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KI entschlüsselt die Sprache der Gene: Neuer Blick in die „Steuerzentrale“ der Pflanzen

Tue, 16 Jun 2026 13:05:02 +0200

Wenn vom Erbgut die Rede ist, denken viele Menschen an Gene. Doch Gene allein erklären nicht, warum Pflanzen unterschiedlich wachsen oder auf Umweltreize reagieren. Tatsächlich enthält die DNA auch viele Abschnitte, die wie Schalter oder Regler wirken. Ein besonders wichtiges regulatorisches Element sind Transkriptionsfaktoren. Diese binden an die DNA und bestimmen, wann ein Gen aktiv wird und wie stark es exprimiert wird. Es geht also darum, ob und wie oft ein Gen abgelesen wird, sodass seine Information in RNA oder Protein umgesetzt werden kann und physiologisch aktiv wird.

Man kann sich das wie ein Haus vorstellen: Die Gene sind die Räume. Die regulatorischen Elemente sind Lichtschalter, Thermostate und Sicherungskästen. Wer verstehen will, wie das Haus funktioniert, muss nicht nur die Räume kennen, sondern auch die Technik in diesen. Das Forschungsteam wollte die entsprechenden Mechanismen anhand der umfangreichen Daten der Modellpflanze Arabidopsis thaliana besser verstehen.

Dafür trainierten die Forscherinnen und Forscher unter Führung des IPK Leibniz-Instituts und des Forschungszentrums Jülich ein Deep-Learning-Modell anhand von Hunderten experimenteller DNA-Bindungsdatensätzen und brachten ihm bei, die Bindungsmuster von insgesamt 46 Transkriptionsfaktor-Familien gleichzeitig zu erkennen. Dieses „Multi-Label“-Konzept unterscheidet sich von früheren Ansätzen, bei denen meist für jeden einzelnen Faktor ein eigenes Modell erstellt wurde, was sich auf das gesamte Genom nur schwer übertragen ließ. Anschließend prüfte das Team, ob das Modell Bindungsstellen korrekt lokalisieren und neue regulatorische Zusammenhänge aufdecken konnte.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Transkriptionsfaktoren nicht nur einzelne DNA-Motive lesen. Entscheidend sind der Kontext und die Art und Weise, wie die Signale zueinander in Beziehung stehen“, erläutert Fritz Forban Peleke, Erstautor der Studie. Das ist wie bei einem Text. Erst die Reihenfolge und der Zusammenhang mehrerer Wörter ergeben einen verständlichen Text. Ähnlich verhält es sich mit der DNA. Nicht einzelne Bausteine bestimmen die Funktion, sondern ihr Zusammenspiel.

Die KI analysierte jedoch auch die Bindungsmuster der Transkriptionsfaktoren und ordnete die Gene der Pflanze verschiedenen Gruppen zu. Dabei zeigte sich, dass sich Tausende Gene auf nur 14 große regulatorische Cluster zurückführen lassen. Dabei korrelieren mehrere davon miteinander und weisen gemeinsame biologische Funktionen auf. „Obwohl Pflanzen Tausende Gene besitzen, entstehen viele ihrer Funktionen ganz offensichtlich aus einer überraschend kleinen Zahl regulatorischer Muster“, sagt Fritz Forban Peleke.

Das Forschungsteam untersuchte zudem mehr als 7.000 DNA-Varianten, die zuvor in genomweiten Studien mit Merkmalen wie Blütezeit, Krankheitsresistenz und Wachstum der Keimlinge in Verbindung gebracht worden waren. Bei etwa jeder fünften dieser Varianten wurde eine Veränderung der Bindung von Transkriptionsfaktoren vorhergesagt. „Wir können nun abschätzen, wie eine einzelne Veränderung in einem regulatorischen DNA-Abschnitt die Genaktivität und damit ein wichtiges Pflanzenmerkmal beeinflusst“, erklärt Dr. Jędrzej Szymański, Leiter der Forschungsgruppe „Netzwerkanalyse und Modellierung“ am IPK und der Forschungsgruppe „Omics-Daten“ am Forschungszentrum Jülich. „Dies bietet die Möglichkeit, von einem statistischen Zusammenhang zu einem plausiblen molekularen Mechanismus zu gelangen.“

Besonders interessant war ein Beispiel zum Blühzeitpunkt. Die KI prognostizierte, dass eine einzelne Veränderung in einem regulatorischen DNA-Abschnitt die Bindung mehrerer Transkriptionsfaktoren beeinflusst. Genau solche Veränderungen können dazu beitragen, dass Pflanzen früher oder später blühen. Die Vorhersagen der KI wurden anschließend experimentell überprüft und bestätigt.

Obwohl das Modell mit Daten aus der Modelpflanze Arabidopsis trainiert wurde, konnte es auch erfolgreich auf Mais angewendet werden. Dort half die KI, Transkriptionsfaktoren zu identifizieren, die auf Hitzestress reagieren. Besonders bedeutsam waren bereits bekannte Regulatoren von Hitzereaktionen. Dies verdeutlicht das Potenzial des Ansatzes für die Pflanzenforschung, auch bei Arten, für die bisher weniger molekulare Bindungsdaten vorliegen.

IPK Leibniz-Institut und Forschungszentrum Jülich

Originalpublikation:

Peleke, F.F., Zumkeller, S.M., Schirmer, D. et al. Genome-wide modelling of plant transcription factor binding captures regulatory variants associated with phenotypic traits. Nat Commun 17, 4913 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-73634-8

"Wissenschaft verbindet" zum Entwurf des WissZeitVG: Mehr als Feilen an den Symptomen?

Tue, 16 Jun 2026 10:57:00 +0200

Positiv ist aus Sicht von „Wissenschaft verbindet“, dass der aktuelle Referentenentwurf davon absieht, die Laufzeit befristeter Verträge nach der Promotion starr zu verkürzen. Dies ist für die Naturwissenschaften und die Mathematik von erheblicher Bedeutung, da die wissenschaftliche Selbstständigkeit, die Entwicklung von Forschungsmethoden, Veröffentlichungen, internationale Mobilität und die Beantragung von Drittmitteln oft mehr Zeit erfordern, als die in früheren Entwürfen des WissZVG vorgesehenen maximalen Befristungsdauern.

„Wissenschaft verbindet“ begrüßt darüber hinaus die vorgeschlagene Mindestvertragsdauer von drei Jahren für erste Promotionsverträge, die Ausweitung der Befristungsmöglichkeit für wissenschaftliche Hilfstätigkeiten auf acht Jahre sowie die bessere Berücksichtigung von Familie, Pflege und Krankheit. Diese Elemente können zu mehr Verlässlichkeit beitragen.

