Wie Pflanzen mit Tieren reden – Oder: Warum Aspirin unsere Kopfschmerzen lindert
Seit Jahrtausenden lindern Menschen ihre Leiden mit Hilfe von pflanzlichen Molekülen wie der bekannten Acetylsalicylsäure, aktiver Bestandteil von Aspirin. Diese Naturstoffe erfüllen in der Pflanze selbst allerdings meist eine ganz andere Funktion: sie gehören häufig zur pflanzlichen Reaktion auf Stress beispielsweise, wenn Nährstoffe in der Erde zur Neige gehen. Wie kommt es aber, dass diese Stoffe im menschlichen Körper eine Wirkung zeigen? Die Autoren Howitz und Sinclair (2008) stellen in ihrer Studie die Hypothese auf, dass die heilsame Wirkung von pflanzlichen Molekülen kein Zufall ist, sondern dass Tiere (und Menschen) gelernt haben diese wahrzunehmen und ihr Verhalten dahingehend anzupassen. Mit anderen Worten – sie nutzen das chemische Geplapper der Pflanze als Frühwarnsystem, um sich auf schwierige Zeiten einzustellen.
Die Autoren nennen diesen Effekt Xenohormesis. Xenos ist das griechische Wort für Fremder; Hormesis bezieht sich auf den Effekt eines Moleküls, das einen leichten Stress auslöst und dadurch vorteilhafte zelluläre Signalwege aktiviert. Xenohormesis beschreibt wie Stress in einem Organismus (der Pflanze) die Produktion eines Moleküls in einem anderen Organismus (dem Tier) auslöst, das wiederum den nützlichen Zellweg aktiviert.
Wie funktioniert nun diese molekulare Kommunikation? Wenn eine Pflanze weniger Nährstoffe durch ihre Wurzeln aufnimmt, produziert sie größere Mengen an Sekundärmetaboliten* (Naturstoffe) – sie ist gestresst. Diese Stressmoleküle werden in geringen Konzentrationen an die nähere Umgebung abgegeben, wo Bakterien oder Pilze die Nachrichten hören und reagieren: Während einige von ihnen ihre Bemühungen verstärken, der Pflanze bei der Aufnahme von Nährstoffen zu helfen (vor allem Symbionten), errichten andere ihr molekulares Schutzschild, um konkurrenzfähig zu bleiben. In beiden Fällen hat das pflanzliche Stressmolekül einen nützlichen Effekt gehabt. In ähnlicher Weise kann das Molekül auch größere Lebewesen beeinflussen, wenn diese sich von der Pflanze ernähren (oder wenn es die aktive Substanz extrahiert und einnimmt).
Howitz und Sinclair stellen heraus, dass ein Geheimnis des Erfolges von Molekülen wie Salicylsäure ist, dass sie mit vielen Schlüsselproteine der Zelle interagieren statt nur mit einem einzigen Protein und damit eine ganze Reihe von Effekten auslösen. Eine vorherige Theorie besagt, dass der Grund dafür gemeinsame Ursprünge sind, d.h. dass unsere gemeinsamen Vorfahren einmal die gleichen Substanzen produziert haben und auch die passenden Rezeptoren dafür. Die Autoren widersprechen in ihrer Studie allerdings damit, dass einige pflanzliche Stoffe mit Enzymen von Säugetieren interagieren, selbst wenn das Tier keine verwandten Strukturen aufweist.
Um ihre Hypothese zu testen, schlagen die Autoren drei Herangehensweisen vor: 1) vergleichen wie Stressmoleküle von wenig verwandten Pflanzen mit den Lebewesen interagieren, die sich von ihnen ernähren: 2) die Bindungsstellen der Stressmoleküle charakterisieren, um konservierte (also über eine lange Zeit und über Spezies hinweg erhaltene) Proteinabschnitte zu erkennen und zwischen antagonistischer und agonistischer** Aktivität zu unterscheiden; 3) in Modellpflanzen Stress auslösen, um die Auswirkungen auf die Lebensdauer der sich von ihnen ernährenden Insekten zu untersuchen. Howitz und Sinclair schließen mit der Schlussfolgerung, dass mit steigendem Verständnis der Pflanzen-Tier-Kommunikation die Naturstoffe eine Comeback in der pharmazeutischen Forschung feiern werden und uns helfen werden in Zukunft noch mehr Leiden lindern zu können
* als Sekundärmetabolite werden biochemische Produkte eines Syntheseweges bezeichnet, die nicht direkt für Wachstum oder Überleben notwendig sind (oder scheinen).
** antagonistisch: ein Konkurrenzeffekt, auf biochemischer Ebene: eine fremde Substanz bindet am gleichen Abschnitt wie das eigentliche zelleigene Substrat und verhindert damit dessen Andocken, der fremde Stoff hat eine hemmende Wirkung und das Protein wird in seiner Funktion gestört
agonistisch: eine fremde Substanz bindet am gleichen Abschnitt stört aber die Funktion des Proteins nicht, da es die gleiche Wirkung hat
Xenohormesis: Sensing the chemical cues of other species; Konrad T. Howitz and David A. Sinclair, Cell 133, May 2, 2008
Die wunderbare Raupe wurde fotografiert und mir dann freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Kathrin Hack, Natur- und Tierfotografie (www.naturfoto-hack.de)!
