Stell dir vor, du hast eine Uhr, mit der du mit verblüffender Genauigkeit das Alter beinahe jeder Zelle in deinem Körper messen kannst. Was nach einer Erfindung aus der Zukunft klingt, ist heute schon möglich. Zu verdanken haben wir dies einem Mathematiker, dem deutsch-amerikanischen Forscher Steve Horvath. Mit der nach ihm benannten Horvath Uhr (engl. Horvath clock) können wir das biologische Alter von Zellen auf die Monate genau bestimmen.
In diesem Artikel tauchen wir tief in die Welt der Horvath Clock ein und erklären, was diese epigenetische Uhr so einzigartig macht, wie sie funktioniert, und welche Implikationen sie für die Altersforschung hat. Außerdem wirst du mehr über ihren Entdecker, Steve Horvath erfahren.
Wer ist Steve Horvath?
Steve Horvath ist ein deutscher-amerikanischer Biostatistiker, Genetiker und führender Forscher auf dem Gebiet der Altersforschung. Geboren in Deutschland und später in die Vereinigten Staaten immigriert, lehrt Horvath derzeit als Professor für Humangenetik und Biostatistik an der University of California, Los Angeles (UCLA).
Bereits in seiner frühen Jugend faszinierte Steve Horvath das Konzept des Alterns. Vor allem die Frage, wie man länger gesund leben kann, beschäftigte den jungen Steve Horvath sehr. Zusammen mit seinem Zwillingsbruder und einem gemeinsamen Freund, schworen sich die Drei in ihrem Berufsleben danach zu streben, die Frage nach dem gesunden Altern zu beantworten. Vorbild war das alte, babylonische Epos von Gilgamesch, der auf seiner Suche nach der ewigen Jugend bis in die Tiefen des Ozeans taucht, um dort das Kraut der Unsterblichkeit zu finden.
Steve Horvath entdeckte zwar nicht „das Kraut der Unsterblichkeit“, er entwickelte ein mathematisches Modell, mit dem er das Altern selbst abbilden konnte. Und damit, so seine Hoffnung, sei die Grundlage geschaffen, das Altern auch umzukehren.
Was ist die Horvath Clock?
Die Horvath Clock ist ein epigenetischer Test, der das biologische Alter eines Individuums misst. Grundlage dieser Methode ist die Analyse von DNA-Methylierungsmustern, die systematisch im Laufe der Zeit verändert werden. DNA-Methylierung ist ein epigenetischer Mechanismus, bei dem Methylgruppen zu den DNA-Molekülen hinzugefügt werden und somit die Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz beeinflusst wird.
Steve Horvath entdeckte, dass bestimmte Regionen der DNA - sogenannte CpG-Stellen - im Laufe des Lebens systematische Veränderungen in ihren Methylierungsmustern aufweisen. Durch die Untersuchung und Kartierung dieser spezifischen Veränderungen konnte Horvath eine "epigenetische Uhr" erstellen, die das biologische Alter eines Organismus anhand der Methylierung an 353 spezifischen CpG-Stellen sehr genau vorhersagt.
Wusstest Du?
Die wissenschaftliche Arbeit von Steve Horvath wurde zunächst von vielen Editoren abgelehnt. Die Ergebnisse und die Genauigkeit der Horvath clock seien „zu genau, um wahr zu sein.“ Nach mehreren Absagen hat Steve Horvath sich zunächst drei Flaschen Bier gegönnt und dann einen wütenden Brief an den Editor geschrieben. Mit Erfolg, sein Artikel wurde daraufhin im renommierten „Genome Biology“ veröffentlicht.
Die Messung des biologischen Alters: Das Konzept des "biologischen Alters"
Traditionell wird das Alter eines Menschen durch das chronologische Alter, also die Anzahl der Jahre seit der Geburt, definiert. Das biologische Alter hingegen bezieht sich auf den physiologischen Zustand des Körpers und kann stark vom chronologischen Alter abweichen. Ein jüngeres biologisches Alter kann auf eine bessere Gesundheit und ein längeres Leben hinweisen, während ein älteres biologisches Alter ein erhöhtes Risiko für altersbedingte Krankheiten und vorzeitige Sterblichkeit anzeigen kann.
