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Der lebende Sand: Mit Biopolymeren zu stabileren Böden

Fri, 21 Aug 2026 12:15:22 +0200

Übermässige Landnutzung, Abholzung und der Klimawandel führen zu vermehrter Wüstenbildung in zahlreichen Regionen der Welt. Einmal begonnen, löst der Prozess oft eine Kettenreaktion aus: Durch den Verlust der Nährstoffe im Boden wird die Vegetation immer spärlicher, was die Erde vermehrt der Erosion durch Wind und Wasser aussetzt.

Aus einer Wüste wieder fruchtbaren Boden zu machen, benötigt enorm viel Ressourcen – insbesondere auch Wasser, das gerade in Wüstenregionen ein kostbares Gut ist. Forschende der Empa und der «Khalifa University of Science and Technology» in Abu Dhabi haben nun einen neuartigen ersten Schritt untersucht, mit dem die weitere Bodenverbesserung in Sandwüsten vereinfacht werden könnte: Sie haben dem Sand Leben eingehaucht.

Sand ist ein besonders fordernder Bodengrund für die Landwirtschaft. Er enthält keine organischen Nährstoffe, die Mikroorganismen oder Pflanzen eine Lebensgrundlage bieten könnten. Sandkörner halten nicht zusammen, was sandhaltige Böden besonders anfällig auf Erosion macht. Und Sand lässt Wasser schnell durchsickern, wodurch der Bedarf an Bewässerung sehr hoch ist.

Die Forschenden aus dem Empa-Labor «Cellulose and Wood Materials», gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen in Abu Dhabi, begegneten all diesen Herausforderungen auf einen Schlag. Sie versetzen den Sand mit bestimmten Bakterien und Pilzen, die Netzwerkstrukturen zwischen den Sandkörnern bilden und ihnen so mehr Zusammenhalt verleihen. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift «Carbohydrate Polymers» veröffentlicht.

Biopolymere als natürliches Bindemittel

Die Grundlage dieser mikrobiellen Netzwerke bilden sogenannte Biopolymere: natürliche Moleküle, die aus langen Ketten bestehen – ähnlich wie unsere Kunststoffe. Die Mikroorganismen bilden lange Biopolymer-Fasern, die den Sand durchziehen. «Es entsteht eine Art natürlicher Verbundwerkstoff», sagt Gustav Nyström, Leiter des «Cellulose and Wood Materials»-Labors und Co-Autor der Studie.

Um ihren Ansatz zu testen, versetzten die Forschenden Sandproben aus Abu Dhabi mit unterschiedlichen Mikroorganismen in einer Nährlösung und kontrollierten danach ihre mechanische Widerstandsfähigkeit und ihre Wasserdurchlässigkeit. Das Resultat: Insbesondere die mit Bakterien versetzten Proben waren deutlich robuster als reiner Sand, und ließen das Wasser bis zu sechsmal langsamer durchsickern.

Neben den Versuchen, bei denen die Mikroben direkt in den Sandproben ihr Werk verrichteten, verfolgten die Forschenden noch einen zweiten Ansatz. Dabei ließen sie die Mikroorganismen – in diesem Fall Bakterien, die Nanocellulose produzieren – sogenannte Geotextilien herstellen. Die Bakterien produzierten im Labor Matten aus Cellulose, die die Forschenden daraufhin mit dem Sand zu Schichtstrukturen zusammenfügten. Der arbeitsintensivere Prozess lieferte die besten Ergebnisse in Bezug auf Stabilität und Wasserdurchlässigkeit. Letztere war bei den geschichteten Proben gar um das 28-fache verlangsamt.

Ausgangspunkt für Wachstum

Allzu stabil ist Sand auch mit Biopolymeren nicht – das muss er aber auch nicht sein. «Der Ansatz ermöglicht uns, erste organische Materie und Wasser in den Sand zu bringen und ihn etwas zu stabilisieren», sagt Nyström. «Im Idealfall ermöglicht das, das Wachstum weiterer Mikroorganismen und Pflanzen und startet so den Prozess, bei dem der Boden stabiler und fruchtbarer wird.» Blaise Tardy, Professor an der «Khalifa University» und Co-Autor der Studie, ergänzt: «Der Einsatz solcher Mikroorganismen ist keine Science Fiction: Die Wüste ist hier, und die Nährstoffe sind in den Vereinigten Arabischen Emiraten leicht verfügbar, zum Beispiel Zucker aus Lebensmittelabfällen und komplexe Nährstoffe aus grünen Siedlungsabfällen.»

Die Sandversuche im Labor waren nur der erste Schritt, ermahnen die Forscher. Nun gilt es, die Biopolymere in kontrollierten Feldstudien oder in Gewächshäusern einzusetzen, um zu sehen, welchen Einfluss sie auf das Wachstum von Pflanzen haben und wie gross das Potenzial der Technologie für die Landwirtschaft ist. Diese Aufgabe überlassen die Materialwissenschaftler und -wissenschaftlerinnen der Empa anderen Forschenden aus einschlägigen Fachgebieten.

Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Originalpublikation:

SM Vakeri, A Sinha, LG Greca, MH Salim, G Mabrook, Z Ziyan, MHA Dali, FA AlMarzooqi, S Mettu, G Nyström, BL Tardy: Living sand: Microbial nanocellulose and chitin-rich mycelia enhance granular material properties; Carbohydrate Polymers (2025); doi: 10.1016/j.carbpol.2025.124361

Nicht bremsen, sondern beschleunigen: Neuer Ansatz in der Krebsforschung

Fri, 21 Aug 2026 09:58:42 +0200

Perspektivwechsel

Die Überraschung: Bislang suchten Forschende weltweit vor allem nach Wirkstoffen, die für Krebs verantwortliche PRMT-Enzyme hemmen. Die Ergebnisse der Marburger Teams um Prof. Dr. Uta-Maria Bauer vom Institut für Molekularbiologie und Tumorforschung, Prof. Dr. Wibke E. Diederich vom Institut für Medizinische Chemie und Prof. Dr. Peter Kolb vom Institut für Pharmazeutische Chemie zeigen einen anderen Weg, dass genau das Gegenteil – die Aktivierung statt der Hemmung – für bestimmte Krebsarten und Patient*innen funktionieren könnte. Mit TR-07 gelang die Entwicklung des ersten, selektiven Aktivators für PRMT1 – einer Arginin-Methyltransferase, die zum Beispiel bei Bauchspeicheldrüsenkrebs das Absterben von Tumorzellen unterstützen kann.

Durchbruch durch enge Kooperation und einen glücklichen Zufall

Hinter dem Erfolg steckt eine enge Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen an der Universität Marburg und die Bereitschaft, auch unerwartete Ergebnisse genau zu untersuchen. Ausgangspunkt waren frühere Befunde der Arbeitsgruppe von Prof. Bauer zur Rolle verschiedener PRMT-Familienmitglieder im Tumorgeschehen, unter anderem zum PRMT1-Enzym, das bei Bauchspeicheldrüsenkrebs als Tumorsuppressor wirken kann. Mithilfe computergestützter Verfahren identifizierte die Arbeitsgruppe von Prof. Kolb neben einer Reihe unselektiver Inhibitoren zufälligerweise auch eine vielversprechende aktivierende Ausgangssubstanz. Diese überraschende Entdeckung wurde dann im Labor von Prof. Diederich aufgegriffen. Dr. Christian Iking synthetisierte das Molekül, erzeugte zahlreiche Varianten und trieb damit die chemische Weiterentwicklung maßgeblich voran. Untersuchungen im Labor von Prof. Bauer lieferten die entscheidenden Erkenntnisse zur Wirkung von TR-07 und seinen Derivaten. Dr. Sepideh Salehipour-Bavarsad gelang es gemeinsam mit Dr. Caroline Bouchard und Dr. Marion Meixner aufzuzeigen, wie diese neue Wirkstoffklasse die Enzymaktivität in vitro beeinflusst und welche biologischen Effekte daraus in Zellkulturen und im Tiermodell resultieren. Strukturbiologische Analysen der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Gert Bange halfen zu klären, wie und warum TR-07 das Enzym aktivieren könnte. Frau Salehipour-Bavarsad und Herr Iking teilen sich die Erstautorschaft dieser Studie. Dieses Kooperationsprojekt wurde maßgeblich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des SFB TRR81 „Chromatinveränderungen in der Differenzierung und Malignität“ und der KFO325 „Klinische Relevanz der Tumor-Stroma Wechselwirkungen im Pankreaskarzinom“ gefördert.

Weiter Weg von der Grundlagenforschung bis zur Therapie

Bis zu einem Medikament ist es noch ein weiter Weg. Zunächst wollen die Forschenden TR-07 weiter verbessern und prüfen, welche Krebsarten besonders von diesem Ansatz profitieren. Das Prinzip könnte künftig dazu beitragen, bestehende Chemotherapien durch eine gezielte Kombinationsbehandlung zu verstärken. Die Studie zeigt zugleich, welche Chancen entstehen, wenn an der Universität Marburg Pharmazie, Chemie und Krebsforschung eng zusammenarbeiten – von der computergestützten Suche nach einem Molekül bis zum Nachweis seiner Wirkung auf den Organismus.

