War­um ist Usain Bolt so schnell?

For­scher ha­ben das Zu­sam­men­spiel zwei­er Pro­te­ine un­ter­sucht. Steckt der Er­folg in den Ge­nen?

Mittelschwaebische Nachrichten - - Wissen - Ka­trin Fi­scher

Be­reits zwan­zig Me­ter vor der Zi­el­li­nie brei­tet Usain Bolt ju­belnd die Ar­me aus, das dros­selt sein Tem­po. Den­noch läuft er 2009 in Ber­lin auf 100 Me­tern 9,58 Se­kun­den – und da­mit schnel­ler als je ein Mensch zu­vor. Er er­reicht da­bei ei­ne Höchst­ge­schwin­dig­keit von fast 45 Ki­lo­me­tern pro St­un­de.

Auch bei den Olym­pi­schen Spie­len in Rio de Janei­ro könn­te der Su­per­star wie­der ei­nen neu­en Re­kord auf­stel­len. Viel­leicht kommt ihm auch sein gro­ßer Kon­tra­hent Jus­tin Gat­lin in die Que­re. Bei den US-Aus­schei­dun­gen ist Gat­lin Mar­ken von 9,80 Se­kun­den ge­lau­fen. Wer nun der Al­ler­schnells­te ist – das wird sich in Rio zei­gen. Fakt ist aber, dass al­le Sprin­ter, die es bis zu den Olym­pi­schen Spie­len schaf­fen, über­durch­schnitt­lich schnell lau­fen und al­les aus sich her­aus ho­len. Na­tür­lich trai­nie­ren sie, aber auch die kör­per­li­che Ver­an­la­gung ist ent­schei­dend.

Wich­tig für den Er­folg ist – na­tür­lich – der Auf­bau der Mus­kel­zel­len. Was ge­nau dar­in pas­siert, ha­ben Wis­sen­schaft­ler des Max-PlanckIn­sti­tuts für mo­le­ku­la­re Phy­sio­lo­gie in Dort­mund her­aus­ge­fun­den. Sie ha­ben Mus­kel­pro­te­ine ana­ly­siert und den Mo­le­kü­len mit bis­lang un­er­reich­ter Ge­nau­ig­keit bei der Ar­beit zu­ge­se­hen. Mit der von ih­nen wei­ter­ent­wi­ckel­ten Kryo-Elek­tro- nen­mi­kro­sko­pie las­sen sich die Ur­sa­chen von Mus­kel­er­kran­kun­gen auf­klä­ren – aber auch, was die Mus­ku­la­tur von Spit­zen­sport­lern so leis­tungs­fä­hig macht.

War­um kann Usain Bolt al­so so viel schnel­ler ren­nen als an­de­re? Mit ei­ner Ge­we­be­pro­be des Welt­re­kord­lers könn­ten die For­scher des Dort­mun­der Max-Planck-In­sti­tuts die­se Fra­ge be­ant­wor­ten. Bis­her ha­ben sie ei­ne Theo­rie auf­ge­stellt. Denn das Team um Ste­fan Raun­ser hat das Zu­sam­men­spiel von Schlüs­sel­pro­te­inen bei der Mus­kel­kon­trak­ti­on auf­ge­klärt. „Mit der Kryo-Elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie kön­nen wir na­tür­li­che Ve­rän­de­run­gen von Mus­kel­pro­te­inen be­ob­ach­ten. Da­mit könn­ten wir auch her­aus­fin­den, ob sich das Zu­sam­men­spiel der Pro­te­ine bei Usain Bolt von dem bei an­de­ren Men­schen un­ter­schei­den“, er­klärt Raun­ser, Lei­ter der Ab­tei­lung Struk­tu­rel­le Bio­che­mie am Max-Planck-In­sti­tut.

Be­son­de­re Kon­stel­la­tio­nen könn­ten al­so zu ei­ner op­ti­ma­len Kraft­ent­wick­lung füh­ren, die an­de­re Sprin­ter nicht er­rei­chen. Die­se Kon­stel­la­tio­nen wie­der­um sind im Erb­ma­te­ri­al ver­an­kert. „Wahr­schein­lich be­sit­zen al­le Spit­zen­sport­ler Ge­ne, die sie zu Höchst­leis­tun­gen be­fä­hi­gen“, sagt Raun­ser. Die Prot­ago­nis­ten der Mus­kel­be­we­gung sind das Pro­te­in Ak­tin, das 20 Pro­zent des Ge­wichts der Mus­ku­la­tur aus­macht, und das Mo­tor­pro­te­in Myo­sin, das che­mi­sche Ener­gie in die ei­gent­li­che Be­we­gung um­wan­delt. Das Ak­tin bil­det im Mus­kel lan­ge, fa­den­ar­ti­ge Strän­ge: „Myo­sin-Mo­le­kü­le be­nut­zen das Ak­tin wie ei­ne Schie­ne“, er­klärt Ju­li­an von der Ecken, Dok­to­rand in Ste­fan Raun­sers Grup­pe. „Wenn meh­re­re Mil­lio­nen Myo­sinMo­le­kü­le gleich­zei­tig auf die­sen Schie­nen fah­ren, zieht sich der Mus­kel zu­sam­men.“

