Wissenschaftler finden das Protein, das sich an Ihre Kindheitsernährung erinnert – und Ihr Dessert für immer ruiniert

Bereits in den 1930er-Jahren bemerkten Wissenschaftler, dass Wasserflöhe und Ratten, die in jungen Jahren eine restriktive Diät erhielten, länger lebten. Derselbe Effekt wurde seither bei Fruchtfliegen und Mäusen nachgewiesen. Was wir jedoch nicht wussten, war, wie eine Mahlzeit, die im Säuglingsalter verzehrt wird, die Gesundheit Wochen, Monate oder sogar Jahre später beeinflussen kann. Eine aktuelle Studie in Nature könnte die Antwort gefunden haben.

Ein Team unter der Leitung von Fumiaki Obata, einem Biologen am RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research in Kobe, Japan, fand ein Protein, das bis ins Erwachsenenalter ein Protokoll darüber trägt, was Fruchtfliegen als Larven gefressen haben – und das beeinflusst, wie lange sie leben.

Laborfruchtfliegen werden mit einer Mischung aus Hefe und Zucker gefüttert, wobei Hefe ihre Hauptproteinquelle ist. „Wir haben nur die Hefekonzentration in der Nahrung gesenkt, von acht Prozent auf entweder ein oder zwei Prozent“, erklärt Obata. Diese proteinarme Diät wurde etwa zur Hälfte der Larvenphase eingeführt. Sobald die Fliegen als Erwachsene aus ihren Puppen schlüpften, kehrten sie zu normalem Futter zurück.

In Obatas Experiment überlebten die proteinbeschränkten Fliegen, Männchen wie Weibchen, ihre gut genährten Geschwister. Doch das hatte seinen Preis. Die Fliegen waren blasser und leichter und wogen manchmal 28 Prozent weniger. Die Weibchen legten zudem weniger Eier.

„Das ist tatsächlich sehr verbreitet. Fortpflanzung und Lebensdauer stehen immer in einem Trade-off-Verhältnis“, sagt Obata. „Das gilt auch für diese frühe Nahrungsrestriktion. Sie haben weniger Eier und sind etwas kleiner. Aber sie haben eine verlängerte Lebensdauer.“

Dieser typische Trade-off war jedoch nicht die ganze Geschichte. Als das Team Aminosäuren – die Bausteine der Proteine – wieder in das larvenfutter mit wenig Hefe einfügte, verschwand der Lebensdauer-Boost. Irgendwie erinnerten sich die Körper der erwachsenen Fliegen daran, wie viel Protein sie als Larven gegessen hatten. Obata und seine Kollegen nannten dies ein „nutritional memory“ und machten sich daran, herauszufinden, wo genau im Körper dieses Gedächtnis gespeichert wird.

Der Vergleich der Genaktivität bei erwachsenen Fliegen, die mit proteinarmer bzw. Standarddiät aufgezogen wurden, brachte etwa 100 Kandidatenproteine hervor, die die Information über die frühe Proteinaufnahme speichern könnten. „Wir sind basically eins nach dem anderen durchgegangen und haben geprüft, welches wichtig sein könnte“, sagt Obata.

Um die Suche einzugrenzen, markierte das Team das Larvenfutter, um festzustellen, welche Proteine im Körper einer erwachsenen Fliege aus der Nahrung aufgebaut wurden, die sie als Larve gefressen hatte. Die Larven wurden mit einer synthetischen Diät aufgezogen, bei der zwei Aminosäuren – Lysin und Arginin – mit selteneren, schwereren Isotopen von Kohlenstoff- und Stickstoffatomen hergestellt wurden. Sobald die Larven zu erwachsenen Fliegen wurden, wechselte das Team zu Futter mit einem zweiten Satz Aminosäuren, die mit anderen, leichteren Isotopen markiert waren.

Dann verwendeten die Forscher Massenspektrometrie, um Fragmente von Proteinen aus den Köpfen der Fliegen zu wiegen. Dasselbe Proteinfragment konnte ein paar Einheiten schwerer oder leichter erscheinen, je nachdem, ob es aus Larven- oder Erwachsenenfutter aufgebaut worden war. „Das ist basically nur mit diesem Stabilisotopen-Experiment zu erreichen“, sagt Obata.

Drei Tage nach dem Adultstadium waren fast 64 Prozent der Proteine in den Köpfen der Fliegen noch aus Aminosäuren aufgebaut, die die Larven gefressen hatten. Am sechsten Tag sank dieser Anteil nur auf etwa 46 Prozent. Besonders häufig darunter waren ribosomale Proteine, die Teil des Komplexes sind, der alle anderen Proteine herstellt. Fliegen, die als Larven eine proteinbeschränkte Diät erhalten hatten, hatten weniger davon und bildeten in ihrer ersten Erwachsenenwoche langsamer neue Proteine.

Das warf sofort eine Frage auf. Fliegen durchlaufen eine Metamorphose im Puppenkokon, und Puppen fressen nicht. Die larvalen Aminosäuren, die in adulten ribosomalen Proteinen landeten, mussten also irgendwo während der Metamorphose gespeichert worden sein, und was auch immer sie hielt, musste empfindlich darauf reagieren, wie viel Protein die Larven gefressen hatten.

Das Team machte sich auf die Suche nach einem Protein, das sowohl auf die Larven-Diät reagierte als auch bis ins Erwachsenenalter überlebte. Und sie fanden es.

Es handelte sich um ein Protein namens larval serum protein 2, oder Lsp2. Larven horten es als Speisekammer für die Metamorphose, wenn sie aufhören zu fressen. „Die Fliegen exprimieren dieses Lsp2 massiv im frühen Leben“, sagt Obata. „Und wir wussten, dass es eine gewisse Übertragung dieses Lsp2-Proteins gibt.“