Ein Axolotl lebt gefährlich. In den trüben Gewässern von Mexiko-Stadt läuft der aquatisch lebende Schwanzlurch stets Gefahr, beispielsweise einen Arm an einen gefräßigen Nachbarn zu verlieren. Glücklicherweise ist das kein großer Verlust für ihn, denn in nur wenigen Wochen wachsen seine Gliedmaßen nach. Knochen, Muskel, Haut und Nerven – alles passt perfekt zusammen und der Axolotl gleitet wieder durchs Wasser.

Wie das möglich ist, darüber rätseln Wissenschaftler seit ungefähr 150 Jahren. 1867 führte der französische Mediziner und Zoologe Auguste Duméril ein Experiment durch. Er wollte das ungewöhnliche Tier – das im Gegensatz zu Fröschen als Dauerlarve im Wasser lebt – an ein Leben an Land anpassen. Dafür entfernte er kurzerhand seine Kiemen. Doch zu Dumérils Ärger (und zum Glück der Amphibie) wuchs sein Atmungsorgan immer wieder nach. Damit war der Axolotl für den Forscher ein Tier, das sich gegen Gott auflehnt.

Seit dieser denkwürdigen Begebenheit versuchen Fachleute herauszufinden, was hinter der scheinbar magischen Fähigkeit zur Regeneration steckt. Der Axolotl eignet sich ideal für entsprechende Versuche: Er kann immer und immer wieder ein Bein verlieren – das »Ersatzteil« steht der Leistungsfähigkeit des Originals in nichts nach. Auch Gehirn, Herz, Rückenmark, Schwanz und Teile des Auges sind offenbar quasi unzerstörbar. »Alle seine Gewebe und Organe, die bisher untersucht wurden, können nachwachsen – mit nur sehr wenigen Ausnahmen«, erklärt Leo Otsuki, Regenerationsforscher am Hubrecht-Institut in Utrecht.

Mehr als 150 Jahre nach Dumérils Beobachtung liefern moderne Studien nun erste Antworten auf die Frage: Warum kann der Axolotl etwas, worin wir Menschen so schlecht sind – nämlich verletzte Körperteile hundertprozentig und ohne Einschränkungen zu ersetzen? Mit dem Wissen will man Herzinfarkte behandeln, Rückenmarksverletzungen heilen und generell die Bildung von Narben verhindern. In Laboren weltweit wird bereits an den ersten Therapien gearbeitet.

Den Regenerations-Code knacken

Mehr als Tausend der erstaunlichen Salamander leben am Vienna BioCenter in der weltweit größten Axolotl-Kolonie, und es ist kein Zufall, dass sich diese ausgerechnet in Wien befindet. Die Biochemikerin Elly Tanaka forscht bereits seit der Jahrtausendwende an Regeneration, und 2006 brachte sie bei ihrem Umzug von Dresden nach Wien mit mehreren Lieferwägen ihre Axolotl mit an die neue Forschungsstätte.

Hier haben Tanaka und ihr Team kürzlich ein Element des »GPS-Systems« der Regeneration entschlüsselt– und damit eines der großen Rätsel rund um den aquatischen Lurch gelöst: Um erfolgreich eine Hand neu zu bilden, müssen die Zellen genau wissen, wo sie sich befinden. Die Extremitäten tragen ein molekulares Signal auf ihrer posterioren Seite, also da, wo bei uns der kleine Finger ist: Sie exprimieren hier das Gen Hand2. Das entstehende Protein dient den Zellen als Positionsgedächtnis – sie »wissen« dadurch, dass sie zur Seite des kleinen Fingers gehören.