Ent­schei­dend für die Mus­kel­kraft ist dem­nach das Zu­sam­men­spiel der bei­den Pro­te­ine. Die Wis­sen­schaft­ler konn­ten mit­hil­fe der Ky­ro-Elek­tromi­kro­sko­pie schon zei­gen, dass vie­le ge­ne­tisch be­ding­te Ve­rän­de­run­gen Ein­fluss auf das Zu­sam­men­spiel von Ak­tin und Myo­sin neh­men. Die­se Ve­rän­de­run­gen könn­ten dann bei­spiels­wei­se da­zu füh­ren, dass die Ak­tin- und Myo­sin-Mo­le­kü­le bei Usain Bolt und an­de­ren schnel­len Sport­lern be­son­ders gut mit­ein­an­der in­ter­agie­ren und die Mus­ku­la­tur da­durch leis­tungs­fä­hi­ger wird.

Na­tür­lich kön­nen der­ar­ti­ge Ve­rän­de­run­gen auch ne­ga­ti­ve Fol­gen ha­ben. Bei ge­ne­tisch be­ding­ten Mus­kel­er­kran­kun­gen ar­bei­ten Ak­tin und Myo­sin nicht mehr aus­rei­chend zu­sam­men, da­durch ist die Mus­ku­la­tur ge­schwächt. War­um die Pro­te­ine schlech­ter mit­ein­an­der in­ter­agie­ren, ist un­be­kannt, denn bis­lang konn­ten Wis­sen­schaft­ler das Zu­sam­men­spiel der Pro­te­ine nicht mit der nö­ti­gen Ge­nau­ig­keit un­ter­su­chen. „Wir ste­hen mit un­se­rer For­schung erst ganz am An­fang, denn die Kon­trak­ti­on ei­nes Mus­kels läuft enorm schnell ab. Des­halb müs­sen wir den kom­plet­ten Ablauf in vie­le ein­zel­ne Schrit­te un­ter­tei­len“, sagt Raun­ser. Die For­scher wol­len mit ih­ren Er­kennt­nis­sen die me­di­zi­ni­sche Be­hand­lung von Mus­kel­er­kran­kun­gen vor­an­brin­gen.

Was die Spit­zen­sport­ler be­trifft, reicht ei­ne Ver­an­la­gung al­lein na­tür­lich nicht aus. Sie müs­sen auch hart trai­nie­ren. Gu­te kör­per­li­che Vor­aus­set­zun­gen sind den­noch wich­tig. Da­zu zählt auch die Zu­sam­men­set­zung der Mus­kel­fa­sern. Denn Ske­lett­mus­keln ent­hal­ten zwei un­ter­schied­li­che Ar­ten von Mus­kel­fa­sern: Die wei­ßen sind schnell und we­nig aus­dau­ernd, sie wer­den auch Ty­pI-Fa­sern ge­nannt. Sie kön­nen gut re­agie­ren und er­mög­li­chen kräf­ti­ge Kon­trak­tio­nen. Die ro­ten sind lang­sa­mer, da­für aber aus­dau­ernd, sie hei­ßen auch Typ IIb-Fa­sern. Sie spre­chen auf Rei­ze viel lang­sa­mer an und ha­ben ei­ne län­ge­re Kon­trak­ti­ons­zeit. Wäh­rend Rad­fah­rer vor al­lem von die­sen Mus­kel­fa­sern pro­fi­tie­ren, soll der ame­ri­ka­ni­sche Sprin­ger und Sprin­ter Carl Le­wis zum Bei­spiel ei­nen An­teil von 90 Pro­zent an wei­ßen Mus­kel­fa­sern ge­habt ha­ben.

Wie Usain Bolts ge­ne­ti­sche und kör­per­li­che Zu­sam­men­set­zung aus­sieht, ist un­be­kannt. Er hat den For­schern noch kei­ne Ge­we­be­pro­be zur Ver­fü­gung ge­stellt.

Fo­to: dpa

Usain Bolt bei sei­nem Welt­re­kord­sprint über 100 Me­ter 2009 in Ber­lin.

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