Besonders wichtig ist, dass ein schneller Abschluss der Promotion nicht faktisch benachteiligt wird, dass die Regelungen für Postdoktoranden nicht zu starr gestaltet sind und dass drittmittelfinanzierte Forschungs- und Transferprojekte rechtlich tragfähig bleiben.

Dennoch ist der Entwurf aus Sicht von „Wissenschaft verbindet“ noch verbesserungsbedürftig, da das WissZeitVG alleine keines der vielfältigen strukturellen Probleme lösen kann. Eine wirksame Verbesserung wissenschaftlicher Karrierewege erfordert eine bessere Grundfinanzierung der Hochschulen sowie mehr Dauerstellen für Daueraufgaben. Zudem sollten bei öffentlich geförderten Vorhaben die im WissZeitVG verankerten Rechte des wissenschaftlichen Nachwuchses durch eine flexiblere Handhabung von Projektlaufzeiten und der Mittelverwendung stärker berücksichtigt werden. Darüber hinaus sind der Ausbau von Tenure-Track- und entfristbaren Karrierewegen im Mittelbau, eine BAföG-Reform, Bürokratieabbau sowie erhebliche Investitionen in Hochschulen, Gebäude, Labore, Geräte und digitale Infrastruktur erforderlich.

(Wissenschaft verbindet)

Unsichtbare chemische Landschaften prägen das Leben

Tue, 16 Jun 2026 09:56:56 +0200

Wie findet ein Schmetterling den passenden Partner und anschließend die richtige Pflanze für den Nachwuchs? Wie entdecken Bestäuber die attraktivsten Blüten? Viele Lebewesen verlassen sich dabei auf chemische Signale. Diese unsichtbaren Botschaften durchziehen Luft, Wasser und Boden und helfen Organismen, sich in einer komplexen Umwelt zurechtzufinden. Eine Forschungsgruppe hebt nun hervor, dass diese chemischen Signale nicht isoliert wirken. Vielmehr vermischen sich die von unterschiedlichen Organismen freigesetzten Stoffe in ihrer gemeinsamen Umwelt und bilden komplexe chemische Muster. Daraus entsteht eine dynamische „Chemodiversitätslandschaft“ – also die Gesamtheit chemischer Vielfalt in einem Lebensraum.

„Wir wissen bereits, dass einzelne chemische Stoffe wichtige Informationen transportieren. Unsere Arbeit zeigt, dass aus dem Zusammenspiel vieler Stoffe neue Eigenschaften entstehen können, die sich aus den Einzelkomponenten allein nicht vorhersagen lassen“, sagt Dr. Thomas Dussarrat von der Universität Bielefeld, einer der Hauptautoren der Studie.

Wenn aus Vielfalt neue Funktionen entstehen

Die Forschenden tragen in ihrer Übersichtsarbeit Erkenntnisse aus verschiedenen Bereichen der chemischen Ökologie zusammen. Die Autor*innen argumentieren, dass chemische Mischungen auf Landschaftsebene neue Wirkungen entfalten können. Fachleute sprechen von „emergenten Funktionen“. Gemeint sind Eigenschaften, die erst durch das Zusammenwirken vieler Bestandteile entstehen. Solche Effekte könnten beeinflussen, wie Pflanzen mit Bestäubern, Pflanzenfressern oder Mikroorganismen interagieren und damit ganze Ökosysteme prägen. Solche chemischen Muster könnten auch an den Übergängen zwischen Land- und Gewässerökosystemen entstehen und so Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Lebensräumen beeinflussen.

Bedeutung für Biodiversität und Klimawandel

Die Veröffentlichung entstand im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsgruppe FOR 3000 „Ecology and Evolution of Intraspecific Chemodiversity in Plants“, die an der Universität Bielefeld koordiniert wird. Seit 2020 untersucht sie die ökologische Bedeutung chemischer Vielfalt innerhalb von Pflanzenarten. Zu den Leitautor*innen der Studie gehört auch Dr. Robin Heinen von der Technischen Universität München (TUM). „Mit dem Konzept der Chemodiversitätslandschaft erweitern wir den Blick von einzelnen Organismen auf ganze Lebensgemeinschaften. Dadurch können wir ökologische Prozesse in natürlichen Ökosystemen besser verstehen“, sagt Heinen.

Das neue Konzept hilft nicht nur dabei, ökologische Zusammenhänge besser zu verstehen. Es könnte künftig auch praktische Anwendungen ermöglichen, etwa beim Schutz biologischer Vielfalt, bei der Entwicklung nachhaltiger Landwirtschaft oder bei der Vorhersage von Folgen des Klimawandels. Die Forschenden sehen deshalb großen Forschungsbedarf, um die Bedeutung dieser bislang weitgehend verborgenen Prozesse besser zu verstehen. Denn Umweltveränderungen wie Dürre, Klimawandel oder Artenverlust könnten auch die chemischen Landschaften der Natur verändern, mit Folgen für zahlreiche Wechselwirkungen zwischen Organismen. Die Forschungsgruppe ist mit dem strategischen Fokusbereich InChangE der Universität Bielefeld verbunden. Das Netzwerk bündelt Forschung und Entwicklung zu Individualisierung in sich ändernden Umwelten.

Einschätzung von Professorin Dr. Caroline Müller, Sprecherin der Forschungsgruppe FOR 3000:
„Die Studie verbindet viele bislang getrennt betrachtete Forschungsansätze und eröffnet eine neue Perspektive auf die Rolle chemischer Vielfalt in Ökosystemen. Besonders spannend ist, dass sie zeigt, wie aus dem Zusammenspiel vieler chemischer Signale neue Funktionen entstehen können. Das hilft uns, die Komplexität natürlicher Lebensgemeinschaften besser zu verstehen und die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die biologische Vielfalt genauer einzuordnen.“

Universität Bielefeld

Originalpublikation:

Hanusch, M., Dussarrat, T., Xiao, X. et al. Ecological role of emergent properties in the chemodiversity landscape. Nat Ecol Evol 10, 1045–1056 (2026). doi.org/10.1038/s41559-026-03057-7

Viele Reformen, wenig Fortschritt – das Bildungssystem ist blockiert

Tue, 16 Jun 2026 09:45:26 +0200

„Das Bildungssystem steht heute vor diversen Herausforderungen, die sich überlagern und gegenseitig verstärken. Das zeigt sich etwa, wenn das Kita- und Ganztagsangebot ausgebaut und zugleich pädagogische Qualität gesichert und ausreichend qualifiziertes Personal gewonnen werden sollen“, sagt Kai Maaz, Geschäftsführender Direktor des DIPF | Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation und Sprecher der Autor*innen des nationalen Bildungsberichts. „Wir wissen seit Langem, wo die Probleme liegen und dass sie sich über alle Bildungsbereiche hinweg erstrecken. Was fehlt, ist eine konsequent abgestimmte Steuerung, damit Unterstützung nicht an Zuständigkeitsgrenzen endet. Die entscheidende Frage ist nicht mehr nur, was getan werden muss, sondern wie vorhandenes Wissen dauerhaft in wirksames Handeln übersetzt werden kann.“

Der nationale Bildungsbericht wird alle zwei Jahre auf Basis von amtlichen Statistiken sowie sozialwissenschaftlichen Daten und Studien erstellt. Als zentrale Bestandsaufnahme des Bildungswesens analysiert er langfristige Entwicklungen und macht Herausforderungen sichtbar. Der Bericht erscheint 2026 zum elften Mal und blickt damit auf 20 Jahre Bildungsberichterstattung zurück.