Universität Marburg

Originalpublikation:

Sepideh Salehipour-Bavarsad, Christian Iking, Jonas Kammertöns, Caroline Bouchard, Marion Meixner, Michael Daude, Wieland Steinchen, Felix Terwesten, Johanna Senst, David Vonhören, Sinja Rakow, Anne Kagerhuber, Sona Martirosian, Katrin Roth, Daniel Hilger, Stefanie Dörr, Gina Bach, Van Tuan Trinh, Anett Hauser, Frank Abendroth, Olalla Vazquez, Gert Bange, Jörg Walter Bartsch, Detlef Klaus Bartsch, Peter Kolb, Wibke E. Diederich, Uta-Maria Bauer: Small-Molecule Activators of PRMT1: Discovery, SAR Analyses, and Proapoptotic Effects in Pancreatic Cancer Cells; Journal of Medicinal Chemistry (2026); DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5c03281; https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c03281

Dynamik des isländischen Eisschildes veränderte Meerwasserchemie des Nordatlantiks

Fri, 21 Aug 2026 09:50:01 +0200

Wachstum und Rückgang des isländischen Eisschildes haben in den vergangenen 230.000 Jahren zu großen Veränderungen in der Meerwasserchemie des Nordatlantiks geführt, verursacht durch die Wechselwirkung von Vulkanismus und Eis auf Island. Das zeigen Wissenschaftler des Instituts für Umweltphysik an der Universität Heidelberg anhand von Sedimentkernen des nordöstlichen Atlantiks – des Rockall Plateau. Die Forscherinnen und Forscher analysierten die Isotopenzusammensetzung des Seltene-Erden-Elements Neodym in diesen Bohrproben: Danach schwankte das isotopische Signal im Zeitverlauf von glazialen und interglazialen Perioden erheblich und folgte dabei dem „Rhythmus“ der Eiszeiten, wie die Untersuchungen unter der Leitung von Prof. Dr. Norbert Frank zeigen.

Die Isotopenzusammensetzung von Neodym (Nd) im Meerwasser ist eines der am häufigsten verwendeten Instrumente, um zu rekonstruieren, wie sich die Ozeanzirkulation in der jüngeren geologischen Vergangenheit verändert hat. Das Verfahren beruht auf der zentralen Annahme, dass die chemischen „Fingerabdrücke“, die die Zusammensetzung der großen Wassermassen aufweisen, im Laufe der Zeit weitgehend konstant geblieben sind. Die Untersuchungen der Heidelberger Wissenschaftler deuten nun darauf hin, dass diese feste Isotopenzusammensetzung für den Nordatlantik während glazialer Perioden nicht mehr zutrifft. Ihre Analysen der Tiefseesedimente des Rockall Plateau zeigen, dass sich die Chemie des nordatlantischen Meerwassers wiederholt und erheblich geändert hat. Die Forscherinnen und Forscher führen diese Veränderungen auf vulkanisches Material von Island zurück.

Ihre Untersuchungen beziehen sich darauf, dass unterschiedliches kontinentales Gestein unterschiedliche isotopische Signaturen aufweist. Das Verhältnis der spezifischen Isotope 143Nd und 144Nd des im Meerwasser gelösten Neodym spiegelt dabei die Gesteine wider, aus denen das Seltene-Erden-Element herausgelöst wurde. Als der Eisschild auf Island während eines Glazials vorrückte und sich seinen Weg durch das isländische basaltische Grundgestein bahnte, produzierte er große Mengen an feinem, hochreaktivem Gesteinsmehl. Dieses Material wurde an den umgebenden nordatlantischen Ozean abgegeben, wo es Neodym mit einer deutlichen radiogenen Signatur – angereichert in 143Nd – auflöste und freisetzte. Die Analyse der Neodym-Isotope aus dem Sedimentkern ODP Site 982 des Rockall Plateau zeigt, dass die oberen Wassermassen des Nordatlantiks während der Eiszeitspitzen durchweg weitaus radiogener waren als in den warmen Zwischeneiszeiten und dass diese Schwankungen eng mit dem Volumen des isländischen Eisschildes korrelierten.

Die Heidelberger Wissenschaftler entwickelten ein sogenanntes Boxmodell, mit dem sie ihre Analysen der Sedimentproben aus der Tiefsee reproduzieren konnten. Danach waren die Veränderungen der Meerwasserchemie als Folge des vulkanischen Inputs nicht streng linear, sondern Reaktionen auf die Dynamik des Eises auf Island – sie erreichten während der Phasen rascher Vergletscherung ihre Höhepunkte. „Das isotopische Signal folgte dem Rhythmus der Eiszeiten fast Schritt für Schritt“, sagt Dr. Antao Xu. „Das weist darauf hin, dass die isländischen Eisschilde selbst die treibenden Kräfte dafür waren, dass die Meerwasserchemie des Nordatlantiks während der vergangenen 230.000 Jahre mehrfach umgestaltet wurde.“ Die Forschungsergebnisse zeigen außerdem, dass der Eisschild den Zufluss von Mikronährstoffen wie Eisen reguliert hat. Dies dürfte Auswirkungen auf das Leben im Meer und den Kohlenstoffkreislauf während der Eiszeiten gehabt haben, so Dr. Xu, der Mitglied der von Prof. Frank geleitete Arbeitsgruppe „Physik der Umweltarchive“ ist.

„Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeiten unterstreichen, dass die Eisschildsysteme in hohen Breitengraden bei der Regulierung der Ozeanchemie eine entscheidende Rolle spielen“, betont Prof. Frank. Diese Erkenntnisse haben nach den Worten des Wissenschaftlers weitreichende Auswirkungen. „Sie mahnen zur Vorsicht bei der Annahme, dass feste isotopische Fingerabdrücke existieren, die zur Rekonstruktion der vergangenen Ozeanzirkulation eingesetzt werden können. Zudem decken sie einen bislang unterschätzten Zusammenhang zwischen der Kryosphäre, der kontinentalen Verwitterung und der Chemie des Ozeans auf.“

Die aktuellen Untersuchungen waren Teil eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts zu der Frage, wie sich die Ozeanzirkulation und die geochemischen Kreisläufe im Verlauf der großen Klimawandelphasen der Vergangenheit entwickelt haben. Die Forschung stützt sich auf Sedimentkerne aus einer Expedition des Ocean Drilling Program (ODP) / International Ocean Discovery Program (IODP), die vom IODP Bremen Core Repository am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen zur Verfügung gestellt wurden.

Universität Heidelberg

Originalpublikation:

A. Xu, K. Just, A. M. Piotrowski, J. Stohl, N. Frank: Ice-sheet dynamics drive glacial-interglacial shifts in North Atlantic seawater neodymium isotopes. Science Advances (19 August 2026), DOI: 10.1126/sciadv.aeg5747

Der flüssige Kern der Photosynthese

Fri, 21 Aug 2026 09:36:47 +0200

Winziger Tropfen mit großer Bedeutung

Rubisco ist das wichtigste und häufigste Enzym der Erde – es katalysiert die Fixierung von CO₂ während der Photosynthese. Doch das Enzym ist alles andere als vollkommen: Es arbeitet relativ langsam und bindet häufig fälschlicherweise Sauerstoff (O₂) statt CO₂. Dies führt zur Photorespiration, einem ineffizienten Prozess, bei dem wertvolle Energie verloren geht.

Grünalgen stehen vor der Herausforderung, CO₂ aus einem wässrigen Lebensraum mit sehr niedriger Konzentration aufzunehmen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, nutzen sie Kondensate – membranlose Organellen, die als Pyrenoide bezeichnet werden. Diese binden Rubisco mithilfe des Linker-Proteins EPYC1 und konzentieren es durch das Prinzip der Phasentrennung in einem Tropfen. Im Pyrenoid wird CO₂ angereichert, was die CO₂-Fixierung durch Rubisco verstärkt und die Photorespiration vermindert.

Kann EPYC1 allein die Kohlenstoffkonzentration bewirken? Beeinflusst es direkt die Aktivität von Rubisco, oder ergibt sich die verbesserte CO₂-Fixierung ausschließlich aus der lokal erhöhten Konzentration des Substrats? Dr. Andreas Küffner, heute Forschungsgruppenleiter für biologisches Carbon Capture am Max-Planck-Institut für Muldisziplinäre Naturwissenschaften in Göttingen, untersuchte diese Fragen während seiner Postdoc-Phase im Team von Prof. Dr. Tobias Erb am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. Das Pyrenoid-Kondensat-System dient als einzigartiges Modell, um das Zusammenspiel von Biokatalyse und physikalischen Bedingungen zu erforschen. Moderne Pyrenoide sind jedoch komplexe Strukturen mit aufwendiger zellulärer Architektur und zahlreichen Komponenten, was die isolierte Untersuchung der EPYC1-Funktion erschwert.

„In der Synthetischen Biologie wollen wir biologische Funktion von Grund auf verstehen“, erklärt Tobias Erb. „Ein minimales synthetisches Pyrenoid zu rekonstruieren, zeigt uns, welche Komponenten essenziell sind – und welche ausreichen – und gibt Einblicke in die Funktion, wie sie sich im Laufe der Evolution entwickelt hat“, ergänzt Andreas Küffner.

Evolution im Labor: Funktionsanalyse uralter Proteine

Um zu verstehen, wie sich Pyrenoide aus einfacheren Kondensaten entwickelt haben könnten, rekonstruierte das Team gemeinsam mit Prof. Dr. Georg Hochberg von der Universität Marburg die Gensequenzen der evolutionären Vorfahren des heutigen EPYC1 (ancestrale Sequenzrekonstruktion). „Durch den Nachbau der frühesten Proteinformen im Labor konnten wir ihre Mechanismen und Fähigkeiten zur Kondensatbildung im Reagenzglas analysieren. Dies ermöglichte es, einen evolutionären Pfad zu skizzieren: von minimalen Pyrenoiden zu den komplexeren Strukturen, wie sie heute in Grünalgen vorkommen“, erklärt Küffner.

