Stellt euch vor, ihr kommt nach Hause von der Arbeit, seid total müde und erledigt, habt keine Lust auf gar nichts mehr. Aber statt euch aufs Sofa zu legen, gebt ihr euch eine Spritze und ihr seid wieder fit, Energie pur, direkt in den Muskeln. Das klingt nach Science-Fiction, aber Forscher arbeiten daran. Sie versuchen, Muskeln aufzuladen wie eine Batterie. Möglich macht das ein Stoff, von dem die meisten von euch zuletzt wahrscheinlich im Bio-Unterricht gehört haben. wenn überhaupt ATP. ATP, das ist das Molekül, das in jeder lebenden Zelle die Arbeit macht. Ohne ATP läuft nichts, kein Gedanke, kein Schritt, kein Herzschlag und wahrscheinlich gäbe es auch diesen Podcast nicht. Ich bin Andreas Albes und über dieses faszinierende Molekül und die Forschung, die daraus echte Anwendung machen will, spreche ich heute mit meinem Kollegen Jan Berndorf. Hallo Jan. Hallo Andreas. Jan, du bist ja offensichtlich auch ATP geladen jetzt, aber bevor wir zu dieser Spritze kommen, erklär doch mal, was ist ATP eigentlich und warum ist das so wichtig in unserem Körper? Ja, also ATP steht für Adenosintrifosphat und das ist quasi die universelle Energiequelle des Lebens, egal ob Amöbel, Pflanze, Pilz oder Mensch.

Jede einzelne lebende Zelle nutzt ATP. Es gibt quasi keinen bekannten Organismus, der ohne das auskommt. Also wirklich, es ist die Energiequelle aller Lebewesen ohne irgendeine Alternative? Ja, aller Lebewesen. Wobei, man muss einschränken, es gibt so ein paar Spezialfälle, wo andere Energieträger verwendet werden. Aber das ist nur Nebenrollen. Das sind so nebensächliche Körperfunktionen und die Hauptlast, die liegt immer beim ATP. Das heißt also wirklich, egal ob ich denke, so wie jetzt spreche oder laufe, mein Körper verbraucht ständig ATP. Ja genau, also jede Muskelbewegung, jeder Nervenimpuls, jeder Transport innerhalb deiner Körperzellen, der läuft mit ATP. Okay und wie kann ich mir das und wie muss ich mir das jetzt bildlich vorstellen? Ist ATP sowas wie eine kleine Batterie, die ich im Körper trage und die mich die ganze Zeit mit Strom versorgt? Ja, im Prinzip, ja, also eigentlich sogar eher wie ein Akku. Also das ist eine wiederaufladbare Batterie und dieses ATP, das speichert Energie in chemischen Bindungen. Also wird eine dieser Bindungen aufgebrochen, dann kommt die Energie frei und die Zelle kann sie nutzen und danach wird dieser Akku aber auch sofort wieder aufgeladen und kann von Neuem genutzt werden. Okay, wie viel ATP hat man denn eigentlich so im Körper? Das muss ja eine ganze Menge sein, wenn ich das ständig verbrauche.

Das ist das Verrückte. Also zu jedem Zeitpunkt hast du nur etwa 50 bis 100 Gramm ATP im Körper, aber über den Tag setzt ein erwachsener Mensch mehr als die Hälfte seines Körpergewichts an ATP um. Das wäre also bei mir 50 Kilo. Ah, so viel ist es nicht, Jan.