Bedenkliche Kompetenzentwicklung und Schwierigkeiten bei der Personalgewinnung

Zentrale Grundlagen für die Kompetenzentwicklung werden bereits in den ersten Lebensjahren gelegt. Wie früh Unterstützungsbedarfe erkannt und Bildungsbenachteiligungen aufgefangen werden können, hängt auch von Diagnostik und Förderung vor Schuleintritt ab. Dabei zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Bundesländern: Teilweise wird der Sprachstand aller Kinder erfasst, andere testen nur Kinder, die keine Kita besuchen. Auch bei den Konsequenzen gibt es Unterschiede: Nur 8 Länder verpflichten Kinder bei festgestelltem Bedarf zur Teilnahme an einer Fördermaßnahme.

Während die Mathematik-Leistungen der Grundschüler*innen zuletzt eher stabil geblieben sind, zeigen sich im Sekundarbereich I Rückgänge. Zusammen mit dem wachsenden Anteil an Schüler*innen, die Mindeststandards verfehlen, verweist dies auf längerfristige Schwierigkeiten bei der Sicherung grundlegender Kompetenzen. Ein Beispiel: 2024 verfehlte knapp ein Viertel der Schüler*innen, die mindestens den Mittleren Schulabschluss anstreben, den Mindeststandard in Mathematik für diesen Abschluss – 9 Prozentpunkte mehr als 2018. Auch bei den computer- und informationsbezogenen Kompetenzen gelten inzwischen mehr als 40 Prozent der Achtklässler*innen als kompetenzschwach. Zugleich ist der Anteil der Jugendlichen, der die allgemeinbildende Schule ohne Abschluss verlässt, weiter gestiegen – auf rund 8 Prozent.

Kai Maaz: „Zu viele junge Menschen erreichen grundlegende Kompetenzziele nicht. Das verweist auf längerfristige strukturelle Probleme bei der Sicherung dieser Kompetenzen und damit auf eine zentrale Schwäche des Bildungssystems. Gerade deshalb spricht viel dafür, Diagnostik und individuelle Förderung systemweit und dauerhaft auszurichten.“

Die Rückgänge in der Kompetenzentwicklung treffen auf Schwierigkeiten in der Personalgewinnung. Obwohl 2024 rund 2,9 Millionen Menschen und damit etwa 21 Prozent mehr als 2014 im formalen Bildungssystem tätig waren, bestehen in mehreren Bildungsbereichen erhebliche Engpässe. Mit besonderem Blick auf die Schule kommt hinzu, dass sich der Anteil der Lehrkräfte an allgemeinbildenden und beruflichen Schulen ohne anerkannte Lehramtsqualifikation im vergangenen Jahrzehnt nahezu verdoppelt hat und nun bei etwa 12 Prozent liegt.

„Der Fachkräftemangel ist nicht nur ein Mengenproblem. Entscheidend ist ebenso die Qualifizierung, langfristige Bindung und der wirksame Einsatz vorhandener Fachkräfte“, sagt Kai Maaz.

Fachkräftesicherung unter Druck

Die Fachkräftesicherung in vielen Bereichen des Arbeitsmarkts wird durch Entwicklungen in der beruflichen Ausbildung, der Hochschulbildung und der Weiterbildung erschwert:

Die Zahl der Neuzugänge im Übergangssektor mit seinen Qualifizierungsmaßnahmen für Jugendliche ohne Ausbildungsplatz hat weiter zugenommen. Zusammen mit fortbestehenden Disparitäten beim Ausbildungszugang nach Schulabschluss und Staatsangehörigkeit verweist das auf erhebliche Integrations- und Unterstützungsbedarfe. Der Zugang zum dualen Ausbildungsmarkt wird insgesamt schwieriger. Dazu tragen nicht nur anhaltende Passungsprobleme, ein rückläufiges betriebliches Ausbildungsangebot sowie vermehrte vorzeitige Vertragsauflösungen und nicht bestandene Abschlussprüfungen bei, sondern auch weniger angebotene Ausbildungsplätze: Auf 100 Bewerber*innen kamen 2025 nur noch 95 angebotene Plätze (gegenüber 102 in 2023). 492.000 berufliche Ausbildungsabschlüsse markierten zuletzt einen neuen Tiefstand an Absolvent*innen.

Das Hochschulangebot ist zwar so vielfältig wie nie – mehr als 22.400 Studiengänge an über 420 Hochschulen – und auch die inländische Studiennachfrage hat wieder zugenommen. Zugleich steigt die Studiendauer immer weiter, sodass Absolvent*innen dem Arbeitsmarkt später zur Verfügung stehen. Außerdem werden fast 30 Prozent aller in Deutschland erlangten Masterabschlüsse und Promotionen in MINT-Fächern von internationalen Studierenden erworben. Offen bleibt, wie gut es gelingt, diese hochqualifizierten Absolvent*innen an den deutschen Arbeitsmarkt zu binden.

Im ersten Halbjahr 2024 haben deutlich weniger Betriebe Beschäftigte für Weiterbildung freigestellt oder Kosten für die Maßnahmen übernommen: 44 Prozent gegenüber 55 Prozent im Jahr 2019. Die Chancen auf betriebliche Weiterbildung sind ungleich verteilt. Besonders selten profitieren Personen mit niedriger formaler Bildung oder einfachen Tätigkeiten von Weiterbildung: 2023 gaben 16 Prozent der 25- bis unter 66-Jährigen an, sich noch nie weitergebildet zu haben; bei Personen mit niedriger formaler Bildung lag der Anteil bei 45 Prozent. Gerade diese Gruppen könnten von dem zu beobachtenden wirtschaftlichen und technologischen Wandel besonders betroffen sein.