Die Horvath Clock bietet eine Methode zur Bewertung dieses biologischen Alters, indem sie das Muster der DNA-Methylierung in Blutproben, Speichel oder anderen Zelltypen analysiert. Diese Methodik hat sich als extrem präzise erwiesen und bietet wertvolle Einblicke in den Alterungsprozess auf zellulärer Ebene.
Wusstest Du?
Das biologische Alter ist selbst für wissenschaftliche Verhältnisse unglaublich genau. Biomarker haben in etwa eine Korrelation von 0,6 bis 0,7. Zum Vergleich, die Länge der Telomere, für die Elisabeth Blackburn den Nobelpreis erhalten hat, eine Korrelation mit dem Alter von 0,5. Die Horvath Clock wies eine Korrelation von beeindruckenden 0,96 auf!
Oder anders herum ausgedrückt, Die Horvath Uhr ist ein sehr genaues Messinstrument.
Epigenetik und die Horvath Clock
Epigenetik ist ein Forschungsgebiet, das sich mit den Veränderungen in der Genexpression befasst, die unabhängig von Änderungen in der DNA-Sequenz auftreten. Epigenetische Mechanismen, wie DNA-Methylierung, spielen eine Schlüsselrolle in der Regulation vieler biologischer Prozesse und sind entscheidend für die Anpassungsfähigkeit eines Organismus an Umweltfaktoren.
Die Horvath Clock nutzt diese epigenetischen Prinzipien, um das biologische Alter zu schätzen. Durch die systematische Erfassung der Methylierungszustände von 353 spezifischen CpG-Stellen kann die Uhr präzise Vorhersagen über das biologische Alter des getesteten Gewebes machen. Diese CpG-Stellen wurden anhand ihrer starken Korrelation mit dem chronologischen Alter in verschiedenen Gewebetypen identifiziert, was die Horvath Clock zu einem universellen Werkzeug für verschiedene biologische Proben macht.
Methylierungen, Epigenetik – geht es auch einfacher?
Zugegeben, viele der genannten Konzepte sind höchst wissenschaftlich. Damit du dennoch ein besseres Verständnis dafür bekommst und nicht dutzende von Studien lesen musst, versuchen wir dir hier die Zusammenhänge anhand eines Beispiels leichter zu erklären.
Stell dir deine DNA wie ein überdimensionales Orchester vor. Rund um jedes Instrument sind Lautstärkeregler platziert, die man lauter oder leiser drehen kann. Diese Lautstärkeregler symbolisieren die Epigenetik. Über verschiedene, biochemische Prozesse (wir die bereits genannte Methylierung), kann unser Körper gewisse Bereiche der DNA lauter oder leiser stellen. Übersetzt bedeutet dies, dass über die Epigenetik bestimmt wird, welche Teile der DNA abgelesen werden und welche nicht.
Steve Horvath hat nun herausgefunden, dass es für das Altern ganz bestimmte Muster in der Einstellung dieser Lautstärkeregler gibt. Und genau das misst die Horvath Uhr. Somit kann Horvath ziemlich genau sagen, wie „alt“ eine Zelle auf biochemischer Ebene ist.
Anwendungen der Horvath Clock
Die Horvath Clock hat weitreichende Anwendungsmöglichkeiten, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in klinischen und medizinischen Kontexten:
- Forschung zur Alterung und Langlebigkeit: Die Horvath Clock ermöglicht es Wissenschaftlern, den Einfluss verschiedener Faktoren auf den Alterungsprozess zu untersuchen. Dazu gehören Umweltfaktoren, genetische Prädispositionen und Lebensstiländerungen. Forschungsergebnisse können genutzt werden, um Strategien zur Gesundheitsförderung und Lebensverlängerung zu entwickeln.
- Früherkennung von Krankheiten: Das biologische Alter, gemessen mit der Horvath Clock, kann Frühindikatoren für altersbedingte Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen liefern. Dies ermöglicht frühzeitige Interventionen und gezielte Präventionsmaßnahmen.
