Der Zirkadian-Code

Satchin Panda

Erholsam schlafen,

Gewicht reduzieren,

gesund sein

Einleitung

Einen Rhythmus zu haben,

im Einklang mit diesem Rhythmus zu leben,

bedeutet gesund zu sein.

Aber nicht jeder Rhythmus ist geeignet.

Die Theorie, dass Krankheiten durch Keime verursacht werden, und der Fortschritt, der sich daraus in Form von verbesserter Hygiene, Schutzimpfungen und Antibiotika ergab, war in medizinischer Hinsicht die bahnbrechende Entwicklung des vergangenen Jahrhunderts. Infektionskrankheiten konnten eingedämmt werden und die durchschnittliche Lebensdauer stieg stärker als jemals zuvor in der Menschheitsgeschichte. Doch ein längeres Leben bedeutet nicht automatisch ein gesünderes Leben. Tatsächlich verzeichnen wir derzeit einen starken Anstieg an chronischen Erkrankungen sowohl physischer als auch psychischer Natur bei Menschen jedes Alters. Zum Glück beginnen wir, langsam die Ursachen zu erkennen: Unser moderner Lebensstil steht im Gegensatz zu einem tief in uns verwurzelten, ursprünglichen und universellen Code, der für unsere Gesundheit entscheidend ist.

Die Beobachtungen, die meine Kollegen und ich sowie andere Forscher im eher kleinen Feld der zirkadianen Biologie in den vergangenen zwanzig Jahren gemacht haben, werfen einen vollkommen neuen Blick darauf, was Körper und Geist benötigen, um optimal zu funktionieren. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmen ist genau genommen ein interdisziplinäres Feld, auf dem verschiedene Experten – wie Biologen, Sportphysiologen, Mathematiker, Psychologen, Schlafforscher, Ernährungswissenschaftler, Endokrinologen, Ophthalmologen, Genetiker und Onkologen – zusammenarbeiten. Gemeinsam haben wir herausgefunden, dass veränderte zeitliche Abläufe, zusammen mit weiteren kleineren Anpassungen der Lebensweise, uns dabei helfen können, unseren Rhythmus wiederzufinden. Meiner Ansicht nach wird die nächste große Revolution im Gesundheitswesen auf diesem Gebiet stattfinden. Ich möchte Sie einladen, sich mit dem zu beschäftigen, was ich durch meine eigenen Forschungen und in Zusammenarbeit mit den besten Köpfen aus verschiedenen Disziplinen herausgefunden habe. Ich bezeichne das als Zirkadian-Code. Wenn Sie die in diesem Buch enthaltenen Lektionen beherzigen und geringfügige Änderungen an der Art und Weise vornehmen, wie Sie schlafen, essen, arbeiten, Sport treiben und Ihr Haus beleuchten, dann wird dies entscheidende Auswirkungen auf alle möglichen Aspekte Ihrer Gesundheit haben. Wenn Sie diesen Code beherzigen, kann Ihnen das einen wesentlich effektiveren und länger anhaltenden Nutzen bieten als jedes Medikament und jede spezielle Ernährungsweise für sich allein genommen.

Wahrscheinlich haben Sie schon einmal etwas über zirkadiane Rhythmen oder auch Schlaf-Wach-Rhythmen gehört. Im Jahr 2017 wurden Erkenntnisse über unsere innere Uhr und die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sogar mit einem Nobelpreis belohnt. Aber selbst wenn Sie noch nie davon gehört haben, ist das nicht weiter tragisch, denn das Konzept ist sehr einfach. Der Begriff zirkadian stammt aus dem Lateinischen und setzt sich aus den Worten circa („rundherum“ oder „ungefähr“), und diēm („Tag“) zusammen. Zirkadiane Rhythmen sind real existierende biologische Prozesse, die jede Pflanze, jedes Tier und jeder Mensch im Verlauf eines Tages durchlebt. Diese Rhythmen werden von inneren zirkadianen oder biologischen Uhren gesteuert, die im Übrigen nichts mit der „tickenden biologischen Uhr“ zu tun haben, die Ihnen vielleicht in Zusammenhang mit einem Kinderwunsch in den Sinn kommt. Wie Sie in diesem Buch erfahren werden, verfügt nahezu jede Zelle über eine innere Uhr und jede dieser Uhren ist darauf programmiert, zu verschiedenen Tages- oder Nachtzeiten Tausende von Genen ein- oder auszuschalten.

