Neue DNA-Uhr misst unser biologisches Alter – Entzündungen und Fettstoffwechsel fallen besonders auf

Wir werden alle jedes Jahr genau ein Jahr älter. Nur unser Körper hält sich offenbar nicht an diese einfache Rechnung. Manche Menschen sind mit 70 noch erstaunlich fit, andere zeigen deutlich früher typische Spuren des Alterns. Das Geburtsdatum allein verrät deshalb nur einen Teil der Wahrheit.

Wie schnell ein Körper tatsächlich altert, lässt sich unter anderem an chemischen Veränderungen der DNA ablesen. Solche Muster bilden die Grundlage sogenannter epigenetischer Uhren. Forscher aus Jena wollten nun genauer wissen, welche dieser Veränderungen nicht nur das Alter anzeigen, sondern tatsächlich mit biologischen Alterungsprozessen zusammenhängen.

Dafür wertete ein internationales Team um Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) Tausende Blutproben aus. Die im Fachjournal Nucleic Acids Research veröffentlichte Studie basiert auf 15 Datensätzen mit insgesamt 7.803 Proben von Menschen im Alter zwischen null und 101 Jahren. Daraus entstand die „TFMethyl Clock“, die das kalendarische Alter präzise abschätzen und zugleich besonders aussagekräftige DNA-Stellen berücksichtigen soll.

Biologisches Alter lässt sich erstaunlich präzise aus der DNA ablesen

Epigenetische Uhren beruhen auf sogenannten DNA-Methylierungen. Dabei heften sich kleine chemische Gruppen an bestimmte Stellen des Erbguts. Diese Veränderungen können beeinflussen, wie Gene reguliert werden, und viele davon entwickeln sich mit zunehmendem Alter in charakteristischen Mustern. Aus solchen Mustern lässt sich das Alter eines Menschen berechnen.

Allerdings steckt darin ein Problem. Eine Altersuhr kann erstaunlich gut funktionieren, obwohl ihre verwendeten DNA-Stellen biologisch wenig aussagekräftig sind. Die Forscher bauten testweise 100 Modelle aus jeweils 10.000 Stellen, die nur schwach mit dem Alter zusammenhingen. Trotzdem lag der mittlere Fehler bei lediglich 3,77 Jahren. Damit arbeiteten diese Modelle ähnlich präzise wie manche etablierten epigenetischen Uhren.

Neue DNA-Uhr erfasst das biologische Alter genauer

Für die neue TFMethyl Clock beschränkte sich das Team deshalb auf DNA-Stellen, die stärker mit dem Alter zusammenhängen und zugleich in regulatorisch aktiven Bereichen liegen. Dort binden sogenannte Transkriptionsfaktoren an die DNA und beeinflussen die Aktivität von Genen. Aus ursprünglich mehr als 250.000 untersuchten CpG-Stellen blieben nach mehreren Filterschritten 14.006 übrig.

Die Ergebnisse fielen bemerkenswert präzise aus. In einer unabhängigen Gruppe mit 665 Blutproben lag das errechnete Alter im Median nur 2,07 Jahre neben dem tatsächlichen Alter. Die Korrelation betrug 0,97. Damit schnitt TFMethyl bei der Schätzung des chronologischen Alters besser ab als die anderen dort getesteten Modelle. Beim etablierten Horvath2-Modell betrug der Medianfehler beispielsweise 2,82 Jahre.

Entzündung und Fettstoffwechsel fallen deutlich auf

Spannender als die reine Alterszahl sind die biologischen Prozesse hinter den ausgewählten Markierungen. Die Forscher identifizierten 661 besonders stabile, altersabhängige CpG-Stellen und ordneten ihnen 267 im Blut aktive Zielgene zu. Dabei häuften sich zwei Gruppen von Vorgängen:

Signalwege rund um die Produktion des Entzündungsbotenstoffs Interleukin-1β
Prozesse des Stoffwechsels langkettiger Fettsäuren

Zu den auffälligen Genen gehörten unter anderem NOD1, NOD2, STAT3, TNF sowie ELOVL2. Letzteres beteiligt sich am Stoffwechsel mehrfach ungesättigter Fettsäuren und gilt bereits als starker epigenetischer Altersmarker. Eine ELOVL2 zugeordnete DNA-Stelle hatte im neuen Modell den höchsten durchschnittlichen Einflusswert.

Rund drei Viertel der Zielgene verändern sich mit dem Alter

Anschließend prüfte das Team die Aktivität dieser Gene in einem unabhängigen Datensatz mit 581 Menschen zwischen 20 und 80 Jahren. Von den 267 Zielgenen zeigten 200, also rund 75 Prozent, einen starken Zusammenhang ihrer Aktivität mit dem Alter. Die Personen aus diesem Datensatz gehörten nicht zu jener Gruppe, aus deren DNA-Methylierungen die neue Uhr entwickelt worden war.

Dabei verliefen die Veränderungen keineswegs immer gleichmäßig über das Leben. Manche Gene steigerten ihre Aktivität vor dem 50. Lebensjahr nur wenig und deutlich stärker nach 60. Andere verloren zwischen 40 und 60 Jahren an Aktivität oder gingen erst nach dem 60. Lebensjahr stark zurück. Solche nichtlinearen Verläufe passen zu neueren Befunden, nach denen sich einzelne molekulare Alterungsprozesse in bestimmten Lebensphasen beschleunigen können. Die Autoren verlangen jedoch weitere Untersuchungen zur Bestätigung dieser Muster.

Biologisches Alter liefert Hinweise, aber keinen Ursachenbeweis

„Unser Modell gehört zu den bislang genauesten epigenetischen Uhren, die entwickelt wurden“, sagt Alena van Bömmel, eine der leitenden Autorinnen der Arbeit. Noch wichtiger seien Hinweise auf biologische Mechanismen, „die unser Altern unmittelbar beeinflussen können“. Die Daten legen vor allem Verbindungen zu Entzündungsreaktionen, Immunfunktionen und dem Fettstoffwechsel nahe.

Ein direkter Ursachenbeweis ist damit jedoch nicht erbracht. Die untersuchten Daten stammen überwiegend aus Blut, und das verwendete Messverfahren erfasst nur einen kleinen Teil der schätzungsweise 28 Millionen CpG-Stellen im menschlichen Genom. Zudem können regulatorische Vorgänge je nach Gewebe unterschiedlich ausfallen. Die Forscher halten deshalb Analysen weiterer Gewebe und modernere Messverfahren für nötig.

Kurz zusammengefasst:

Das biologische Alter lässt sich anhand von DNA-Methylierungen erstaunlich präzise schätzen; die neue TFMethyl Clock lag im Median nur 2,07 Jahre daneben.
Rund 75 Prozent der identifizierten Zielgene veränderten ihre Aktivität deutlich mit dem Alter, darunter Gene aus Entzündungs- und Fettstoffwechselwegen.
Die Daten liefern Hinweise auf molekulare Mechanismen des Alterns, beweisen aber nicht, dass diese Prozesse das individuelle Altern verursachen.

Übrigens: Wie schnell wir altern, lässt sich offenbar nicht auf eine einzige biologische Uhr reduzieren – selbst einzelne Organe können ihrem kalendarischen Alter voraus- oder hinterherhinken. KI-Modelle erkennen solche Unterschiede bereits in Gewebe und Blut. Mehr dazu in unserem Artikel.