Kai Maaz ordnet ein: „Die digitale und sozial-ökologische Transformation sowie demografische Entwicklungen verändern die Anforderungen an die berufliche Bildung grundlegend. Entscheidend wird deshalb weniger die Ausweitung einzelner Bildungsangebote sein als vielmehr die Frage, wie gut Bildungswege, Qualifikationsprofile und Arbeitsmarktbedarfe tatsächlich zusammenpassen.“

Anhaltende Ungleichheiten nach sozialer Herkunft im Bildungserfolg

Das Schwerpunktkapitel des Berichts zeigt: Bildungsungleichheiten sind ein strukturelles Merkmal des Bildungssystems und hängen in Deutschland weiterhin stark mit der sozialen Herkunft zusammen – also mit Bildung, Berufen und Einkommen in der Familie. Sie durchziehen die gesamte Bildungsbiografie und zeigen sich bei der Beteiligung an Bildung, dem Erwerb von Kompetenzen, Übergangsentscheidungen und Abschlüssen. Besondere Risiken bestehen, wenn Kinder in armutsgefährdeten Haushalten, in Familien mit niedriger formaler Bildung oder in Haushalten ohne Erwerbstätigkeit aufwachsen. Solche Risiken zeigen sich besonders häufig bei Kindern aus Alleinerziehenden-Haushalten und Familien mit Einwanderungsgeschichte.

Diese Ungleichheiten entstehen lange vor Schuleintritt. Unter-3-Jährige aus sozial benachteiligten Familien besuchen besonders selten eine Kita, obwohl sie von dieser Lernumwelt stark profitieren können: 2024 besuchten Kinder von Eltern mit niedrigem Bildungsabschluss nur zu 20 Prozent ein Angebot der Kindertagesbetreuung, bei hohem Bildungsabschluss dagegen 39 Prozent. Beim Schulstart lassen sich rund 20 Prozent der Unterschiede in den sprachlichen Kompetenzen durch die soziale Herkunft erklären.

Auch im weiteren Bildungsverlauf bestehen und kumulieren Ungleichheiten. Kinder aus sozioökonomisch benachteiligten Familien erhalten selbst bei gleichen Leistungen seltener eine Gymnasialempfehlung und wechseln auch bei einer Empfehlung weniger häufig auf ein Gymnasium. Später münden sie seltener direkt in eine vollqualifizierende Ausbildung ein und brechen diese häufiger ab. Auch beim Studium und in der Weiterbildung zeigt sich: Kinder aus sozioökonomisch benachteiligten Familien nehmen seltener ein Studium auf und brechen dieses häufiger ab. Ebenso sind die Chancen auf Weiterbildung eng mit Bildungsabschluss und Erwerbsverlauf verbunden.

Auf eine Abfrage hin haben die Länder für den Zeitraum zwischen 2024 und 2026 insgesamt 347 Maßnahmen zum Abbau von Bildungsungleichheit nach sozialer Herkunft gemeldet. Auch wenn das keine vollständige Bestandsaufnahme ist, machen die Rückmeldungen eine sehr heterogene, föderal geprägte Maßnahmenlandschaft sichtbar. Viele Initiativen sind auf einzelne Bildungsbereiche ausgerichtet; häufig steht der Schulbereich im Mittelpunkt, seltener die frühe Bildung.

Kai Maaz: „Die frühe Bildung ist ein maßgeblicher Ansatzpunkt, da die dort erworbenen Kompetenzen die Basis für den weiteren Bildungsverlauf bilden. Punktuelle Programme reichen dafür nicht aus. Entscheidend sind langfristige und gut abgestimmte Strukturen entlang der gesamten Bildungskette.“

Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation

Der gesamte Bericht: http://www.bildungsbericht.de

EU-Kommission beschleunigt Übergang von Stoffsicherheitsbewertungen ohne Tierversuche

Tue, 16 Jun 2026 09:05:17 +0200

Diese Initiative unterstützt und stärkt den bestehenden REACH-Rahmen, das Chemikalienrecht der EU, und ist ein konkretes Ergebnis des Chemikalienaktionsplans, den die Kommission im Juli 2025 vorgelegt hat. Mit 22 Maßnahmen im Rahmen von drei Säulen sieht der Fahrplan vor, Tierversuche für Stoffsicherheitsbewertungen in 15 Bereichen, darunter Chemikalien für Industrie und Verbraucher, Pestizide und Biozide, Arzneimittel sowie Lebensmittel- und Futtermittelzusatzstoffe, schrittweise zu ersetzen. Der Fahrplan enthält Indikatoren, die dazu beitragen, die Fortschritte bei der Umsetzung der Maßnahmen und Empfehlungen zu überwachen.

Die erste Säule konzentriert sich darauf, Veränderungen in Richtung eines schrittweisen Ausstiegs aus der Tierhaltung herbeizuführen. Die Maßnahmen im Rahmen dieser Säule zielen darauf ab, die Entwicklung und Einführung tierversuchsfreier Ansätze zu beschleunigen. Über 30 gezielte Empfehlungen zur Ersetzung, Verringerung oder Verfeinerung von Tierversuchen für Bewertungen der menschlichen Gesundheit und der Umweltsicherheit sind in dieser Säule dargelegt.

Ziel der zweiten Säule ist es, Europa an der Spitze von Forschung und Innovation zu halten. Die Maßnahmen im Rahmen dieser Säule zielen darauf ab, ein breites Ökosystem aus Forschung und Unternehmensinnovation zu unterstützen, um tierversuchsfreie Ansätze zu entwickeln. Die Maßnahmen umfassen die Nutzung von künstlicher Intelligenz und Big Data für die Methodenentwicklung.

Bei der dritten Säule geht es um die Zusammenarbeit in Europa und darüber hinaus. Zu den Maßnahmen im Rahmen dieser Säule gehört die Schaffung eines Rahmens, um die Umsetzung mit allen einschlägigen Interessenträgern in der EU zu erleichtern und die Zusammenarbeit mit den Regulierungsbehörden auf internationaler Ebene zu fördern.

Als Reaktion auf die Europäische Bürgerinitiative „Save Cruelty-Free Cosmetics – Commit to a Europe Without Animal Testing“ hat die Kommission 2023 zugesagt, einen umfassenden Fahrplan für den schrittweisen Ausstieg aus Tierversuchen für Stoffsicherheitsbewertungen auszuarbeiten.

Chemikaliensicherheitsbewertungen tragen dazu bei, dass Produkte, die in Verkehr gebracht werden, sicher sind, aber immer noch weitgehend auf Tierversuche angewiesen sind. Neue alternative Methoden ermöglichen eine schrittweise Abkehr von Tierversuchen und bieten schnellere, kosteneffizientere und innovationsfreundlichere Lösungen für die Industrie.

Nächste Schritte

Die Kommission wird in enger Zusammenarbeit mit den Mitgliedstaaten, EU-Agenturen und Interessenträgern unverzüglich mit der Umsetzung des Fahrplans beginnen. Bis 2029 wird die Kommission eine hochrangige Konferenz organisieren, um eine Bilanz der Fortschritte zu ziehen. Der Schwerpunkt der Konferenz wird auf der verstärkten Anwendung und Anwendung tierversuchsfreier Ansätze in allen einschlägigen EU-Rechtsvorschriften, einschließlich REACH, liegen. Dazu gehört auch die Konsultation der Interessenträger über das weitere Vorgehen.