Diese Gene beeinflussen jeden Aspekt unserer Gesundheit. Wenn wir gesund sind, können wir beispielsweise nachts gut schlafen. Am Morgen wachen wir erfrischt und voller Energie auf und sind bereit, uns an die Arbeit zu machen. Unsere Verdauung funktioniert tadellos. Wir verfügen über einen gesunden Appetit und einen klaren Kopf. Am Nachmittag haben wir noch ausreichend Energie zur Verfügung, um uns sportlich zu betätigen. Abends sind wir müde genug, um problemlos einschlafen zu können. Doch wenn diese täglichen Rhythmen beeinträchtigt werden, und sei es nur für einen Tag oder zwei Tage, können unsere inneren Uhren nicht die richtigen Botschaften an die Gene senden. Dann funktionieren Körper und Geist nicht mehr reibungslos. Hält diese Beeinträchtigung mehrere Tage, Wochen oder gar Monate an, werden wir anfällig für verschiedene Infektionskrankheiten oder andere Leiden, die von Schlaflosigkeit bis hin zu Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen (ADHS), Depressionen, Angststörungen, Migräne, Diabetes, krankhaftes Übergewicht, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Demenz oder sogar Krebs reichen können.

Zum Glück ist es nicht schwer, wieder in den richtigen Rhythmus zu kommen, denn wir können unsere inneren Uhren bereits innerhalb weniger Wochen optimieren. Indem wir unseren zirkadianen Rhythmus wiederherstellen, können wir einige Beschwerden und sogar Krankheiten rückgängig machen oder die Heilung beschleunigen und so unsere Gesundheit verbessern.

Mein Weg: Die Entdeckung der Geheimnisse unserer inneren Uhr

Ich hatte das Glück, im Jahr 1971 in Indien geboren zu werden und dort aufzuwachsen. Ein Glück war das deshalb, weil ich so selbst miterleben konnte, wie eine sich schnell entwickelnde moderne Gesellschaft die Verbundenheit allen Lebens zerstörte, einschließlich unserer eigenen biologischen Rhythmen. In meiner frühen Kindheit lebte ich in einer Kleinstadt, nicht weit entfernt von den Eltern meiner Mutter. Mein Großvater war bei der Eisenbahn tätig und hatte häufig Nachtschichten. An der Pforte des Hauses, in dem meine Großeltern lebten, stand ein riesiger Jasminbaum. Für mich war dieser Baum magisch: Er erblühte nachts in großer Fülle und verlor seine Blüten kurz vor Sonnenaufgang – ganz so, als wollte er einen wunderschönen Teppich ausbreiten, um meinen Großvater nach seiner Nachtschicht willkommen zu heißen.