Wird die Hand amputiert, so verstärkt sich dieses Signal im verbleibenden Stumpf und einige der Zellen beginnen daraufhin, ein weiteres Signal namens Shh auszusenden. Das Shh-Protein wirkt wie ein Radiosender: Es breitet sich in der Umgebung aus, die Zellen in unmittelbarer Nähe empfangen es und nehmen die Identität »kleiner Finger« an. Weiter entfernte Zellen dagegen empfangen das Signal nicht. Sie unterstehen dem Einfluss des Proteins Fgf8 und bilden daraufhin Strukturen des Daumens.

Ein ähnliches GPS-System sagt den Axolotl-Zellen auch, ob sie sich an der Schulter, am Bein, am Ellenbogen oder Handgelenk befinden. »Bereits seit den 1980er-Jahren wissen wir, dass Retinsäure – die aktive Form von Vitamin A – eine zentrale Rolle entlang der Schulter-Hand-Achse spielt«, erklärt James Monaghan von der Northeastern University in Boston. Unterschiedliche Mengen dieses Moleküls – viel im Oberarm, wenig in der Hand – liefern den Zellen die nötigen Informationen.

»Entscheidend ist aber weniger die Herstellung der Retinsäure als vielmehr ihr Abbau«, erklärt Monaghan. Wie er und sein Team 2025 zeigen konnten, entsteht ein Gefälle entlang des Arms: In der Nähe der Schulter bleibt viel der Säure erhalten, weil das abbauende Enzym dort kaum vorhanden ist. In Richtung Hand dagegen wird sie stark abgebaut. »Dieses Gefälle dient den Zellen als inneres Orientierungssystem«, so der Forscher.

Die GPS-Systeme entlang der Gliedmaßen funktionieren gemeinsam, sagt Monaghan. »Unterschiedliche Signale operieren entlang der verschiedenen Achsen, aber sie interagieren wahrscheinlich miteinander.« Die Achsen korrekt zu koordinieren – also vorn versus hinten, nahe versus fern, oben versus unten – sei essenziell, damit Gliedmaßen richtig nachwachsen.

Vom Axolotl zum Menschen

Dieses Wissen ist nicht nur für den Axolotl relevant. »In den nächsten zehn Jahren werden wir die Grenzen verschieben, weg von der reinen Grundlagenforschung an Salamandern hin zur Übertragung auf Säugetiere«, mutmaßt Monaghan. »Mittlerweile wurden so viele Prinzipien entschlüsselt, dass wir die Bausteine nehmen und daraus etwas bauen können«, denkt Leo Otsuki. Der Biologe forschte bei Elly Tanaka in Wien und leitet mittlerweile eine eigene Arbeitsgruppe am Hubrecht-Institut im niederländischen Utrecht.

2025 entdeckt er im Rahmen der Entschlüsselung des »GPS«-Systems mit Tanaka, dass Zellen, die von der Daumenseite des Axolotls in die Seite des kleinen Fingers verpflanzt werden, sich hier wie Zellen des kleinen Fingers verhalten, da sie in den Bereich des Shh-Signals geraten sind. »Diese Regeln zu kennen, ist ein wichtiges Fundament«, sagt Otsuki. Doch es drängen sich zwei Fragen auf: Warum kann der Axolotl das und der Mensch nicht? Und hindert uns dieses Defizit daran, die Tricks für uns zu nutzen?

Auf die zweite Frage sucht Otsuki Antworten in menschlichen Hautproben. »Hier sehen wir: Dieselben Gene, die wir im Axolotl nutzten, um Zellen von einer Identität in die andere zu verwandeln, sind auch beim Menschen aktiv«, so der Biologe.

Axolotl haben also nicht etwa ein magisches Gen für Regeneration, das uns fehlt, sagt Monaghan. Stattdessen gehen Menschen und die meisten anderen Säugetiere einfach anders mit Verletzungen um. Spezielle Zellen in unserer Haut, sogenannte Fibroblasten, interpretieren eine Wunde als Lücke, die rasch gekittet werden muss. Sie schließen sie, bilden eine Kruste und später eine Narbe – und »das wars«, wie Monaghan sagt.