Fast alle ancestralen EPYC1-Versionen bildeten Kondensate – ein Beleg dafür, dass die Fähigkeit, Rubisco in einem konzentrierten Tropfen zu organisieren, ein uraltes Merkmal ist, das im Verlauf der Evolution erhalten blieb. Strukturanalysen mittels Kryo-Elektronenmikroskopie zeigten, dass Rubisco innerhalb der Kondensate seine natürliche Form und die Konfiguration des aktiven Zentrums beibehält. Die Kondensate verändern Rubisco somit nicht. Vielmehr schaffen sie vermutlich eine lokale Umgebung, in der CO₂ im Vergleich zu Sauerstoff angereichert ist – allein durch die physikalische Chemie der Phasentrennung, wie kinetische und biophysikalische Experimente belegten.

Von der Grundlagenforschung zur synthetischen Anwendung

Das Prinzip, dass EPYC1-Gensequenzen ihre kohlenstoffkonzentrierende Funktionen ausschließlich durch Phasentrennung entfalten – und nicht durch eine Verbesserung von Rubisco selbst –, kann sowohl bei natürlichen als auch bei synthetischen Pyrenoiden genutzt werden. Die Verwendung einfacher phasentrennender Proteine ist eine unkompliziertere Strategie als komplexe Pyrenoid-Rekonstruktionen oder andere Ansätze und eröffnet neue Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen in der Synthetischen Biologie. Das Verständnis der Funktionsweise der einfachsten CO2-Konzentratoren der Natur könnte Forschenden helfen, eine effizientere Photosynthese in Nutzpflanzen zu entwickeln und so zur Ernährungssicherheit sowie zum Klimaschutz beizutragen.

Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie

Originalpublikation:

Küffner, A.M; Erb, T. J.: Mechanistic insights into CO₂-concentrating mechanisms using a synthetic minimal pyrenoid. Nat. Plants 12, 1430–1431 (2026). doi.org/10.1038/s41477-026-02348-y

Einmaliger Anti-Mücken-Anstrich senkt Dengue-Rate langfristig

Fri, 21 Aug 2026 09:28:27 +0200

Ein einmaliger Anstrich von Wasserbehältern kann die Zahl von Gelbfiebermücken (Aedes aegypti) und damit die Ausbreitung des Denguefiebers über viele Monate deutlich bremsen. Das zeigen Forscher*innen der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg in einer Studie. Die Untersuchung zeigt, dass Dengue-Erkrankungen in kolumbianischen Stadtvierteln mit speziell beschichteten Wassertanks um 45 Prozent stärker zurückgingen als in vergleichbaren Kontrollgebieten. Die Ergebnisse sind auch für Deutschland interessant, wo die nah verwandte Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) in vielen Regionen heimisch geworden ist.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir mit einer vergleichsweise einfachen Maßnahme viele Menschen vor einer Dengue-Infektion schützen können. Indem wir die Brutplätze ins Visier nehmen, können wir die Krankheitslast spürbar verringern“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Axel Kroeger, Wissenschaftler am Institut für Infektionsprävention und Krankenhaushygiene des Universitätsklinikums Freiburg und Mitglied des Centre for Planetary Health der Universität Freiburg. „Das Prinzip lässt sich weltweit recht einfach übertragen. Auch in Deutschland könnte es beim Kampf gegen die Asiatische Tigermücke helfen“, so Kroeger.

Denguefieber ist weltweit auf dem Vormarsch. Jährlich sind schätzungsweise 100 bis 400 Millionen Menschen von der durch Stechmücken übertragenen Virusinfektion betroffen. Während die meisten Infektionen mild verlaufen, können schwere Fälle tödlich enden. Klimawandel, Urbanisierung und die Ausbreitung der Tigermücke erhöhen auch in Europa das Risiko lokaler Ausbrüche.

Schutz für zwei US-Dollar pro Jahr

In der kolumbianischen Stadt Cúcuta wurden 20 Stadtgebiete mit jeweils rund 1.600 bis 2.000 Haushalten verglichen. Ein Jahr nach der Behandlung wurden in den Gebieten mit Beschichtung signifikant weniger Dengue-Erkrankungen (337 Fälle pro 100.000 Einwohner*innen) registriert als in den Kontrollgebieten (529). Auch der Anteil der Häuser mit Mückenlarven oder -puppen sank deutlich. Die direkten Kosten lagen bei rund zwei US-Dollar pro Jahr und Tank. Vorangegangene Sicherheitsuntersuchungen zeigten zudem, dass Wasser aus behandelten Behältern für Menschen gesundheitlich ungefährlich blieb.