Während der Sommer- und Winterferien besuchten wir die Familie meines Vaters, die auf dem Land lebte. Auch wenn die Orte nur rund zwei Stunden Fahrtzeit voneinander entfernt waren, schienen das Schichtarbeiterleben meines Großvaters aus der Stadt und das Leben meines Großvaters väterlicherseits auf dem Land, das im Einklang mit der Natur stattfand, nahezu Jahrhunderte zu trennen. Den größten Teil meiner Kindheit verfügte das Dorf über keine Stromversorgung, sodass das Leben dort sich sehr von meinem Leben zu Hause unterschied. Meine bäuerlichen Verwandten waren praktisch Selbstversorger. Ich kann mich nicht daran erinnern, dass mein Großvater je eine Uhr trug, und doch liefen die täglichen Abläufe mit einer Präzision ab, die in Einklang mit der Sonne und den Sternen war. Im Morgengrauen waren die Hähne der Wecker, der alle aus dem Bett holte. Der gesamte Tag wurde damit zugebracht, sich um die Felder und Tiere zu kümmern und Mahlzeiten zuzubereiten. Wir pflückten Früchte oder Gemüse oder wir halfen meinem Onkel dabei, Fische im Hofteich zu fangen. Die Hauptmahlzeiten fanden morgens und mittags statt, und es waren wahre Festessen aus frischem Gemüse und Fisch. Zu Abend gegessen wurde stets vor Sonnenuntergang und es gab hauptsächlich das, was vom Mittagessen übrig geblieben war, da nichts über Nacht aufbewahrt werden konnte. Die Abende verliefen ebenfalls anders. Das einzige verfügbare Licht stammte von Petroleumlampen. Petroleum war damals sehr teuer und rationiert. Meine Großeltern hatten ein relativ großes Haus mit sechs Schlafzimmern. Die Lampen durften wir nur wenige Stunden am Abend benutzen, abgesehen von zweien, die an beiden Enden der Veranda aufgestellt wurden und die ganze Nacht über brannten. Nach dem Abendessen versammelten sich alle Kinder um eine Laterne und meine Mutter, die Lehrerin war, fragte uns ab. Manchmal kamen auch unsere Tanten dazu und erzählten Geschichten oder mein Onkel nahm uns mit in den Hof, um uns die Mondphasen zu lehren.

Ich erinnere mich daran, dass ich um bestimmtes Obst oder Gemüse bat, das ich zu Hause gerne aß, und merkwürdige Blicke von meinen Cousins erntete. Für sie war ich der dumme Junge aus der Stadt, der nicht wusste, was zu welcher Jahreszeit wuchs. Sie wiederum wussten nicht, dass mein Vater, der einen College-Abschluss in Landwirtschaft hatte, auf dem Hof meines Großvaters viele besonders ertragreiche Bäume, Pflanzen und Reissorten eingeführt hatte. Einige dieser neuen Reissorten konnten sowohl im Winter als auch im Sommer angebaut werden, sodass ein Stück Land nun den doppelten Ertrag brachte. In diesem Fall schien die Veränderung des natürlichen Laufs der Dinge gar keine so schlechte Idee zu sein.

Als ich in der Mittelschule war, verunglückte mein Vater tödlich. Ein Lkw-Fahrer, der wahrscheinlich übermüdet war, verlor die Kontrolle über sein Fahrzeug. Jahre später lernte ich, dass ein unter Schlafmangel leidendes Gehirn gefährlicher ist als ein alkoholumnebeltes. Aber auch heute noch ist es nicht strafbar, sich nach einer schlaflosen Nacht hinters Steuer zu setzen.

Nach der Highschool besuchte ich, genau wie mein Vater, eine Landwirtschaftsschule. Zur damaligen Zeit war das der sicherste Weg, um einen Posten als Beamter oder Bankangestellter zu bekommen. Wann immer ich meine Großeltern auf dem Land besuchte, zog mein Großvater mich auf und fragte mich, ob ich den Code der Natur knacken könnte, damit er zu jeder Jahreszeit jede beliebige Pflanze anbauen könnte. So entwickelte ich ein Interesse daran, wie alles Leben mit Tages- und Jahreszeiten verbunden ist.

Natürlich besuchte ich auch meinen Großvater mütterlicherseits, der mittlerweile im Ruhestand war. Schon wenige Jahre nach seiner Pensionierung häuften sich die Anzeichen für eine beginnende Demenz. Meine Großmutter sorgte für ihn wie für ein Baby. In meinem letzten Jahr im College besuchte ich ihn nahezu jedes Wochenende. Ich gehörte zu den drei bis vier Menschen, die er noch erkannte. Er verlor jedes Gefühl für Tag und Nacht und war zu beliebigen Zeiten hungrig oder müde oder hellwach. Dadurch wurde mir bewusst, wie wichtig der einfache Code der Zeit in unserem täglichen Leben ist. Kurz nach meinem College-Abschluss verstarb er im Alter von 72 Jahren.