Die Hautzellen von Axolotln und anderen Salamandern verfolgen eine andere Strategie. Die Fibroblasten schalten nicht das Vernarbungsprogramm ein. Stattdessen formen sie ein sogenanntes Blastem, also einen Haufen von Zellen, die ihre Entwicklungsuhr zurückgedreht haben (sie sind »de-differenziert«). Anstatt die Wunde zu verschließen, starten sie jene Programme neu, die bereits während der Embryonalentwicklung Gliedmaßen entstehen ließen.

»Viele Wirbeltiere können regenerieren, nur Säugetiere sind besonders schlecht darin«, sagt Monaghan. Dabei gebe es auch unter ihnen manche, die es besser könnten als andere: Kaninchen etwa schließen große Wunden in ihren Ohren, Stachelmäuse heilen Verletzungen narbenfrei. Fossilfunde legen zudem nahe, dass diese Fähigkeit im Lauf der Evolution mehrmals entstanden ist.

»Viele Wirbeltiere können regenerieren, nur Säugetiere sind besonders schlecht darin«James Monaghan, Biologe

Wie es dazu kam, möchte Francisco Falcon Chavez, Doktorand im Labor von Elly Tanaka, mittels Genomanalyse herausfinden. Das Erbgut des Axolotls ist mit 32 Milliarden Basenpaaren eines der größten der bisher entschlüsselten Tiergenome und rund zehnmal umfangreicher als das menschliche. Erst im Jahr 2018 gelang es, es zu decodieren.

Dabei zeigte sich: Das Axolotl-Genom ist voller springender Gene, die sich verdoppeln und ihre Position innerhalb der DNA verändern können. »Wir glauben, dass diese Transposonen etwas mit der Regenerationsfähigkeit zu tun haben«, sagt Chavez. Transposonen können die Steuerelemente von Genen »mitnehmen« und an anderer Stelle einfügen. Möglicherweise werden dadurch nach einer Verletzung jene Gene eingeschaltet, die für die Entwicklung von Armen, Beinen oder Organen verantwortlich sind, und eben nicht die Wundheilung.

»Wir glauben, dass die Transposone etwas mit der Regenerationsfähigkeit zu tun haben«Francisco Falcon Chavez, Biologe

»Wir müssten auch im menschlichen Körper vom ›Wundprogramm‹ zum ›Entwicklungsprogramm‹ umschalten«, sagt Monaghan. Die Transposonen des Axolotls »nachzubauen« wird nicht möglich sein. Aber ihr regenerationsfördernder Effekt auf die Zellen ließe sich möglicherweise anders erzielen. »Es gilt herauszufinden, was menschlichen Zellen fehlt, damit sie sich eher wie die des Axolotls verhalten«, erklärt Otsuki.

Der Axolotl als medizinische Schatzkiste

Was sich beim Axolotl in Zukunft entschlüsseln lässt, könnte weit über die Regeneration von Gliedmaßen hinausgehen. »Der Kiefer des Axolotls ist kaum untersucht«, berichtet Otsuki. »Aber im Grunde sind seine Bestandteile die gleichen wie die von Arm und Bein: Knochen, Muskeln, Nervenzellen, Blutgefäße und Haut, nur halt ein wenig anders arrangiert und verpackt.« Otsuki möchte verstehen, wie genau der Kiefer bei den Lurchen nachwächst. »Er ist klinisch äußerst relevant, Menschen erleiden hier verschiedenste Verletzungen und Brüche, auch Krebs kann diesen Knochen zerstören«, so der Forscher.

Ähnliches gilt für das menschliche Herz, dessen Erkrankungen zu den führenden Todesursachen weltweit gehören. Ein Grund dafür ist, wie unsere Herzzellen auf Schädigung reagieren: Wie die Fibroblasten bei einer Wunde bilden auch die Herzmuskelzellen eine steife Narbe – das Herz kann dann weniger stark pumpen.