Mikrokapseln setzen die Wirkstoffe langsam frei

„Die Beschichtung setzt dort an, wo sich die Dengue-Mücke Aedes aegypti besonders häufig vermehrt: in Wasserbehältern in und um Wohnungen“, erklärt Erstautorin Dr. Rocio Cardenas, deren Doktorarbeit in der Abteilung Infektiologie der Klinik für Innere Medizin II des Universitätsklinikums Freiburg Teil der Studie war. In Kolumbien zählen große Waschtanks zu den wichtigsten Brutplätzen. „Ein Wirkstoff tötet erwachsene Mücken und beeinträchtigt ihre Eiablage. Ein zweiter verhindert die Entwicklung der Larven und Puppen“, so Cardenas. Mikrokapseln setzen die Wirkstoffe langsam frei und halten die Beschichtung über 12 Monate aktiv.

„Die Studie ist ein wertvoller Beitrag zur weltweiten Infektionsprävention. Sie bildet ein Paradebeispiel dafür, wie der Ansatz der ‚Planetary Health‘ einen Mehrwert für Menschen weltweit bieten kann. Das Konzept wurde für eine bestimmte Region entwickelt, hat aber internationale Relevanz“, sagt Prof. Dr. Philipp Henneke, Sprecher des Centre for Planetary Health der Universität Freiburg und Ärztlicher Direktor des Instituts für Infektionsprävention und Krankenhaushygiene des Universitätsklinikums Freiburg.

Beschichtung könnte auch in Deutschland sinnvoll sein

Auch für Deutschland sind die Ergebnisse interessant. Die eng verwandte und hier zunehmend verbreitete Asiatische Tigermücke Aedes albopictus nutzt – wie die in Kolumbien untersuchte Aedes aegypti – bevorzugt Wasserbehälter als Brutstätten. Dazu zählen etwa Regentonnen in Gärten und Kleingartenanlagen. Gegen ihre Larven wird unter anderem der biologische Wirkstoff Bti eingesetzt. Dieser muss in Wasserbehältern alle zwei Wochen neu angewendet werden.

„Eine über viele Monate wirksame Beschichtung könnte den Aufwand für Haushalte und Kommunen deutlich verringern“, sagt Kroeger. Direkt lassen sich die Ergebnisse nicht auf Deutschland übertragen. Neben der Mückenart unterscheiden sich auch Klima, Behältertypen und Bekämpfungsprogramme. Trotzdem sagt Kroeger: „Eine Do-it-yourself Lösung für Europa ist durchaus denkbar, wenn der Farbanstrich einmal zugelassen ist.“

An der Studie waren auch Mediziner*innen aus der Abteilung Infektiologie der Klinik für Innere Medizin II und dem Institut für Virologie des Universitätsklinikums Freiburg sowie ein internationales Forschungsteam beteiligt.

Universität Freiburg

Originalpublikation:

Cardenas, R., Kroeger, A., Petzold, M., Kern, W. V., Panning, M., Koo, S., Rivera-Ramirez, T., Yañez-Montaño, Y., & Carrillo, M. A. (2026). Epidemiological impact of a dual-action insecticidal coating applied to Aedes aegypti breeding sites on dengue transmission in Colombia: A cluster-randomised trial. The Lancet Infectious Diseases. DOI: 10.1016/S1473-3099(26)00363-4

Transatlantische Wissenschaftskooperationen weiter stärken

Fri, 21 Aug 2026 09:24:20 +0200

Unter den Teilnehmenden befanden sich Vertreter*innen großer US-Wissenschaftsorganisationen, Förderagenturen, Verbände, akademische Einrichtungen und Universitäten sowie auf deutscher Seite die Spitzen der Allianz der Wissenschaftsorganisationen und Wissenschaftsminister*innen aus den Bundesländern, die im Rahmen einer Delegationsreise der Wissenschaftsministerkonferenz in die USA auch an der Jahrestagung des German Academic International Network (GAIN) in San Francisco teilnehmen.

Vor dem Hintergrund aktueller wissenschaftspolitischer Entwicklungen in den USA und Europa sowie herausfordernder geopolitischer Bedingungen betonte DFG-Präsidentin Professorin Dr. Katja Becker, dass auf beiden Seiten das Bekenntnis zu transatlantischen Forschungskooperationen ungebrochen stark sei. Universitäten seien dabei das Herzstück der beiden Wissenschaftssysteme. Dort entstünden nicht nur stets neue wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern sie bildeten auch die Wissenschaftler*innen und zukünftigen Staatsbürger*innen aus, jene Generation, deren Ideen, Kreativität und Verantwortung die technologische und gesellschaftliche Zukunft unserer Länder gestalten werde.