EU-Kommission

Weitere Informationen: Fahrplan für den schrittweisen Ausstieg aus Tierversuchen für Stoffsicherheitsbewertungen

Die Initiative “Tierversuche verstehen” hat den Plan eingeordnet und erläutert die EU-Roadmap im Detail: www.tierversuche-verstehen.de/europa-stellt-die-weichen-fuer-sicherheitspruefungen-ohne-tierversuche/

Sonnenschutz einer Alge liefert Hinweise auf Evolution der Landpflanzen

Mon, 15 Jun 2026 12:33:06 +0200

Diese Frage beschäftigt die Evolutionsbiologie schon lange. Eine mikroskopisch kleine Alge, die eng mit den frühesten Landpflanzen verwandt ist, gibt nun Aufschluss. Bei ihr haben Forschende der Universität Göttingen ein ausgeklügeltes System von biologischen Mechanismen zur Abwehr von Sonnenschäden entdeckt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Die einzellige Grünalge Mesotaenium endlicherianum aus der Gruppe der Schmuckalgen (Zygnematophyceae) war im Labor intensiver UV-B-Strahlung ausgesetzt und reagierte darauf unmittelbar: Innerhalb einer Stunde sank ihre Photosynthese-Effizienz, sie wandelte also weniger Lichtenergie in chemische Energie um. Gleichzeitig begannen die Zellen, sich umzubauen. Sie bildeten mit Zellsaft gefüllte Zellräume, sogenannte Vakuolen, und verlagerten ihre Chloroplasten, die Orte der Photosynthese. „Die Veränderungen deuten darauf hin, dass sich die Zellen aktiv schützen. Zu diesem Zweck scheinen sie einerseits ihre Lichtabsorption zu verringern, also weniger der Strahlungsenergie aufzunehmen und umzuwandeln. Andererseits lagern sie schädliche Nebenprodukte in zusätzliche Vakuolen aus“, erklärt Erstautorin Cäcilia Kunz, die im Bereich evolutionäre Genomik an der Universität Göttingen promoviert.

Zusätzlich wurden in der bestrahlten Grünalge Gene aktiv, die mit Stressreaktionen in Verbindung stehen. Viele der Gene gibt es auch in heutigen Landpflanzen. Das komplexe System, das durch die UV-Strahlung in Gang gesetzt wird, könnte somit schon vor dem Übergang an Land existiert haben und über Jahrmillionen konserviert worden sein. Dazu gehören Proteine, die UV-Strahlung erkennen und spezielle Stress-Signalwege, Reparaturmechanismen für UV-induzierte Schäden an der DNA sowie Regulatoren der Photosynthese, die unter Stress die Energieproduktion runterfahren. Das Team entdeckte außerdem, dass spezielle Kinase-Signalnetzwerke anspringen, die wie Schaltzentralen zelluläre Reaktionen koordinieren. Zudem werden Hormon-Signalwege aktiviert, die auch Landpflanzen aufweisen.

Darüber hinaus produzierte die Grünalge als Reaktion auf die UV-Strahlung chemische Verbindungen. Viele gehören zur Klasse der Phenole, die bei Landpflanzen als UV-Schutz und Antioxidantien wirken. „Wir haben zudem eine Reihe bisher unbekannter chemischer Derivate gefunden, was auf unentdeckte und einzigartige Stoffwechselwege hindeutet“, sagt Prof. Dr. Jan de Vries, Leiter der Angewandten Bioinformatik an der Universität Göttingen.

„Unsere Studie liefert ein umfassendes Modell dafür, wie frühe Verwandte der Pflanzen auf UV-Strahlung reagierten“, fasst Kunz zusammen. „Viele der Mechanismen gab es wahrscheinlich schon, bevor die ersten Pflanzen an Land gingen. Sie bildeten die Grundlage für das Leben an Land.“ Erkenntnisse darüber, wie sich frühe Pflanzen an UV-Strahlung angepasst haben, beantworten nicht nur grundlegende Fragen zur Evolution. Sie haben auch Bezug zum Jetzt und Hier: Das Wissen um Mechanismen gegen Stress kann zur Optimierung von Nutzpflanzen beitragen, die zunehmend Belastungen aus ihrer Umwelt ausgesetzt sind.

Universität Göttingen

Originalpublikation:

Kunz CF et al.: Chemodiverse cell system responses to UV in an algal sister of land plants. Current Biology (2026). https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.04.015

Wenn die Karte ein Update braucht – Wie das Gehirn auf vertrauten Routen neue Informationen legt

Mon, 15 Jun 2026 12:26:55 +0200

Der Hippocampus, der Arbeitsspeicher des Gehirns, hat die Form eines Seepferdchens und liegt jeweils im sogenannten Schläfenlappen der linken und rechten Hemisphäre. Hippokampale CA3-Schaltkreise, die Informationen verknüpfen und das Wiedererkennen von Erinnerungen unterstützen, verfügen über stabile räumliche Karten. Neue Erfahrungen werden als separate Einträge darübergelegt, ähnlich den Annotationen in einer Navigations-App, die auf einen Zwischenfall vorausweisen ohne die zugrundeliegende Route zu verändern. Zu diesen Ergebnissen kam jetzt ein Bonner Forschungsteam. Dazu zeichnete es Aktivität von CA3-Axonen in Mäusen auf, die eine vertraute lineare Laufstrecke durchquerten. An einem festen Punkt der Route führten die Forschenden leicht unangenehme, aber harmlose Luftstöße ein, vergleichbar mit einem unerwarteten Hindernis auf einer Straße, und verfolgten, wie das hippokampale Netzwerk seine Repräsentation vor, während und nach dem Ereignis aktualisierte.

„Was uns am meisten überraschte war, dass sich die räumliche Karte selbst nie veränderte. Die räumliche Grundkarte blieb vollkommen erhalten, während das Netzwerk gleichzeitig eine neue Annotation einbaute. Es ist, als hätte der Hippokampus ein Versionierungssystem, das neue Erlebnisse als separate Ebene über eine Karte schreibt“, sagt Co-Senior Autor Prof. Heinz Beck vom Institut für Experimentelle Epileptologie und Kognitionswissenschaften des Universitätsklinikums Bonn (UKB). Er ist Mitglied im Exzellenzcluster ImmunoSensation3 und im Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) „Life & Health“ der Universität Bonn

Dennoch reagierte das System keineswegs blind auf das neue Ereignis. „Wir stellten fest, dass der Luftstoß systematische geometrische Deformationen in der gemeinsamen Mannigfaltigkeit der Populationsdynamik erzeugte, die Ort und Zeitpunkt des Ereignisses zuverlässig markierten. Diese Deformationen überschrieben die zugrundeliegende räumliche Karte jedoch nicht, sondern legten sich darüber“, sagt Erstautor Albert Miguel-López. „Das Resultat funktionierte gleichzeitig als Positionskarte und als Ereignisprotokoll, so dass beide Ebenen unabhängig voneinander lesbar waren.“