Ich hatte einen guten Abschluss in Pflanzenzucht und Genetik gemacht. Der nächste Schritt hätte normalerweise darin bestanden, auf diesen Gebieten einen Master-Abschluss zu machen, aber ich hatte das Glück, ein Stipendium für einen Master in Molekularbiologie zu ergattern, in Indien auch als Biotechnologie bezeichnet. Durch den damals recht neuen Zweig der Molekularbiologie kam ich mit dem genetischen Code in Berührung.

Anschließend fand ich eine Stelle in der Forschungsabteilung von Bush Boake Allen (heute International Flavors and Fragrances) in Chennai, einem Unternehmen, das Aroma- und Duftstoffe für nahezu alle großen Lebensmittelkonzerne der Welt herstellt. Meine erste Aufgabe dort bestand darin herauszufinden, welche chemischen Komponenten für das Aroma von Vanilleschoten verantwortlich sind. Ich besuchte die Vanille-Farmen in den Nilgiri-Bergen im Süden Indiens. Meine Gastgeber weckten mich um zwei Uhr morgens und wir fuhren hinaus zu den Feldern, wo sie mir zeigten, wie Arbeiter jede einzelne Vanilleblüte von Hand bestäubten, sobald sie sich frühmorgens öffnete. Obwohl die Arbeit gut bezahlt wurde, war es eine Belastung für die Arbeiter, einige Monate lang immer mitten in der Nacht aufstehen zu müssen, und viele waren am Ende der Saison richtiggehend krank. Ich fragte mich, ob ihr Leiden durch etwas auf dem Feld ausgelöst wurde oder ob womöglich der Schlafmangel verantwortlich war. Zu dieser Zeit tauchte das Thema zirkadianer Rhythmen immer häufiger in Fachzeitschriften auf, vor allem als Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young, die gemeinsam im Jahr 2017 den Nobelpreis für Medizin gewannen, ihre bahnbrechenden Arbeiten veröffentlichten.

Ich verließ Indien, um im kanadischen Winnipeg ein Aufbaustudium zu absolvieren. Das Leben in Kanada stellte mich in vielerlei Hinsicht vor Herausforderungen, nicht zuletzt durch den Temperaturunterschied – von 36 Grad Celsius in Indien auf bis zu minus 18 Grad im kanadischen Winter. Die Winternächte waren zudem sehr lang und mein Gehirn verlor die Orientierung. Lag es am Kulturschock, dem Temperaturunterschied oder dem Lichtmangel? Nahezu die Hälfte meiner Kommilitonen im Fachbereich Immunologie waren ständig niedergeschlagen und viele bezeichneten dies als „Winterblues“. Die Auswirkungen der langen Nächte in Winnipeg auf meinen zirkadianen Rhythmus und meine Stimmung weckten mein Interesse an diesem Gebiet. Nach nur einem Winter schaffte ich den Sprung nach San Diego. Hier gelang es mir alle Fragen, die mich beschäftigten, und alle Erfahrungen, die ich im Laufe meines Lebens gemacht hatte, auf ein Gebiet zu konzentrieren. Ich begann mit der Erforschung zirkadianer Rhythmen.

In den vergangenen 21 Jahren habe ich mein Leben diesem Forschungsgebiet gewidmet. Als Doktorand am Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla erforschte ich, wie Pflanzen Zeit messen – eine besonders spannende Erfahrung, da das Labor zu den Vorreitern auf diesem Gebiet zählte. Hier entdeckten wir, dass sowohl Pflanzen als auch Tiere über sogenannte „Uhren-Gene“ verfügen, und wie diese arbeiten. Jeder Tag war ein Abenteuer – als würde man ständig in der ersten Reihe seiner Lieblingsshow sitzen. Ich war Teil des Teams, das entdeckte, wie bestimmte pflanzliche Uhren-Gene zusammenarbeiten, um den Pflanzen mitzuteilen, wann es Zeit war für die Fotosynthese und die Aufnahme von Kohlendioxid und wann Schlaf- und Reparaturzeiten anstanden. Eines der von mir entdeckten Pflanzengene ermöglichte uns einen besseren Einblick in den Zusammenhang zwischen zirkadianer Uhr, Stoffwechsel und DNA-Reparaturen.

