Als Isabela Santos Valentim das erste Mal seit der Geburt ihres Sohnes wieder ins Labor kommt, wird sie buchstäblich mit offenen Armen empfangen. Kolleginnen und Kollegen gratulieren zum Nachwuchs. Valentim strahlt – aber man sieht ihr die Erschöpfung an. Denn: Erholsamer Tiefschlaf ist für junge Mütter so realistisch wie ein Spaziergang auf dem Mond.
Dabei forscht Valentim selbst an diesem Problem. Die 37-jährige Neurowissenschaftlerin aus Rio de Janeiro arbeitet daran, den Schlaf besser zu verstehen. Gemeinsam mit der renommierten Alterungsforscherin Maria Ermolaeva und deren Team verfolgt sie am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena seit 2016 eine außergewöhnliche Idee: Sie wollen die regenerative Wirkung von Schlaf imitieren. Nicht durch bessere Matratzen, sondern durch gezielte Eingriffe auf molekularer Ebene.
Profitieren könnten hunderte Millionen Menschen weltweit, die unter Schlafstörungen leiden. Manche, wie Valentim, weil die Lebensphase mit einem Neugeborenen keine Pausen zulässt. Andere, weil sie in Schichten arbeiten, ständig reisen oder an Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer leiden. Wer wenig oder schlecht schläft, bei dem gerät die innere Uhr aus dem Takt – mit gravierenden Folgen für die Gesundheit.
Denn der sogenannte zirkadiane Rhythmus ist weit mehr als eine Schlaf-Wach-Anzeige. Er ist ein körpereigenes Taktwerk, das Zellteilung, Körpertemperatur, Hormonhaushalt und Stoffwechsel synchronisiert. Gerät dieser Rhythmus ins Wanken, stören sich diese Prozesse gegenseitig. Die Folge: erhöhtes Risiko für Bluthochdruck, Diabetes, Depressionen – und ein beschleunigter Alterungsprozess. Schlechter oder zu wenig Schlaf sind der schnellste Weg zum biologischen Verfall.
Schlechter Schlaf ist der schnellste Weg zum biologischen Verfall.
Das Labor, das Valentim erstmals seit fast drei Monaten wieder betritt, wirkt aufgeräumt und lebendig zugleich. Gelbe Probenständer, nummerierte Reagenzgläser, Petrischalen und Pipettenspitzen stehen auf dem Labortisch. Daneben ein kleiner Bunsenbrenner und bunte Post-its mit handgeschriebenen Notizen. An der Pinnwand hängen Urlaubspostkarten und ein Ausdruck der »Schlafenden Zigeunerin« von Henri Rousseau. Wissenschaft ist hier alles andere als steril.
Valentim kommt gern her. So frei zu forschen, wie hier, ohne einengende Vorgaben, mehr kann ich mir nicht wünschen
, sagt sie in ihrer offenen, energetischen und herzerwärmenden Art, wie man sie vor allem von Leuten kennt, die ihren Beruf als Berufung verstehen. Von sich selbst sagt sie: Ich bin Molekularbiologin mit Leib und Seele.
Es fällt leicht, ihr das zu glauben. In Brasilien begann Valentim bereits 2010 an der Universidade do Estado do Rio de Janeiro am Zusammenhang zwischen Schlafmangel und Gedächtnisleistung zu forschen. 2016, nach einem Master in Chemischer Biologie mit Schwerpunkt Neurowissenschaften, verließ sie Brasilien. Ein Schritt, der für sie früh feststand. Ebenso wie der Wunsch, irgendwann mit neuen Ideen nach Hause zurückzukehren.
Auch Maria Ermolaeva zog es einst aus ihrer Heimat unweit von Moskau in die internationale Forschung. Über Stationen im italienischen Monterotondo und Köln kam sie 2015 nach Thüringen. Heute leitet die Molekularbiologin am FLI ihre eigene Forschungsgruppe zu »Stresstoleranz und Homöostase«. Die Themen Langlebigkeit und gesundes Altern, sagt sie, würden in der Öffentlichkeit immer wieder missverstanden. Viele denken sofort an Tech-Milliardäre, die 300 Jahre alt werden wollen. Ich glaube, biologisch ist beim Menschen spätestens mit 120 Jahren Schluss.
Wichtiger sei, wie viele Jahre davon man wirklich gesund lebt. Die meisten Menschen verbringen ihre letzten fünf, zehn oder 15 Jahre in einem Zustand, den sie sich so nicht gewünscht haben. Diese Lücke zwischen Lebens- und Gesundheitsdauer – zwischen life span und health span – wollen wir so weit wie möglich verkürzen. Am besten auf null
, sagt sie.
Ein zentraler Hebel dafür: der Schlaf. Doch nicht jeder Mensch kann dann schlafen, wenn es für seinen Körper ideal wäre. Ich kenne das leider aus eigener Erfahrung
, sagt Ermolaeva und lacht. Auch deshalb widmet sie sich gemeinsam mit Valentim diesem Projekt – einer molekularen Lösung für ein zutiefst menschliches Problem.
Valentim arbeitet inzwischen seit zehn Jahren daran, nicht den Schlaf zu verbessern, sondern seine Wirkung gezielt zu imitieren. Wir hoffen, dass wir in ein paar Jahren ein Medikament haben, das dem Körper auf zellulärer Ebene vorgaukelt, er hätte geschlafen
, sagt sie. Damit der Trick gelingen kann, musste das Team zunächst eine zentrale Frage beantworten: Was genau macht Schlaf eigentlich so gesund? Die Symptome von Schlafmangel sind bekannt – die molekularen Ursachen blieben lange unklar.