- Überwachung von Therapien: Die Horvath Clock kann genutzt werden, um den Erfolg von Anti-Aging-Therapien oder anderen medizinischen Interventionen zu bewerten. Veränderungen im biologischen Alter könnten anzeigen, wie effektiv eine bestimmte Behandlung ist.
- Klinische Studien: In klinischen Studien kann die Horvath Clock dazu verwendet werden, die Auswirkungen neuer Medikamente oder Interventionen auf den Alterungsprozess zu bewerten und so deren potenzielle Vorteile oder Risiken vor der Markteinführung zu ermitteln.
Horvath Uhr, EpiAge, DunedinPACE oder TruAge – was steckt hinter den neuen Generationen?
Neben der Horvath clock gibt es mittlerweile eine ganze Reihe an epigenetischen Tests, die das biologische Alter messen können. Das Konzept ist immer noch größtenteils das gleiche, sprich auch die neueren Tests messen Methylierungsstellen auf der DNA. Der Unterschied liegt zum einen darin, welche Stellen gemessen werde (der EpiAge Test nutzt z.B. „nur“ 13 Stellen, die dafür umso genauer sind) und zum andern unterscheidet sich der Algorithmus dahinter. Tests, wie der DunedinPACE Test geben an, mit welcher Geschwindigkeit man altert. Falls du dich fragst, woher der Name kommt. Dunedin ist eine Stadt in Neuseeland, in der die Daten für den Test gesammelt wurden. Der DunedinPace und der TruAge Test sind auch die Grundlage von den Rejunvenation Olympics. Einem Wettkampf, der von dem Amerikaner Bryan Johnson, ins Leben gerufen wurde, um festzustellen, wer am langsamsten altert. Dies hat neben Bryan Johnson auch weitere Biohacker angezogen, z.B. den 61-Jährigen Dave Pascoe, welcher ein biologisches Alter von gerade einmal 38 Jahren aufweist. Ziemlich beeindruckend.
Was beeinflusst die Horvath Clock?
Seit mehr als 10 Jahren werden die Horvath Clock und deren Nachfolger bereits getestet. Dabei kamen einige interessante Fakten heraus. Die wohl erstaunlichste ist, dass das biologische Alter beeinflussbar ist. Insbesondere die Biohacker Szene konnte eindrucksvoll beweisen, dass man sein biologisches Alter nach hinten drehen kann.
Aber wie sieht es in die andere Richtung aus und gibt es auch Fälle, in denen sich das biologische Alter nur für eine kurze Zeit ändert?
Älteres biologisches Alter – ein Risikomarker?
In der Wissenschafts-Community herrscht noch immer keine Einigkeit, wie man die Ergebnisse der Horvath Uhr interpretieren soll. Sind sie „nur“ ein mathematisches Modell oder spiegeln sie wirklich Alterungsprozesse in unserm Körper wieder? Um diese Frage ein wenig besser zu klären, haben die Forscher riesige Mengen an Daten ausgewertet. Dabei zeigte sich ein Zusammenhang ziemlich deutlich. Menschen mit einer hohen Diskrepanz zwischen dem chronologischen Alter und dem biologischen Alter, haben ein erhöhtes Risiko bestimmte Krankheiten, z.B. des Herz-Kreislauf-System zu entwickeln.
OP, Stress und Infektionen als kurzfristige Einflussfaktoren
Stell dir vor, du hast einen Test zur Ermittlung deines biologischen Alters gemacht und du bist älter als erwartet. Für viele bestimmt ein Schock und zusätzlich stellt sich die Frage, ob man nun ein erhöhtes Risiko für gewisse Erkrankungen besitzt. An diesem Beispiel wird deutlich, dass die Messung des biologischen Alters nicht immer das komplette Bild zeigt. Denn sie ist auch durch kurzfristige Ereignisse beeinflussbar.