Im Jahr 2001 lud man mich im Anschluss an meine Promotion ein, am neu gegründeten Genomics Institute der Novartis Research Foundation (GNF) weiterzuforschen, und zwar auf dem Gebiet der inneren Uhr von Tieren. An diesem Institut lag der Schwerpunkt darauf, die vorhandenen Informationen zum menschlichen Genom und dem Genom von Mäusen zu nutzen, um biologische Vorgänge zu verstehen. Meine Aufgabe bestand im Erforschen der Geheimnisse der zirkadianen Biologie.

Gleich im ersten Jahr konnte ich einen Durchbruch erzielen. Ich fand heraus, wie sich unsere zirkadianen Rhythmen an verschiedene Jahreszeiten und Lichtverhältnisse anpassen. Mein Team entdeckte einen Blaulichtsensor in der Netzhaut des Auges, der Lichtsignale an die innere Uhr im Gehirn sendet, um ihr mitzuteilen, wann Tag und wann Nacht ist. Das Entdecken des Lichtsensors half uns dabei herauszufinden, wie viel Licht – in welcher Farbe, für wie lange und zu welcher Tageszeit – wir benötigen, um unsere innere Uhr vorzustellen oder zurückzudrehen. Das war eine wahrhaft große Entdeckung, denn obwohl Wissenschaftler seit nahezu 100 Jahren wussten, dass es einen Lichtsensor im Auge gab, war doch unbekannt, wo er saß und was genau er bewirkte. Die Entdeckung wurde von der renommierten Zeitschrift Science zu einer der wichtigsten 10 Entdeckungen des Jahres 2002 ernannt und ist außerdem der Grund, warum Sie neuerdings bei Ihrem Smartphone oder Tablet einstellen können, dass die Hintergrundfarbe einige Zeit vor dem Zubettgehen von hellem Weiß zu einem gedämpfteren Orange wechselt.

Wir benötigten rund acht weitere Jahre um festzustellen, wie dieser Lichtsensor genau arbeitet, wie die Informationen vom Auge zum Gehirn gelangen und von welchen Hirnregionen sie empfangen werden, um auf dieser Grundlage Dinge wie Schlaf, Depressionen, zirkadiane Rhythmen und Schmerz zu regulieren. Auch heute noch arbeite ich daran herauszufinden, wie hoch der Einfluss von Licht auf zirkadiane Rhythmen ist und welche Rolle die moderne Beleuchtung bei diesem Prozess spielt. Dennoch ist es sehr befriedigend zu sehen, wie unsere Entdeckung von einer reinen Beobachtung zur Umsetzung gebracht wurde, sodass nun mehr als eine Milliarde Menschen sich des Einflusses von Licht auf ihre Gesundheit bewusst sind.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag darauf herauszufinden, wie unsere innere Uhr ihre Informationen überträgt und wie unsere Organe die Zeit erkennen und zu bestimmten Zeiten bestimmte Aufgaben erledigen. Wir nutzten modernste Gentechnologie, um festzustellen, welche Gene zu bestimmten Zeiten in unterschiedlichen Organen aus- und eingeschaltet werden. Diese Forschungsarbeiten begannen im Jahr 2002. Seither ist uns ein weiterer Durchbruch gelungen: die Entdeckung, dass Hunderttausende von Genen sowohl im Gehirn als auch in der Leber sich zu bestimmten Zeiten ein- und ausschalten. Wir sind immer noch dabei, die entsprechenden Versuche auf unterschiedliche Organe, Gewebe, Hirnregionen und Drüsen auszudehnen. Dabei haben wir festgestellt, dass nahezu jedes Organ über eine eigene innere Uhr verfügt und über Gene, die ein- und ausgeschaltet werden, was sich auf die Höhe der Proteinproduktion zu vorhersehbaren Tageszeiten auswirkt.

