Foto: REUTERS/Brendan McDermid

In seinem Science-Fiction-Roman "Eiswelt" beschreibt der britische Autor Jasper Fforde eine alternative Version der Erde, in der die Eiszeit immer noch nicht zu Ende gegangen ist. Die Menschen haben sich daran angepasst, indem sie monatelang Winterschlaf halten. – Doch welche Konsequenzen hätte das für unseren Körper?

Körperliche Herausforderungen

Ein Team um Michael Gotthardt vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin hat sich angesehen, was mit Grizzlybären geschieht, wenn sie Winterschlaf (oder streng genommen eigentlich Winterruhe) halten: Der Stoffwechsel und der Herzschlag sinken rapide. Der Bär scheidet während der viermonatigen Ruhephase weder Urin noch Fäkalien aus. Die Menge an Stickstoff im Blut steigt drastisch, zudem wird der Grizzly resistent gegenüber dem Hormon Insulin.

Ein Mensch würde das kaum gesund überstehen, so das MDC. Von psychischen Problemen einmal abgesehen, hätte er im Anschluss womöglich mit Thrombosen zu kämpfen. Vor allem aber würden seine Muskeln unter der langen Auszeit leiden. Es besteht akute Gefahr für Muskelschwund.

In alter Frische

Der Grizzly hingegen ist nach seinem Wiedererwachen im Frühling zunächst vielleicht noch ein bisschen träge, aber ansonsten rundum wohlauf. Gotthardt interessierte sich dafür, wie es die Muskeln des Bären schaffen, den Winterschlaf praktisch unbeschadet zu überstehen. Zusammen mit Forschern aus Berlin, Greifswald und den USA fokussierte er dabei auf die Frage, welche Gene in den Muskelzellen der Bären abgelesen und in Proteine umgesetzt werden und welchen Effekt das auf die Zellen hat.

"Muskelschwund ist beim Menschen ein echtes Problem, das unter vielen Umständen auftritt. Wir sind noch immer nicht sonderlich gut darin, ihm vorzubeugen", sagt Studienerstautorin Douaa Mugahid von der Harvard Medical School. "Die Schönheit unserer Arbeit bestand für mich darin, zu lernen, wie die Natur eine Möglichkeit perfektioniert hat, den Muskel unter den schwierigen Bedingungen des Winterschlafs zu erhalten. Wenn wir diese Strategien besser verstehen, könnten wir nicht-intuitive und neuartige Methoden entwickeln, um Muskelschwund bei Patientinnen und Patienten besser zu verhindern und zu behandeln."

Hilfreiche Aminosäuren

Um den Tricks der Bären auf die Spur zu kommen, untersuchte das Team um Mugahid und Gotthardt Muskelproben von Grizzlybären während und außerhalb des Winterschlafs, die sie von der Washington State University zur Verfügung gestellt bekommen hatten. "Wir wollten durch die Kombination moderner Sequenziermethoden und Massenspektrometrie ermitteln, welche Gene und Proteine während und außerhalb des Winterschlafs hochreguliert oder heruntergefahren werden", erklärt Gotthardt. In einem weiteren Schritt planten er und sein Team, die erhaltenen Befunde mit Beobachtungen bei Menschen, Mäusen und Fadenwürmern abzugleichen.

Wie die Forscher in der Fachzeitschrift "Scientific Reports" berichten, stießen sie bei ihren Experimenten auf Proteine, die während des Winterschlafs den Aminosäurestoffwechsel stark beeinflussen. Dadurch befinden sich in den Muskelzellen erhöhte Mengen bestimmter nicht-essenzieller Aminosäuren (non-essential amino acids, NEAA). "In Experimenten mit isolierten Muskelzellen von Menschen und Mäusen mit Muskelschwund ließen sich auch diese Zellen durch die NEAA zum Wachstum anregen", sagt Gotthardt. Aus früheren klinischen Studien wisse man allerdings, dass die Gabe der Aminosäuren in Form von Tabletten oder Pulvern nicht ausreiche, um Muskelschwund bei älteren oder bettlägerigen Menschen zu verhindern.

"Offenbar ist es von Bedeutung, dass der Muskel diese Aminosäuren selbst produziert – ansonsten gelangen sie womöglich nicht an die Orte, an denen sie gebraucht werden", spekuliert der MDC-Forscher. Dennoch könne der Versuch, den menschlichen Muskel in längeren Ruhephasen dazu zu bringen, die NEAA durch Aktivierung der entsprechenden Stoffwechselwege mit geeigneten Wirkstoffen selbst herzustellen, ein Ansatzpunkt für eine Therapie sein.

Vergleich mit Menschen und Mäusen

Um herauszufinden, welche Signalwege dazu im Muskel angeschaltet werden müssen, verglichen die Forscher die Aktivität der Gene bei Grizzlys, Menschen und Mäusen. Die dafür erforderlichen Daten kamen beispielsweise von alten oder bettlägerigen Patienten sowie von Mäusen, die an Muskelschwund litten. "Auf diese Weise wollten wir erfahren, welche Gene bei Lebewesen, die Winterschlaf halten, und solchen, die es nicht tun, unterschiedlich reguliert sind", so Gotthardt.

Dabei stießen die Wissenschafter allerdings auf eine ganze Reihe solcher Gene. Um die möglichen Kandidaten, die Ansatzpunkt für eine Therapie gegen Muskelschwund sein könnten, weiter einzugrenzen, führte das Team im Anschluss Experimente mit Fadenwürmern durch, da sich bei diesen einzelne Gene relativ leicht ausschalten lassen, was die Überprüfung erleichtert.

Durch diese Experimente konnten die Kandidaten auf "eine knappe Handvoll von Genen" eingegrenzt werden, deren Einfluss in künftigen Arbeiten an Mäusen weiter untersucht werden sollen. "Wir werden nun als Nächstes schauen, welche Effekte es hat, wenn wir diese Gene ausschalten", sagt Gotthardt. "Denn als Angriffspunkt für eine Therapie eignen sie sich natürlich nur dann, wenn das keine oder nur wenige Nebenwirkungen hat." (red, 3. 1. 2020)