„Wir haben im Rahmen unseres Round Table in einer offenen und vertrauensvollen Atmosphäre sehr gute und inhaltsreiche Gespräche geführt. Dabei konnten wir oftmals an die beiden vorangegangenen DFG-Round Table anknüpfen. Formate wie dieses zeigen uns immer wieder, wie stark, verlässlich und belastbar die über Jahrzehnte gewachsene transatlantische Partnerschaft zwischen Wissenschaftler*innen in den USA und in Europa und hier insbesondere in Deutschland ist. Wir sind entschlossen, die deutsch-amerikanischen Wissenschaftsbeziehungen zu intensivieren und mit unseren Partnern und Freunden an den großen Herausforderungen unserer Zeit zu arbeiten“, sagte Becker.

Die transatlantische Partnerschaft sei essenziell für Fortschritt und Innovation. Nur gemeinsam könne es gelingen, Wissenschaft und Forschung zu erhalten und weiter zu befördern, zum Wohle der Gemeinschaft. Ein offener Dialog und koordinierte Strategien seien dabei unerlässlich, um die Integrität der Forschungssysteme weltweit zu gewährleisten, so die DFG-Präsidentin weiter.

Vertreter*innen aus beiden Ländern betonten, dass die transatlantische Partnerschaft von großem gegenseitigem Vertrauen und Wertschätzung geprägt sei. Es bestehe ein gemeinsames Verständnis der Bedeutung von Wissenschaft und ihren Aufgaben und Zielsetzungen in der Welt. Dazu gehöre es, Antworten auf die globalen Fragen zu entwickeln, deren Lösung gemeinsam anzugehen und dabei für einen vernunftgeprägten Diskurs in einer freien und offenen Gesellschaft zu werben.

Der Round Table startete mit einem Impuls aus der Hochschulforschung zur besonderen Rolle der Universitäten beider Partnerländer beim Ausbau strategischer Allianzen. Professorin Dr. Anna Kosmützky, die am Leibniz Forschungszentrum Wissenschaft und Gesellschaft der Universität Hannover unter anderem zur Wettbewerbspositionierung von Universitäten im internationalen Vergleich forscht, betonte dabei die zunehmende Bedeutung strategischer Kooperationen für ein transnationales Wissenschaftssystem.

Wie viele der anwesenden Expert*innen hervorhoben, könnten Universitäten und universitäre Netzwerke, wie beispielsweise die Exzellenzcluster im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder aufgrund persönlicher Kontakte und vertrauensvoll gewachsener Kooperationen in Zukunft eine noch stärkere Rolle spielen. Hervorgehoben wurden zudem die Unabhängigkeit der Wissenschaft sowie die Bedeutung individueller Mobilität über alle Karrierestufen hinweg, wie sie unter anderem durch die Global Minds Initiative Germany der Bundesregierung gefördert wird.

An der Veranstaltung nahm ein breites Spektrum an Akteuren beider Länder teil. Das große Interesse der Politik aus Deutschland zeigt dabei aus Sicht der DFG, wie zentral die transatlantischen Beziehungen für den Bund und die Bundesländer sind. Das gemeinsame Engagement für die Förderung wissenschaftlicher Exzellenz findet Ausdruck auch in strategischen Verbünden – eine wichtige Grundlage für Deutschlands Rolle als starker internationaler Wissenschaftspartner.

Im Einzelnen waren aus Deutschland neben der DFG die Helmholtz-Gemeinschaft, die Hochschulrektorenkonferenz, die Leibniz-Gemeinschaft, die Max-Planck-Gesellschaft sowie Vertreter*innen deutscher Hochschulen und der U15 beteiligt. Aus den USA nahmen etwa Repräsentant*innen der National Science Foundation, der American Association for the Advancement of Science, des National Council of University Research Administrators, der U.S. National Academies of Science, der Association of American Universities teil sowie Vertreter*innen US-amerikanischer Universitäten, wie beispielsweise der Harvard University, der Arizona State University, der George Mason University und der University of Chicago. Aus der deutschen Politik nahmen im Rahmen einer Delegationsreise der Wissenschaftsministerkonferenz Minister*innen aus den Ländern Bayern, Brandenburg, Hamburg, Hessen, Niedersachsen und dem Saarland am DFG-Round Table teil.

DFG

Marine Hitzewellen: Wärmeres Meerwasser schwächt die natürliche Kohlenstoffspeicherung von Seegraswiesen

Thu, 20 Aug 2026 10:17:39 +0200

Der empirische Teil der Studie umfasste Seegras und Makroalgen. In der Aquarienanlage des ZMT setzen Alba Yamuza-Magdaleno (Universität Cádiz), Pedro Beca-Carretero und Hauke Reuter (Arbeitsgruppe Räumliche Ökologie und Interaktionen) verschiedene Seegrasarten und eine Makroalgenart unterschiedlichen Temperaturen aus. Dabei zeigte sich, dass bereits eine geringe Erwärmung des Wassers die Zusammensetzung und Merkmale der abgegebenen Kohlenstoffverbindungen verändert.