Nachdem ich beim renommierten Salk Institute for Biological Studies mein eigenes Forschungslabor bekam, setzte ich meine Erforschung der inneren Rhythmen gemeinsam mit hochgeschätzten Kollegen fort. Wir können mittlerweile sagen, dass die Existenz von vorhersehbaren zirkadianen Rhythmen bedeutet, dass ein Organ gesund ist. Genau wie eine Mutation im genetischen Code Krankheiten hervorrufen kann, kann auch ein Leben, das gegen unseren zirkadianen Rhythmus geführt wird, unsere Gesundheit gefährden. In den vergangenen Jahren hatte ich das Glück, mit einigen genialen Köpfen in den Bereichen von Herz-Kreislauf- sowie Stoffwechselerkrankungen zusammenzuarbeiten. Gemeinsam fanden wir heraus, dass Tiere, denen die normale innere Uhr fehlt, hochgradig anfällig für diese Art von Erkrankungen sind. Auch wurde klar, dass eine gestörte innere Uhr der Ursprung aller Krankheiten war und dass bei den meisten chronischen Leiden die Funktion der inneren Uhr beeinträchtigt ist.

Im Jahr 2009 schließlich kamen die beiden Bereiche meiner Forschungsarbeit – Licht und Zeit – zusammen. Wir entwickelten ein einfaches Experiment, bei dem wir Mäuse einem festgelegten Hell-Dunkel-Zyklus aussetzten.1,2 Mäuse sind normalerweise nachtaktiv und fressen in der Nacht. In unserem Versuch gaben wir ihnen ihr Fressen am Tag und beobachteten, was mit ihren inneren Uhren geschah. Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass nahezu alle Leber-Gene, die sich normalerweise innerhalb eines Zeitraums von 24 Stunden ein- und ausschalten, das Lichtsignal komplett ignorierten und sich stattdessen nach den Zeiten richteten, zu denen die Mäuse fraßen beziehungsweise fasteten. Wir lernten aus diesem Experiment, dass nahezu jeder Rhythmus in der Leber von der Nahrungsaufnahme abhing. Die Annahme, dass die gesamte zeitliche Information aus der Außenwelt stammt und über den Blaulichtsensor im Auge gesteuert wird, war dadurch widerlegt, denn es zeigte sich, dass der erste Bissen am Morgen alle Organuhren ebenso zuverlässig stellt wie das erste Morgenlicht.

Im Jahr 2012 erweiterten wir unsere Fragestellung. Wir wollten herausfinden, ob Krankheiten nicht nur mit der Ernährungsweise zusammenhingen, sondern auch mit einer Störung des zirkadianen Rhythmus. Tausende Forschungsreihen hatten gezeigt, dass Mäuse, die freien Zugang zu fetter und gezuckerter Nahrung hatten, innerhalb von wenigen Wochen Übergewicht und Diabetes aufwiesen. Wir verglichen eine Mäusegruppe, die freien Zugang zu fettreicher Nahrung hatte, mit einer zweiten, die ihre gesamte Nahrung innerhalb eines Zeitraums von 8 bis 12 Stunden zu sich nehmen musste. Das Ergebnis war überraschend: Mäuse, die die gleiche Kalorienanzahl und die gleiche Nahrung innerhalb von 12 Stunden oder weniger zu sich nahmen, waren vollständig geschützt vor Fettleibigkeit und Diabetes, ebenso wie vor Leber- und Herzerkrankungen. Noch erstaunlicher war, dass kranke Mäuse, denen wir diesen Essensplan „verordneten“, ohne zusätzliche Medikamentengabe oder eine Veränderung des Futters wieder gesund wurden.