Unter dem Mikroskop beobachtet Elad Bassat in Tanakas Labor ein kleines Wunder: Zwei Wochen zuvor hatte das Herz des Axolotls eine kleine Verletzung erlitten, ähnlich einem Herzinfarkt. Doch nun erholt es sich wieder, selbst der zuvor beschädigte Bereich zieht sich zusammen und pumpt Blut.

»Erst vor 20 Jahren wies man nach, dass das Herz von Zebrafischen regenerieren kann«, sagt Bassat. »Das war eine riesige Entdeckung und ein großer Fortschritt. Bis dahin hielt man das für unmöglich.« Denn Herzen haben keine Stammzellen. Allerdings können Zebrafisch-Herzmuskelzellen, ähnlich wie die Axolotl-Fibroblasten, ihre Entwicklungsuhr zurückdrehen – und danach alle verlorenen Strukturen wieder ausbilden. Mittlerweile ist klar: Auch neugeborene Mäuse können ihr Herz regenerieren, sowie vermutlich menschliche Babys kurz nach der Geburt.

Um herauszufinden, wie man diese schlummernden Kräfte wecken kann, erstellte Bassat den ersten Zellatlas eines nachwachsenden Axolotl-Herzens. Er kartierte genau, welche Zellen an der Regeneration beteiligt sind, welche Gene in ihnen aktiv sind und wo sie sich befinden. »Es stellte sich heraus, dass sich die Muskelzellen am Rande der Verletzung im Axolotl anders verhalten und der Motor für die Regeneration sind«, erläutert der Wissenschaftler. Und: In ihnen ist ein bestimmter Erbfaktor aktiv, der in Mäusen abgeschaltet ist. »Natürlich fragten wir uns: Wenn wir dieses Gen in einer Maus aktivieren, reagiert dann ihr Herz anders auf Verletzungen?«

»Wenn wir dieses Gen in einer Maus aktivieren, reagiert dann ihr Herz anders auf Verletzungen?«Elad Bassat, Biologe

In der Petrischale passierte genau das: »Weckten« die Fachleute das Gen mit dem Namen AXL, so gingen die Herzmuskelzellen der Maus ebenfalls wieder in einen »undifferenzierten« Zustand über und aktivierten Prozesse, die im jungen Tier aktiv sind. Zudem waren sie dann vor Zelltod durch Sauerstoffmangel geschützt – eine wichtige Eigenschaft beim Herzinfarkt, wenn durch die Blockade von Blutgefäßen wenig Sauerstoff zum Herzmuskel gelangt. »Es ist nur dieses eine Gen. Wenn wir es überaktivieren, verhalten sich die Zellen plötzlich komplett anders«, sagt Bassat. »Zum ersten Mal wurde ein Mechanismus im Axolotl identifiziert und erfolgreich in einem Säugetier in Gang gesetzt.« Nun möchte der Forscher näher verstehen, wie AXL in Mäusen funktioniert und wie seine Wirkung noch verbessert werden kann.

Ähnliches plant Monaghan für die menschliche Retina. »Lange dachte man, die Netzhaut des Axolotls könne nicht regenerieren. Wir aber zeigten, dass sie wieder und wieder nachwächst.« Beim Menschen sterben im Zuge einer Retinadegeneration die lichtempfindlichen Zellen der Netzhaut ab, wodurch es zum Sehverlust kommt. Die häufigste Form der Erkrankung ist die altersbedingte Makuladegeneration, für die es nur eingeschränkt Therapien gibt.

Monaghans Gruppe möchte jetzt identifizieren, welche Stammzellen im Axolotl die Netzhaut retten. »Wir hoffen auf einen schnellen Schritt in die klinische Anwendung«, sagt Monaghan. »Vermutlich gibt es einen Botenstoff oder ein Element in der extrazellulären Matrix, das die Netzhaut schützt oder die Regeneration einleitet.« Vielleicht könne man im nächsten Schritt dieses Element in das entsprechende Mausmodell übertragen.