Update der Karten ist Gemeinschaftsarbeit des neuronalen Netzwerks

Die Studie verglich zwei unterschiedliche CA3-Axontypen, die den für Gedächtnis, Erinnerungen und Orientierung zuständigen dorsalen Hippokampus der einen Hemisphäre jeweils mit dem dorsalen Hippokampus der anderen Hemisphäre verbinden. Beide Schaltkreise aktualisierten ihre Karten auf ähnliche Art und verteilten das Aktualisierungssignal gleichmäßig auf Ortszellen, die für die Orientierung in der Umgebung zuständig sind, und Nicht-Ortszellen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass der Hippokampus Kartenrevisionen nicht einem kleinen Team von Spezialneuronen überlässt, sondern das Update über das gesamte Netzwerk der Nervenzellen verteilt, und so sicherstellt, dass die neue Annotation stabil in die bestehende Karte integriert wird. „Unsere Befunde machen deutlich, dass hippokampale Karten kein statisches Abbild der Umgebung darstellen, sondern sich in subtilen, kontinuierlichen Schritten weiterentwickeln, immer neue Informationen einbetten, während die geometrische Grundstruktur des Raums unangetastet bleibt”, sagt Co-Senior Autorin Prof. Tatjana Tchumatchenko vom Institut für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung am UKB. Sie ist Sprecherin des TRA „Life & Health“ und Mitglied im TRA „Modelling“ der Universität Bonn. „Die mathematische Trennbarkeit von räumlicher Karte und Annotationsebene zeigt, dass das Gehirn diese beiden Informationstypen zwar gemeinsam speichert, aber so organisiert, dass sie sich nicht gegenseitig überschreiben. Das erweitern unser Verständnis davon, wie das Gehirn Informationen strukturiert und wie es dabei Stabilität und Flexibilität gleichzeitig gewährleistet.“

Universitätsklinikum Bonn

Originalpublikation:

Albert Miguel-L´opeza, Negar Nikbahkt, CarlosWert-Carvajal, Lena Johanna Gschossmanna, Martin Pofahla,HeinzBeck and Tatjana Tchumatchenko; Transformations of the spatial activity manifold convey aversive information in CA3; PNAS; DOI: 10.1073/pnas.2517639123; https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2517639123

Die Dynamik des Landschaftswasserhaushalts beeinflusst die Nitratbelastung im Klimawandel

Mon, 15 Jun 2026 10:58:31 +0200

Seit der vorindustriellen Zeit haben sich die menschlichen Stickstoffeinträge in die terrestrische Biosphäre verdoppelt, sie stammen vor allem aus den großen Mengen synthetischer und organischer Düngemittel. Überschüssiger Stickstoff gelangt in Gewässer, was das Risiko einer Überdüngung birgt und somit die Nahrungsmittelproduktion, die Trinkwassergewinnung und die Nachhaltigkeit der Ökosysteme gefährdet. Um den Nitratkreislauf besser zu verstehen, hat das Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) ein prozessbasiertes Modell zur Verfolgung von Wasser- und Stickstoffflüssen mithilfe stabiler Wasserisotope entwickelt. Das Modell wurde auf über 3.800 europäische Flussgebiete angewendet und das Forschungsteam kartierte die Geschwindigkeiten des Wasserkreislaufs. Dabei bewerteten sie, wie sich die Beschleunigung und Verlangsamung unter feuchteren und trockeneren klimatischen Bedingungen seit den 1980er Jahren auf die Nitratbelastung auswirken. Die Studie prognostiziert zudem, wie sich dies bis zum Ende des 21. Jahrhunderts entwickeln wird.

Warum die Fließgeschwindigkeit eine Rolle bei der Nitratbelastung spielt:

Die Fließgeschwindigkeit spielt eine entscheidende Rolle bei der Nitratbelastung, da sie das Gleichgewicht zwischen Transport und Verstoffwechselung bestimmt. Höhere Fließgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise an der nordwestlichen Küste Europas und in Bergregionen vorherrschen, verkürzen die für den Nitratabbau verfügbare Zeit. Dadurch erhöht sich das Risiko, dass Nitrat aus den Böden in das Grundwasser und in Fließgewässer ausgewaschen wird. Im Gegensatz dazu bieten langsamere Fließgeschwindigkeiten, wie sie in Tieflandregionen vorherrschen, Pflanzen und Mikroorganismen mehr Zeit für den Nitratabbau. „Bisher wurde die Nitratbelastung hauptsächlich auf menschliche Einträge wie Düngemittel zurückgeführt. Wir konnten jedoch zeigen, dass auch die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle bei der Nitratauswaschung spielt“, sagt der Hauptautor Dr. Songjun Wu vom IGB.

Seit den 1980er Jahren – klimatische Extreme erhöhen die Nitratbelastung:

Die Studie zeigt in einer Zusammenfassung seit den 1980er Jahren, dass das Ausmaß klimabedingter Veränderungen im Wasserhaushalt die Entwicklung des Nitratkreislaufs bestimmt. Moderate Schwankungen verringern im Allgemeinen die Nitratauswaschung, während extreme Veränderungen diese verstärken. So kann eine starke Beschleunigung in feuchteren Perioden beispielsweise dazu führen, dass Nitrat rasch in Gewässer gespült wird, ohne dass genügend Zeit für die Verstoffwechselung bleibt. Eine starke Verlangsamung geht dagegen oft mit Dürre einher, was die Aufnahme durch Pflanzen und Mikroorganismen unterdrückt. Dies führt zu einer Nitratanreicherung im Boden sowie zu einer pulsartigen Auswaschung bei starken Regenfällen. Um diese Dynamiken zu erfassen, führen die Forscher*innen das Konzept der „Feuchtigkeitsgrenzen” ein. Das Verbleiben innerhalb dieser Grenzen mindert die Nitratbelastung. Werden sie überschritten – nach unten wie nach oben –, wird mehr Nitrat ausgewaschen. Wie die Projektleiterin Prof. Doerthe Tetzlaff vom IGB und der Humboldt-Universität zu Berlin erklärt, können die Feuchtigkeitsgrenzen „dabei helfen, einen sicheren Handlungsspielraum zu definieren, der gegenüber hydrologischen Veränderungen widerstandsfähig ist. Sie können auch genutzt werden, um potenziell erhöhte Risiken bei der Nitratauswaschung zu identifizieren.“

Die Studie prognostiziert zudem die gemeinsame Entwicklung des Wasser- und Stickstoffkreislaufs in ganz Europa bis zum Jahr 2100 und stellte dabei gegensätzliche Entwicklungen fest. Im Szenario mit niedrigen Emissionen anthropogener Treibhausgase dürften die hydrologischen Veränderungen im feuchten Bereich bleiben, wobei in mehr als 70 % Europas eine geringere Stickstoffauswaschung zu erwarten ist. „Dieses Szenario lässt sich durch höhere Temperaturen und längere Vegetationsperioden erklären, die die Aufnahme und Verstoffwechselung in Pflanzen und Organismen fördern“, sagt Dörthe Tetzlaff.

