the benefits of a good workout.“ ScienceDaily. ScienceDaily, 13 January 2020.
Literaturquelle:
- Myungjin Kim, et. al: Sestrins are evolutionarily conserved mediators of exercise benefits. Nature Communications, 2020; 11 (1)