Hautschleim gegen Keime und Krebs

Schon die Azteken nutzten Axolotl, die in den Wasserwegen rund um ihre Hauptstadt Tenochtitlán lebten, als Medizin: Ihr fettiges, proteinreiches Fleisch war Bestandteil von Hustenmitteln, und noch heute züchten Klosterschwestern in der Nähe von Mexico-Stadt einen nahen Verwandten des Axolotl als Rohstoff für ihren Hustensirup. Wie gut der Axolotl-Saft gegen Husten wirkte, ist nicht überliefert. Doch offenbar reicht die Trickkiste des wundersamen Schwanzlurchs weiter über die Regeneration hinaus.

So entdeckte die Biologin Sarah Strauß von der Medizinischen Hochschule Hannover im Schleim der Axolotl-Haut antimikrobielle Peptide (AMPs), die sowohl gegen Krankenhauskeime als auch gezielt gegen Krebszellen wirken.

Strauß stieß zunächst zufällig auf dieses Forschungsthema. Sie hatte zuvor an AMPs in Schleimhäuten geforscht. Dabei handelt es sich um kurze Eiweißmoleküle, die als Teil des angeborenen Immunsystems für die schnelle, unspezifische Abwehr von Krankheitserregern verantwortlich sind. Axolotl begleiteten Strauß schon jahrelang als Haustier, als sie schließlich beide Interessen kombinierte. »Der Axolotl hat eine schwache adaptive Immunabwehr, bei guten Haltungsbedingungen ist er aber gesundheitlich sehr robust. Sein angeborenes Immunsystem muss also einen verdammt guten Job machen – das hat mir einfach keine Ruhe gelassen.«

Als Wassertier bildet der Schwanzlurch auf seinem Körper eine Schleimschicht. Um diese zu gewinnen, massieren Stauß und ihre Hannoveraner Kollegen die Axolotl sanft. »Wenn wir die Hand ins Becken halten, schwimmen sie eigentlich gleich hinein – mehr braucht es nicht«, berichtet Strauß. Im Schleim fanden die Expertinnen und Experten knapp 5000 verschiedene Peptide. Die 22 vielversprechendsten Kandidaten ließen sie synthetisch nachbauen und testeten ihren Effekt an menschlichen Zelllinien und Bakterienstämmen.

»Die Peptide töten in der Zellkultur gezielt Krebszellen«Sarah Strauß, Biologin

Gerade im Kampf gegen antibiotikaresistente Bakterien zeigten die Peptide ihr Potenzial. So erprobten die Forschenden die Wirksamkeit gegen Staphylococcus aureus (MRSA), ein Methicillin-resistentes Bakterium, das bei Menschen schwere Wundinfektionen auslösen kann. »Vier unserer Axolotl-AMPs bekämpften MRSA sogar effektiver als das Reserveantibiotikum Vancomycin«, erzählt Strauß.

Und drei der AMPs gingen in Kultur sogar gegen Brustkrebszellen vor, indem sie den programmierten Zelltod auslösten. »Die Peptide töten in der Zellkultur gezielt Krebszellen, Zellen ohne Tumoreigenschaften jedoch nicht«, so Strauß. »Insgesamt scheinen die identifizierten AMPs vielversprechende Kandidaten für die Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen und Krebs zu sein.«

Vermutlich wird es noch Jahre dauern, um zu verstehen, was genau den Axolotl so anders macht, sagt Otsuki. Doch die Strategien des kleinen Salamanders könnten sich trotzdem bald in der Medizin wiederfinden. »Ich denke, der Axolotl ist einfach ein grundlegend eigenartiges Wesen. Aber wir müssen nicht alles verstehen, um die Erkenntnisse für die Therapie zu nutzen. Schließlich müssen wir nicht den Menschen zum Salamander machen.«