In Szenarien mit hohen Emissionen könnte eine anhaltende Austrocknung jedoch die Aufnahme durch Vegetation und Mikroorganismen in weiten Teilen Ost- und Südeuropas beeinträchtigen, was das Risiko einer Stickstoffanreicherung und einer anschließenden Auswaschung bei Extremereignissen erhöht. „Dieser Trend zur Trockenheit birgt doppelte Risiken sowohl für die Wassermenge als auch für die Wasserqualität und könnte auch andere Regionen wie Zentral- und Ostasien betreffen“, sagt Mitautor Professor Chris Soulsby von der University of Aberdeen in Schottland.

Wie lassen sich solche negativen Entwicklungen abmildern?

Um diese Risiken zu mindern, betont die Studie, wie wichtig es ist, hydrologische Veränderungen innerhalb der Feuchtigkeitsgrenzen zu halten. Dies kann entweder durch die Bewältigung von Klimaextremen oder durch die Ausweitung dieser Grenzen durch die Reduzierung menschlicher Nitrateinträge erreicht werden, beispielsweise durch Fruchtfolge, optimierte Düngung und verbesserte Abwasserbehandlung.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Originalpublikation:

Songjun Wu et al., Divergent evolution of nitrogen cycling along gradients of landscape water velocities.Science392,1188-1193(2026). DOI: 10.1126/science.aed0399

Soziale Ungleichheit ist mit beschleunigter biologischer Alterung verbunden

Mon, 15 Jun 2026 10:53:58 +0200

Die Studie, durchgeführt vom Team der Max-Planck-Forschungsgruppe Biosozial am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Zusammenarbeit mit der Columbia University in New York, zeigt, dass soziale Ungleichheit – etwa Armut und Rassismus – mit biologischer Alterung zusammenhängt, gemessen anhand des Epigenoms, auch bekannt als „epigenetische Uhren“. Epigenetische Uhren analysieren Muster chemischer Markierungen auf der DNA, um das biologische Alter einer Person oder die Geschwindigkeit, mit der ihr Körper altert, abzuschätzen. Diese Instrumente werden zunehmend von Forschenden genutzt, um zu untersuchen, wie Umweltfaktoren, Lebensstil und soziale Bedingungen die Gesundheit über den gesamten Lebensverlauf beeinflussen.

Frühere Einzelstudien haben gezeigt, dass epigenetische Uhren empfindlich auf sozioökonomische sowie rassische oder ethnische Ungleichheiten reagieren. Da jedoch mehrere verschiedene Arten epigenetischer Uhren existieren, war bislang unklar, welche Messverfahren die Auswirkungen sozialer Gesundheitsdeterminanten am besten erfassen, in welchen Lebensphasen sozioökonomische Einflüsse die epigenetische Alterung besonders stark beeinflussen und ob sich die Zusammenhänge nach Geschlecht oder nach technischen Faktoren – wie dem Gewebe, aus dem die epigenetischen Daten gewonnen werden – unterscheiden. Diese Studie integriert Befunde aus vielen unabhängigen Untersuchungen und ermöglicht damit eine umfassende Prüfung, ob diese Zusammenhänge konsistent und robust sind.

Neuere Messungen biologischer Alterung reagieren am stärksten auf soziale Bedingungen
Die Studie offenbart ein klares und robustes Muster: Menschen, die soziale Benachteiligung erfahren, zeigen tendenziell eine schnellere biologische Alterung, und dieser Zusammenhang war am stärksten ausgeprägt bei der Nutzung der neuesten Generation epigenetischer Uhren. Uhren der ersten Generation – primär entwickelt zur Schätzung des chronologischen Alters – zeigen nur schwache Zusammenhänge mit sozioökonomischen Bedingungen. Dagegen weisen Uhren der zweiten Generation, die Gesundheits- und Mortalitätsrisiken abbilden, sowie Uhren der dritten Generation, die das Tempo der Alterung messen, deutlich stärkere Zusammenhänge mit sozioökonomischen Bedingungen auf.

Evidenz über die gesamte Lebensspanne hinweg
Die Studie legt zudem nahe, dass soziale Ungleichheit die biologische Alterung bereits früh im Leben beeinflusst: Kinder, die unter niedrigeren sozioökonomischen Bedingungen aufwachsen, weisen bereits Anzeichen einer beschleunigten biologischen Alterung auf, wenn neuere epigenetische Uhren angewendet werden. Die Studie kommt ferner zu dem Ergebnis, dass Erwachsene, die in benachteiligten Familien aufgewachsen sind, auch später im Leben biologisch schneller altern – selbst Jahrzehnte nach den Belastungen in der Kindheit.

Soziale Ungleichheiten spiegeln sich in biologischer Alterung wider
Die Forschenden analysierten außerdem rassische und ethnische Unterschiede in der biologischen Alterung. Die einbezogenen Studien aus den USA deuten darauf hin, dass Schwarze Teilnehmende – gemessen mit Uhren der zweiten und dritten Generation – eine beschleunigte biologische Alterung im Vergleich zu weißen Teilnehmenden aufweisen. Unterschiede zwischen Latinx- und weißen Teilnehmenden lassen sich ebenfalls beobachten, fallen jedoch etwas geringer aus.

Bedeutung für Gesundheitsforschung und Interventionen
Die Ergebnisse tragen dazu bei, zu klären, welche epigenetischen Uhren am besten geeignet sind, um zu untersuchen, wie soziale und ökologische Bedingungen die biologische Alterung beeinflussen. Das Forschungsteam merkt an, dass diese Instrumente künftig auch dazu beitragen könnten, zu bewerten, ob Interventionen – etwa Programme zur Armutsbekämpfung, bildungspolitische Maßnahmen oder Gesundheitsinterventionen – die biologische Alterung verlangsamen und die langfristige Gesundheit verbessern können.

Über die Studie
Die Studie fasst Ergebnisse von 1.065 Effektstärken aus 140 Studien mit insgesamt 65.919 Teilnehmenden im Alter von der Geburt bis 86 Jahren zusammen. Durch die Kombination der Ergebnisse aus vielen Studien konnten die Forschenden die bislang umfassendste Bewertung vornehmen, wie soziale Bedingungen mit epigenetischen Maßen biologischer Alterung zusammenhängen.