Um diesen Effekt nachzuweisen, haben die Forscher in dieser Studie sich verschiedene Szenarien genauer angeschaut:
Operationen lassen uns älter werden -zumindest kurzfristig
Operationen bedeuten eine Menge Stress für unseren Körper. Die Vermutung lag also nahe, dass sich dies auf unser biologisches Alter auswirkt. Und tatsächlich. Kurz nach einer Operation schoss das biologische Alter nach oben. Wahrscheinlich ist dies ein Zeichen unseres Körpers, dass er viele Ressourcen für die Reperatur verbraucht. Die gute Nachricht. Bereits wenige Tage nach einem Eingriff, normalisierte sich das biologische Alter
Infektionen beeinflussen die Horvath clock
Auch Infektionen, wie COVID-19, haben einen nachweisbaren Effekt auf unser biologisches Alter. Sie lassen uns für eine kurze Zeit älter erscheinen, als wir eigentlich sind. Aus diesem Grund empfiehlt es sich keinen epigenetischen Alterstest zu machen, wenn man sich krank fühlt, oder wenn man gerade erst eine Infektion hinter sich hat. Die Ergebnisse können dadurch verfälscht sein.
Und noch einen letzten, spannenden Punkt haben die Forscher in ihrer Arbeit festgestellt. Auch Stress scheint uns nicht nur äußerlich älter werden, sondern auch innerlich wird das biologische Alter durch Stress beeinflusst.
Fallbeispiele: Praktische Anwendungen der Horvath Clock
In den letzten Jahren hat sich die Horvath Uhr als festes Instrument in der Wissenschaft etabliert. Wir wissen inzwischen, dass uns das biologische Alter sehr fundierte Auskünfte über unsere Gesundheit geben kann. Die richtige Ernährung, Sport und Stressabbau können das biologische Alter senken.
Ebenso kann die Horvath Uhr und die Nachfolger dazu eingesetzt werden, um potentielle Moleküle in der Langlebigkeitsforschung zu testen. So wurde zum Beispiel in dieser Studie das Molekül Alphaketoglutarat für 7 Monate getestet. Die Probanden nahmen für diesen Zeitraum täglich einen Mix aus Alphaketoglutarat und Vitaminen. Das beeindruckende Endergebnis: Die Teilnehmer konnten ihr biologisches Alter im Schnitt um 8 Jahre senken!
Herausforderungen und zukünftige Forschung
Trotz der beeindruckenden Erfolge der Horvath Clock gibt es weiterhin Herausforderungen und offene Fragen. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die Mechanismen besser zu verstehen, die den epigenetischen Veränderungen zugrunde liegen, die von der Horvath Clock gemessen werden. Ein tieferes Verständnis könnte dazu beitragen, gezielte Interventionen zu entwickeln, die den Alterungsprozess verlangsamen oder umkehren könnten.
Zudem ist es wichtig, weitere Validierungsstudien durchzuführen, um die Genauigkeit der Horvath Clock in verschiedenen Populationen und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen zu verifizieren. Solche Studien könnten dabei helfen, die allgemeine Anwendbarkeit der Uhr zu bestätigen und mögliche Limitationen zu identifizieren.
Fazit: Die Revolution der Altersforschung
Die Horvath Clock und die Forschung von Steve Horvath haben unser Verständnis vom Altern revolutioniert. Durch die präzise Messung des biologischen Alters anhand von DNA-Methylierungsmarkern bietet die Horvath Clock wertvolle Einblicke, die weit über das hinausgehen, was durch herkömmliche Maßnahmen des chronologischen Alters möglich ist. Diese Erkenntnisse haben das Potenzial, die Prävention und Behandlung altersbedingter Krankheiten zu verbessern und Strategien zur Förderung eines gesunden Alterns und einer verlängerten Lebensspanne zu entwickeln.
Steve Horvaths Arbeit zeigt eindrucksvoll, wie interdisziplinäre Forschung und innovative Denkansätze zu bahnbrechenden Entdeckungen führen können. Die Horvath Clock ist ein Paradebeispiel dafür, wie epigenetische Forschung praktische Anwendungen im Alltag finden kann und allen Menschen eine bessere Lebensqualität in Aussicht stellt.