Doch, doch. Ich habe mich eben noch gewogen. Aber das liegt daran, dass das Recycling so ultraschnell geht. Das ist bei jeder, sodass man also viel mehr umsetzen kann als diese 50 bis 100 Gramm, weil das sofort wieder regeneriert wird. Und bei intensiver Belastung, also wenn wir Hochleistungssport machen, dann verbrauchen wir sogar ein halbes Kilo ATP pro Minute. Okay, ein halbes Kilo pro Minute, das ist eine Menge. Aber warum wird es nicht einfach irgendwo gespeichert? Dafür ist ATP einfach nicht gemacht. ATP ist sozusagen eher die Energiewährung und nicht das Sparkonto. Die eigentlichen Energiereserven, die liegen in den Nährstoffen wie Zucker und Fett und daraus stellt dann der Körper einfach ständig neues ATP her. Also ist das so eine Art Kreislauf. Erklär doch mal, wie läuft der ab? Mach mal ein bisschen Bio-Unterricht mit uns. Oh ja, genau, Bio-Unterricht, wie schön. Ja, also dieses Molekül, das hat drei sogenannte Phosphatgruppen, das sind so kleine chemische Anhängsel. In diesen Bindungen zwischen diesen Anhängseln steckt die Energie und wenn die Zelle Energie braucht, dann spaltet sie einfach eine von diesen Phosphatgruppen ab, in manchen Fällen auch mal zwei Phosphatgruppen, aber meistens eine und dann wird die Energie frei und der Job ist erledigt. Und übrig bleibt dann sozusagen das entladene Molekül, also der leere Akku und der wird dann sofort wieder aufgeladen, indem eine neue Phosphatgruppe dran gehängt wird.

Alles klar, aber woher kommt denn jetzt die Energie zum Aufladen, wieder beim Strombild zu bleiben? Was ist die Steckdose? Also das passiert im Prinzip auf zwei Wegen. Bei den Pflanzen ist das, wissen wir ja alle, das ist das Sonnenlicht, das die Energie liefert. Und bei Tieren und Menschen, da kommt die Energie aus dem Sauerstoff und der Nahrung. Und das, also kurz gesagt ist es so, wenn wir essen und atmen, dann wird daraus ATP. Okay, und wo passiert das denn bei uns im Körper? Ja, okay, da muss ich jetzt mal einen Fachbegriff einführen, nämlich die Mitochondrien. Das sind sozusagen so kleine Organellen, das sind die Kraftwerke der Zelle, wo dieses ATP halt fortwährend produziert wird. Und dort läuft so eine ganz komplexe Maschinerie ab mit rund 40 verschiedenen beteiligten Proteinen, die das zusammengeln sozusagen. Und ja, das kann man auch als so ein echtes Meisterwerk der Evolution bezeichnen, dieser komplexe Mechanismus der ATP-Herstellung.

Apropos Evolution, du hast ja auch bei uns in PM ein großes Stück über ATP und die Forschung daran geschrieben und da sagst du, dass ATP schon ganz am Anfang des Lebens auf der Erde dabei war, dass also quasi es ein Motor war, mit dem sich Leben gegründet hat. Ja, also da gehen Forscher zumindest von aus, das ist recht bemerkenswert, es gibt also Die haben Hinweise gefunden, dass schon der allererste gemeinsame Vorfahr aller Lebewesen auf Erden, den nennen die Luca aus irgendwelchen Gründen, der lebte vor etwa vier Milliarden Jahre, das war so ein kleines Bakterium.

Der wird wahrscheinlich schon ATP genutzt haben und alle heutigen Lebewesen nutzen also quasi dieselbe Energiewährung, wie unsere ganz urzeitlichen Vorfahren das schon getan haben. Okay, also eine universelle Energie, aber sag mal 4 Milliarden Jahre, das ist wahnsinnig lange Zeit. Warum hat sich ausgerechnet ATP über all diese Jahre durchgesetzt? Ja, das ist eine gute Frage. Also die Forscher denken, wahrscheinlich ist einfach bei diesem Molekül die Balance ideal. Also zum einen ist es stabil genug, um nicht von selbst zu zerfallen innerhalb kürzester Zeit, wie das einige andere mögliche Energieträger tun in der Biologie. Und andererseits ist es aber auch reaktiv genug, um sehr schnell Energie freizusetzen.