Max-Planck-Institut für Bildungsforschung

Originalpublikation:

Willems, Y. E., Rezaki, A. D., Aikins, M., Bahl, A., Wu, Q., Belsky, D. W., & Raffington, L. (2026). Social determinants of health and epigenetic clocks: a systematic review and meta-analysis of 140 studies. Nature Human Behaviour. Advance online publication. https://doi.org/10.1038/s41562-026-02477-6

Lichtschalter macht Krebs verwundbar

Mon, 15 Jun 2026 10:33:18 +0200

Tumorzellen können in eine Art Schlaf verfallen und sich dadurch der vernichtenden Wirkung von Krebsmedikamenten entziehen. Dieser Zustand wird bei einigen Krebsarten – etwa bestimmten Formen von Lungenkrebs – durch Stresshormone des Körpers ausgelöst. In den Krebszellen erkennen Glukokortikoid-Rezeptoren die Hormone und fallen als Reaktion darauf in einen Zustand, in dem sie sich kaum noch teilen. Das macht viele Therapien wirkungslos. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versuchen diese Rezeptoren auszuschalten mit der Idee, die Krebszellen dadurch aus dem Schlaf zu holen und sie so angreifbar zu machen.

Licht begrenzt Wirkung auf den Tumor

Das Problem dabei: Jede Zelle unseres Körpers verfügt über Glukokortikoid-Rezeptoren, die wichtige Funktionen − zum Beispiel bei der Entzündungshemmung und für das Immunsystem − erfüllen. Sämtliche Rezeptoren im ganzen Körper zu eliminieren, hätte also verheerende Nebenwirkungen. Deswegen braucht es eine Methode, die ganz spezifisch nur die Glukokortikoid-Rezeptoren der Tumorzellen vernichtet.

Dafür haben Forschende der ETH jetzt eine Lösung gefunden: Sie entwickelten ein System, das die Vernichtung der Rezeptoren veranlasst. Seine Wirkung kann durch Licht im umliegenden gesunden Gewebe gezielt neutralisiert werden, um den Effekt auf den Tumor zu begrenzen. «Das System beruht auf bestehender Medizintechnik und bietet somit eine realistische Perspektive für lokalisierte Therapien», sagt Robin Scheuplein. Er ist Doktorand in der Forschungsgruppe von Katharina Gapp, Professorin für Epigenetik und Neuroendokrinologie, und einer der Erstautoren der Publikation.

Markierung sorgt für Entsorgung von Rezeptoren

Die Forschenden nutzten für ihren Ansatz ein körpereigenes Recycling-System. Dieses erkennt defekte Eiweisse und markiert sie durch Anheften eines kleinen Moleküls für die Entsorgung – es klebt also quasi eine Müllmarke auf. Die so gekennzeichneten Eiweisse werden dann zerstückelt. Diesen Prozess haben die Forschenden nun speziell für die Entsorgung von Glukokortikoid-Rezeptoren auf Tumorzellen modifiziert.

Hierfür haben sie einen Schalter gebaut, der aus drei Teilen besteht: eine Untereinheit, die an den Rezeptor bindet, ein flexibles Verbindungsstück und eine weitere Untereinheit, welche das Enzym bindet, das die Müllmarken aufklebt. Die Kunst liegt im chemischen Design des Verbindungsstücks: Bei normalen Lichtverhältnissen ist es gestreckt, so dass das Enzym den richtigen Abstand vom Rezeptor hat, um ihn markieren zu können. Die Zelle erhält damit das Signal, den Rezeptor zu zerstückeln und zu entsorgen. Bei Bestrahlung mit Licht in einer bestimmten Wellenlänge bekommt das Verbindungsstück einen Knick. Dadurch sind das Enzym und der Rezeptor nicht mehr korrekt zueinander positioniert, um die Müllmarken anzubringen.

Lungenkrebszellen im Labor aus dem Schlaf erweckt

Möglich wurde dieser wissenschaftliche Fortschritt durch die Zusammenarbeit verschiedener Forschungsbereiche an der ETH. Für die Experimente stellten Erick Carreira, Professor für organische Synthese, und sein Team mehrere Verbindungsstücke her. Eingebaut in den Schalter wiesen zwei davon bei Tests genau die erwünschten Eigenschaften auf: Durch Licht liess sich der Schalter zwischen einer Form umschalten, die den Abbau des Rezeptors veranlasst, und einer Form, bei der dies nicht geschieht.

Das Ziel ist, den Schalter für eine hochpräzise lokale Krebstherapie anzuwenden: Er wird hierfür in den Tumor injiziert und durch Licht werden dann all jene Schalter gezielt ausgeschaltet, die aus dem Tumor in das gesunde Gewebe wandern. «So lässt sich die Aktivität strikt auf den Tumorkern begrenzen, wodurch das umliegende Gewebe geschont wird und deutlich weniger Nebenwirkungen auftreten. Die Wirkung ist reversibel und exakt steuerbar», sagt Scheuplein.

In Laborkulturen von Lungenkrebszellen konnten die Forschenden den erwarteten biologischen Effekt bereits nachweisen: Der Wirkstoff führte zum raschen Abbau der Glukokortikoid-Rezeptoren der Tumorzellen. Eine Analyse der Genaktivität zeigte auch, dass die Zellen dadurch aus ihrem Ruhezustand erwachten. «Natürlich muss dies nun noch in lebenden Organismen überprüft werden», so Scheuplein.

Anwendungen bei Brust- und Prostatakrebs

Für die praktische Anwendung in der Krebstherapie müssen die Forschenden das System zudem noch optimieren. Da Licht nur wenige Millimeter ins Gewebe eindringt, muss die Lichtquelle nahe an den Tumorgrenzen platziert sein, um die optische Schutzbarriere aufzubauen. Bei Lungenkrebs ist dies beispielsweise über ein Endoskop gut möglich. Für Tumore, die tiefer im Gewebe liegen, wollen die Forschungsteams Schalter entwickeln, die auf längere Wellenlängen wie etwa Nah-Infrarot ansprechen. Diese dringen tiefer und schonender ins Gewebe ein.

«Wir haben ein modulares Baukastensystem entwickelt, das wir auch für das Ausschalten von anderen Rezeptoren verwenden können», erklärt Scheuplein. Interessant seien für die klinische Anwendung beispielsweise der Östrogenrezeptor bei hormonabhängigem Brustkrebs oder der Androgenrezeptor bei fortgeschrittenem Prostatakrebs. Für die Forschung ist das System schon jetzt einsatzbereit, um komplexe Signalwege in der Krebsbiologie aufzuklären.

ETH Zürich

Originalpublikation:

Freitag KM, Scheuplein R, Orlacchio C, Ansuinelli V, Fava T, Fischer V, Zhang B, Kretschmer M, Gazorpak M, Carreira EM, Gapp K: Light-controlled disruption of cancer cell dormancy via photoswitchable stress hormone receptor degraders. PNAS, 21. Mai 2026, DOI:10.1073/pnas.2528760123