Atmen im Untergrund: Ungewöhnliche Strategien zum Überleben bei Sauerstoffknappheit

Internationale Forschergruppe entdeckt bei Blindmullen und Robben Besonderheit im Gehirn-Stoffwechsel

09.12.2010

Die medizinischen Sofortmaßnahmen sind klar: Beatmung und Herzmassage, um so die Versorgung des Gewebes mit Sauerstoff sicherzustellen. Ansonsten drohen dem Patienten schon wenige Minuten nach einem Herzinfarkt und Gehirnschlag irreversible Schäden, besonders im empfindlichen Nervensystem. Umso erstaunlicher ist, dass einige Säugetiere in ihren natürlichen Lebensräumen Zeiten von Sauerstoffmangel ohne Schädigung ihrer Nervenzellen überstehen. So lebt die israelische Blindmulle Spalax, ein etwa 20cm langes Nagetier, dauerhaft in ihren unterirdischen Gängen bei Sauerstoffkonzentrationen im Boden, die der Todeszone des Mount-Everest-Gipfels entsprechen. Robben wiederum können während des Tauchens bis zu über 1 Stunde den Atem anhalten. Gerade von solchen "extrem-begabten" Tieren wollen die Mainzer Forscher Thomas Hankeln, Frank Gerlach und Stefan Reuss in enger Zusammenarbeit mit ihren Hamburger Kollegen Thorsten Burmester und Stephanie Mitz sowie Forschern in Israel und Norwegen lernen, wie vielleicht zukünftig lebensbedrohliche Sauerstoffmangelsituationen beim Menschen zu behandeln sind.

Dazu untersuchen die Molekularbiologen die Aktivität von sauerstoffbindenden Atmungsproteinen, sog. Globinen. Dass Globine in Nervenzellen vorkommen, haben Burmester und Hankeln vor etwa 10 Jahren als Erste entdeckt. Und in der Tat, die Proteine Neuroglobin und Cytoglobin, die entweder kurzzeitig Sauerstoff speichern oder für die Zelle giftige reaktive Sauerstoffverbindungen beseitigen, werden im Gehirn der Blindmulle um ein Vielfaches stärker gebildet als bei Ratten, also Tieren, die wie Menschen sehr sensibel auf Sauerstoffmangel reagieren. Als auffällige Gemeinsamkeit von Spalax und Robbe zeigt sich ein weiterer Unterschied, der vielleicht die eigentliche Ursache der Anpassung beider Arten an Sauerstoffmangel darstellt: Speziell Neuroglobin wird hier in Stützzellen des Nervensystems, den Astrozyten (Gliazellen), gefunden, während Mensch, Maus und Ratte dieses Atmungsprotein nur in Nervenzellen selbst bilden. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass Säugetiere, die besonders gut mit Sauerstoffmangel zurechtkommen, während der evolutionären Anpassung an ihren extremen Lebensraum ihren gesamten Gehirn-Energiestoffwechsel umgestellt haben.

Spekuliert wird, dass die gegenüber Sauerstoffmangel toleranten Arten ihre sauerstoffverbrauchenden Stoffwechselwege primär in die Gliazellen verschoben haben. Umgekehrt scheinen die höchst empfindlichen Nervenzellen dadurch vor Schäden bewahrt zu werden, dass sie ihre Energie v.a. aus Stoffwechselvorgängen beziehen, die keinen Sauerstoff benötigen. Diese Erkenntnisse könnten zukünftige Wege aufzeigen, wie durch einen gezielten Einsatz der Atmungsproteine im Nervensystem kritische Phasen der Sauerstoffunterversorgung besser zu bewältigen sind.