Also es ist auch sehr flexibel. Und dann kommt noch dazu, es ist auch wasserlöslich. Das ist immer ganz wichtig für Lebensmoleküle. Und es ist sehr vielseitig einsetzbar, sodass sich quasi alle Lebewesen auf diese Währung einigen konnten. Und ich habe da mit dem Biochemiker Tobias Erb vom Max-Planck-Institut drüber gesprochen. Der hatte da so einen ganz schönen Vergleich. Der sagt, die Natur habe sich da auf ATP geeinigt, wie die Hersteller von Elektrogeräten auf den USB-Anschluss. Also quasi ein universeller Standard für alle und alle sprechen dieselbe Sprache. Alle sind miteinander kompatibel sozusagen. Okay, das ist ein Bild, das begreift man sofort. Und jetzt kommen wir zur eigentlich spannenden Frage, nämlich der, von der ich schon anfangs gesprochen hatte. Jetzt hat ja Erbsteam versucht ATP künstlich herzustellen und wie du in deinem Text schreibst, aus Strom, richtig? Ja, genau, richtig.

Die haben da sozusagen den ersten großen Schritt gemacht, das hinzukriegen. Also sie haben ein System aus Proteinen entwickelt, das mit elektrischem Strom genau diesen einen entscheidenden Schritt erledigt, nämlich das ATP wieder aufzuladen. Also sie haben nicht ATP künstlich hergestellt, sondern die haben... Das hingekriegt, dieses Anhängen dieser dritten Phosphatgruppe, dass sie das künstlich hinkriegen. Und das Geniale dabei ist der Körper. Unser Körper, habe ich ja eben gesagt, braucht dafür 40 verschiedene Proteine, die alle irgendwie miteinander arbeiten müssen. Und Erbssystem hat das allein mit nur vier Proteinen geschafft. Also Erbssystem kommt da mit nur vier Proteinen aus. Und jetzt sagst du, dass dafür keine Nahrung nötig ist und auch keine Photosynthese, sondern Strom, also sozusagen die Steckdose. Ja, in gewisser Weise ja, genau. Es ist also dieses System aus den vier Proteinen ist quasi wie so ein Adapter zwischen Strom und Biologie, so beschreibt der Tobias Erb das selbst. Okay, und was könnte man denn damit anfangen? Also was ist die angewandte Forschung, die dann daraus resultiert? Also da kann man eine ganze Menge mit anfangen. Also zum Beispiel lassen wir heute viele Stoffe, also wie zum Beispiel Aromen, Medikamente oder auch Biosprit, lassen wir von Pflanzen oder Mikroorganismen herstellen.

Und mit künstlich erzeugtem ATP könnte man solche Prozesse dann sozusagen direkt steuern, also per Strom. Sozusagen industrielle Biochemie auf einem völlig neuen Niveau würde dadurch möglich.

Dann hast du aber auch noch von einer anderen Anwendung gesprochen, die mich wahnsinnig überrascht hat, nämlich künstliche Photosynthese. Das ist ja auch so etwas, wonach die Wissenschaft schon lange sucht, weil es viele, viele unserer Probleme lösen könnte. Ja genau, also Pflanzen machen ja aus Licht, Wasser und Kohlendioxid machen die Zucker und Sauerstoff. Und die Industrie versucht etwas ähnliches, die machen Wertstoffe für Schmiermittel, für Kosmetik oder auch Kunststoffe, nehmen die das her, um auf Erdöl verzichten zu können, das also nachhaltiger zu produzieren. Und das Problem ist aber bisher, dass dieses Kohlendioxid effizient nutzbar zu machen ist, sehr schwierig. Und mit diesem System von dem Erb und mit Ökostrom wäre das aber möglich. Und das wäre dann sozusagen ein echter erster Schritt Richtung einer nachhaltigen Chemieindustrie. Okay, und jetzt kommen wir zu der Spritze in den Muskel, von der ich eingangs sprach und über die du ja auch geschrieben hast. Ich meine, das ist ja natürlich wirklich Science Fiction, sehr weit in die Zukunft gedacht, aber trotzdem, erklär doch mal, warum das theoretisch möglich wäre und was ist das Besondere daran? Ja, das klingt wirklich nach Science Fiction.