Den entscheidenden Hinweis lieferte ein unscheinbarer Organismus: der Fadenwurm C. elegans. Durchsichtig, nur wenige Millimeter groß, bestens erforscht und genetisch präzise manipulierbar. All das macht ihn zum idealen Modellorganismus für biomedizinische Experimente.
Frühere Studien am Fadenwurm zeigten, dass ein bestimmtes Gen – lin-42 – beim Fadenwurm eine Art innere Uhr steuert. Zwar folgt C. elegans keinem klassischen 24- Stunden-Rhythmus, doch lin-42 reguliert dennoch zeitliche Prozesse wie Wachstum, Schlaf und Häutung. Dieses Gen hat Valentim bei den Würmern gezielt ausgeschaltet – mit der sogenannten RNA-Interferenz: Wir schicken den Zellen gewissermaßen eine Nachricht, die ihnen sagt: ›Fahr dieses Gen herunter.‹ In unserem Labor haben wir eine Sammlung von Bakterien, von denen jedes einzelne Bakterium eine Abschaltnachricht für ein bestimmtes Gen trägt. Ich habe den Würmern die Bakterien gegeben, die die Nachricht für das Gen lin-42 enthalten. Sie haben die Bakterien gefressen, die Information aufgenommen – und dadurch wurde lin-42 in ihrem Körper weniger aktiv.
Die Folge: Die Würmer alterten schneller, entwickelten Gewebeschäden und verloren an Proteinstabilität. Ganz ähnlich wie bei Menschen mit chronischem Schlafmangel.
Die Analysen zeigten: Ein Protein-Komplex in der Zelle war überaktiv, wenn lin-42 ausgeschaltet war. Der sogenannte DREAM-Komplex entscheidet in jeder Zelle, ob sie in den Schutz- oder Reparaturmodus wechselt.
Was könnte das für den Menschen bedeuten? Tagsüber läuft der menschliche Körper auf Hochtouren: Zellen teilen sich, Stoffwechselprozesse laufen. Wir bewegen uns, denken, atmen, essen. All das produziert molekularen Abfall. Insbesondere die DNA ist ständig potenziellen Beschädigungen ausgesetzt. Der DREAM-Komplex schützt das Erbgut, indem er es fest verpackt. Doch das hat seinen Preis. Reparaturen an der DNA sind in dieser Phase kaum möglich. Erst wenn der Körper beim Schlafen zur Ruhe kommt, löst sich der DREAM-Komplex auf, gibt das Erbgut frei und die Reparaturprozesse in den Zellen beginnen.
Ohne Schlaf bleibt der DREAM-Komplex dauerhaft aktiv
, erklärt Ermolaeva. Wie eine Tür, die sich nicht öffnet. Die Folgen: Schäden häufen sich, die Zellfunktionen lassen nach. Auch der Alterungsprozess nimmt Fahrt auf.
Aber was, wenn sich der Komplex gezielt hemmen ließe? Könnte man den Reparaturmodus dann aktivieren – ganz ohne Schlaf?
Sich schlau schlafen?
Schlaf – oder sein Mangel – beeinflusst unser Gedächtnis messbar. Nicht nur am FLI in Jena, auch am Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation (DIPF) wird das intensiv erforscht. Elena Galeano Weber untersucht dort, wie sich Schlafqualität und Schlafdauer jeweils auf das Arbeitsgedächtnis von Kindern auswirken: Führt guter Schlaf dazu, dass wir besser lernen? Unsere Ergebnisse zeigen: Kinder mit guter Schlafqualität schneiden bei Gedächtnisaufgaben besser ab – insbesondere dann, wenn ihre Leistung im Alltag stark schwankt. Das Arbeitsgedächtnis profitiert besonders: Wer regelmäßig und gut schläft, kann sich besser konzentrieren und Lernstoff leichter behalten
, sagt Galeano Weber. Dabei wirke Schlaf nicht bei allen Kindern gleich. Jungen und Mädchen reagieren unterschiedlich auf Schlafqualität und Schlafdauer, und auch individuelle Unterschiede wie Belastbarkeit, Art der Aufgabe oder Tagesform spielen eine Rolle. Gerade im Schulalltag sei das wichtig, denn wie gut ein Kind lernt, hängt nicht nur vom Unterricht ab, sondern auch davon, wie erholt sein Gehirn ist.
Um das herauszufinden, testete Valentim ihre Hypothese nicht nur an C. elegans, sondern auch in Experimenten an menschlichen Netzhautzellen und Gehirnzellen von Mäusen. In allen Fällen zeigte sich dasselbe Muster: Ohne funktionierende innere Uhr bleibt der DREAM-Komplex aktiv und schädigt das Gewebe. Wird er jedoch gezielt gehemmt, setzen die Reparaturprozesse wieder ein – auch ohne Schlaf.
Die bisherigen Ergebnisse sind so vielversprechend, dass die Forscherinnen ihre Entdeckung inzwischen bei der Weltorganisation für geistiges Eigentum (WIPO) angemeldet haben. Ob sie daraus eines Tages wirklich eine »Schlafpille« entwickeln können, ist offen. Noch müssen weitere Experimente an Mäusen und später klinische Studien zeigen, ob der Mechanismus auch in komplexeren, lebenden Organismen funktioniert. Bis dahin werden Valentim und Ermolaeva weiterforschen und dabei wohl zahlreiche durchwachte Nächte überstehen.
