Sauerstoff entpuppt sich als der Schalter, der erklärt, warum Menschen keine Gliedmaßen nachwachsen lassen können
Manche Tiere wachsen einfach ein neues Bein nach, wenn das alte verloren ist. Menschen nicht. Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass zwischen regenerationsfähigen und nicht regenerationsfähigen Arten ein grundlegender Unterschied bestehen muss. Nun stellt sich heraus: Sauerstoff ist der entscheidende Schalter.
Gliedmaßenregeneration gehört zu den beeindruckendsten Fähigkeiten im Tierreich. Mexikanische Wasserolche beherrschen sie mühelos. Bestimmte Frosch- und Fischarten ebenso. Landlebende Wirbeltiere hingegen, die höhere Sauerstoffkonzentrationen atmen – Vögel und Säugetiere –, haben diese Fähigkeit im Laufe der Evolution weitgehend verloren. Warum genau, ist seit Langem ein hartnäckiges Rätsel.
Eine neue Studie in Science liefert eine überraschende Antwort: Es kommt auf die Sauerstoffwahrnehmung an. Salamander, die im Wasser leben, bewohnen eine Umgebung mit vergleichsweise geringem Sauerstoffpartialdruck. Wird eine Gliedmaße abgetrennt, registriert ein molekularer Sensor – ein Protein namens HIF-1α – einen lokalen Sauerstoffabfall an der Wundstelle. Dieses Signal aktiviert eine Genkaskade, die Zellteilung, Gewebebildung und letztlich die vollständige Regeneration auslöst. Die Wunde wird gewissermaßen als Sauerstoffmangelalarm gelesen. Und dieser Alarm setzt den Reparaturmotor in Gang.
Wie Arten darüber entscheiden, ob der Alarm ausgelöst wird
Bei Säugetieren existiert dasselbe HIF-1α-System, ist jedoch anders kalibriert. Die Sauerstoff-Grundwerte, bei denen Säugetiere leben, sind hoch genug, dass der Sensor bei einer Verletzung die Alarmschwelle kaum erreicht. Die Forschenden testeten dies experimentell: Hielten sie Axolotl in Umgebungen mit erhöhten Sauerstoffkonzentrationen, schwächte sich deren Regenerationsfähigkeit messbar ab. Umgekehrt lösten sie durch künstliche Aktivierung des HIF-1α-Signalwegs bei Froscharten, die normalerweise nicht regenerieren können, ein bescheidenes Regenerationsprogramm aus. Die Fähigkeit war vorhanden. Der Alarm war schlicht abgeschaltet.
Das hat unmittelbare Konsequenzen für die Frage, ob Regeneration beim Menschen jemals induziert werden könnte. Die Studie legt nahe, dass es sich nicht um ein verlorenes Gen oder einen unumkehrbaren Evolutionskompromiss handelt, sondern um einen Schwellenwert: den Sauerstoffschwellenwert, ab dem das Regenerationssignal ausgelöst wird. Ließe sich dieser Schwellenwert pharmakologisch oder genetisch absenken, wäre es theoretisch möglich, Gewebe- oder Gliedmaßenregeneration in einem Organismus zu aktivieren, der das normalerweise nicht tut.
Vom Salamander zum Patienten: ein weiter Weg
Die Kluft zwischen dieser mechanistischen Erkenntnis und einer Anwendung am Menschen ist enorm. Gliedmaßen- und Geweberegeneration ist keine Frage des einfachen Umlegens eines Schalters: Sie erfordert die koordinierte Aktivität von Hunderten von Genen, die richtigen Zelltypen an den richtigen Stellen und ein Immunmilieu, das den Prozess begünstigt statt unterbindet. Beim Menschen lösen schwere Wunden rasch eine Narbenbildung aus – ein evolutionär vorteilhafter schneller Wundverschluss, der Infektionen verhindert, aber die Regeneration blockiert.
Dennoch stellt die Studie einen echten wissenschaftlichen Fortschritt dar. Sie verschiebt die Perspektive von „Menschen können das schlicht nicht" hin zu „Menschen legen den Schalter nicht um." Das ist eine grundlegend andere Frage – und eine, der sich die Forschung weiter widmen kann. Diese Entdeckung eröffnet einen Forschungsweg mit Bezügen zur Wundheilung, zu Organschäden nach Herzinfarkten und zu den längerfristigen Ambitionen der regenerativen Medizin. Ob sich diese Ambitionen jemals in der klinischen Praxis verwirklichen lassen, bleibt eine offene Frage.