Ist auch erstmal nur eine Idee, was man machen könnte. Aber es ist halt theoretisch möglich. Wenn man ATP künstlich mit Strom erzeugen kann, dann könnte man eines Tages tatsächlich auch quasi Muskeln direkt aufladen. Also statt den Akku des E-Bikes, wenn du nach dem Fahrradfahren geschafft bist und ein E-Bike nicht mehr will, weil der Akku leer ist, dann brauchst du nicht den Akku laden, sondern du kannst deinen Muskel direkt aufladen sozusagen.

Oder noch verrückter gibt es eigentlich auch eine Anwendung, eine denkbare. Man könnte echte Nervenzellen statt künstlicher Neuronen, also KI, neuronale Netzwerke, da könnte man stattdessen echte Nervenzellen womöglich rechnen lassen und das mit Strom antreiben. Also Dinge werden plötzlich denkbar, weil man diesen Adapter zwischen Strom und Biologie hier entwickelt und die würden dann quasi direkt verschmelzen. Verrückt, also Doping fürs Gehirn, es wäre das perfekte Doping für den ganzen Körper, aber wenn ich das richtig verstehe, auf eine Art und Weise, die so natürlich wäre, dass es eben keine Schadstoffe in den Körper bringen würde oder keine schädlichen Stoffe. Ich meine, das hatten wir schon gesagt, es ist ganz weit in die Zukunft gedacht. Trotzdem, wie weit ist man denn so konkret von der Realität entfernt mit den Ideen, die du gerade beschrieben hast? Ja, also das ist wirklich noch recht weit. Also dieses System von dem Tobias Erb und seinem Team, das ist noch ganz am Anfang. Die haben jetzt erstmal so Proof of Principle, wie man sagt, also dass man erstmal gezeigt hat, okay, das geht theoretisch. Und da gibt es noch technische Hürden, die man erst überwinden muss. Man muss zum Beispiel die beteiligten Proteine, sie sind bisher nicht besonders haltbar, die zerfallen halt schnell.

Das geht dann ein, zwei Wochen und dann funktioniert das nicht mehr so. Darum bis aus dem Laborergebnis eine Anwendung wird, das dauert noch. Aber der sagt auch, der Turbo-Jaserb, sowas kann man im Griff kriegen, diese Haltbarkeit zu verlängern.

Also das heißt, die Richtung stimmt und die Richtung ist beeindruckend. Und es gibt ja schon ganz viele andere Beispiele, wo man ähnlich berichtet hat anfangs und was heute zu unserem Alltag gehört. Und vielleicht regiert ATP eines Tages nicht nur die belebte Welt, sondern treibt sogar unsere Technik an. Ja, das wäre gut möglich. Also dauert noch was, aber man hat da einen guten ersten Schritt gemacht. Und man muss aber natürlich dazu sagen, dass der Strom dabei eine große Rolle behält. Also es ist jetzt nicht aus dem Nichts. Aber umso wichtiger ist natürlich, dass wir diesen Strom dann auch nachhaltig herstellen und nicht mit Kohlekraft oder anderen Sachen, die unsere Umwelt zerstören. Ein wahnsinnig spannendes Thema mit unheimlich viel Potenzial für die Zukunft. Lieber Jan, ich danke dir für diesen wahnsinnig interessanten Einblick über einen Stoff, den kaum jemand kennt. Ja, sehr gern. Damit verabschieden wir uns heute bis zur nächsten Folge. Mir bleibt noch zu sagen, dass PM stolzer Partner des Science Slam ist. Dort treten Wissenschaftler mit sehr unterhaltsamen, kurzen Vorträgen zu ähnlich faszinierenden Themen wie ATP auf der Bühne auf.

Alle Termine findet ihr bei uns in den Shownotes. Wir freuen uns über eure Kommentare. Wir freuen uns über gute Bewertungen. Bleibt neugierig und verlebt nie die Energie.