Weniger langlebiger Kohlenstoff im Meer

Seegras und Algen nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, um ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel zu unterstützen. Ein Teil dieses Kohlenstoffs wird in Strukturkomponenten wie Blättern und Rhizomen gebunden. Ein Teil wird über Jahrhunderte oder Jahrtausende hinweg im Meeresboden gespeichert, während ein weiterer Teil als gelöster organischer Kohlenstoff ins Wasser abgegeben wird.

Manche dieser Stoffe werden schnell von Mikroorganismen abgebaut. Andere sind deutlich widerstandsfähiger und können über Wochen, Jahre oder gar Jahrhunderte im Meer verbleiben.

Genau diese langlebige Form des Kohlenstoffs nahm in den Experimenten bei höheren Temperaturen deutlich ab. Bei einer Erwärmung um vier Grad Celsius verringerte sich der Anteil des schwer abbaubaren Kohlenstoffs im Durchschnitt um rund 28 Prozent. Gleichzeitig stieg der Anteil jener Stoffe, die schnell von Mikroorganismen zersetzt werden, deutlich an. Nach 60 Tagen waren große Teile dieser leichter abbaubaren Verbindungen bereits zersetzt worden.

„Seegraswiesen und Algenwälder gelten als natürliche Kohlenstoffspeicher. Wenn sich das Meer weiter erwärmt, könnten sie künftig deutlich weniger Kohlenstoff langfristig binden als bisher angenommen“, erklärt Erstautorin Alba Yamuza-Magdaleno von der Universität Cádiz. „Das ist wichtig, weil viele Klimamodelle bislang davon ausgehen, dass diese Ökosysteme dauerhaft große Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen.“

Die Forschenden verglichen die Menge des langlebigen gelösten organischen Kohlenstoffs auch mit der Kohlenstoffspeicherung im Meeresboden. Ihre Analyse ergab, dass beide Prozesse ähnlich wichtig sein könnten, da die Speicherraten in derselben Größenordnung liegen. Bisher konzentrierten sich die meisten Studien vor allem auf den dauerhaft in marinen Sedimenten gespeicherten Kohlenstoff. Die neue Arbeit zeigt, dass auch gelöster organischer Kohlenstoff eine wichtige Rolle spielt.

MAREE-Versuchsanlage am ZMT liefert neue Einblicke

Für die Untersuchung nutzte das Team sogenannte Mesokosmen, große Meerwasserbecken, in denen sich Umweltbedingungen gezielt kontrollieren und verändern lassen. Über einen Zeitraum von 40 Tagen untersuchten die Forschenden drei Temperaturstufen zwischen 24 und 28 Grad Celsius.

Die Experimente am ZMT liefen in 27 dieser Becken mit Kombinationen aus verschiedenen Seegrasarten. Die Studie umfasste drei einheimische Arten aus der Bucht von Cádiz: die Seegrasarten Cymodocea nodosa und Zostera noltei sowie die Makroalge Caulerpa prolifera. Die Forschenden untersuchten außerdem das Seegras Halophila stipulacea, eine invasive Art, die aus dem Indischen Ozean stammt.

Sie maßen Sauerstoffproduktion, Kohlenstoffumsatz und die chemische Zusammensetzung der abgegebenen Stoffe. Anschließend beobachteten sie über 60 Tage, wie schnell Mikroorganismen die verschiedenen Kohlenstoffverbindungen abbauten.

Die invasive Seegrasart hatte dabei überraschend wenig Einfluss auf den Kohlenstoffhaushalt. Entscheidend war vor allem die Temperatur.

„Besonders auffällig war, dass der Anteil des langlebigen gelösten organischen Kohlenstoffs – also der Teil, der normalerweise über längere Zeiträume im Ozean verbleibt – mit steigender Temperatur am stärksten zurückging“, sagt Pedro Beca-Carretero vom ZMT und dem Meeresforschungsinstitut IIM-CSIC im spanischen Vigo. „Dadurch könnte ein Teil des aufgenommenen Kohlendioxids schneller wieder in den Kohlenstoffkreislauf zurückkehren.“

Bedeutung für Klimamodelle und Küstenschutz

Küstenökosysteme wie Seegraswiesen, Mangrovenwälder oder Salzmarschen gelten als wichtige natürliche Kohlenstoffspeicher und werden oft als „Blue Carbon“-Ökosysteme bezeichnet. Sie spielen eine wichtige Rolle dabei, Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen und langfristig zu binden. Die Autor:innen der Studie betonen, dass bisherige Klimamodelle die Auswirkungen steigender Temperaturen auf gelöste Kohlenstoffverbindungen möglicherweise unterschätzen. Dadurch könnte die tatsächliche Speicherleistung vieler Küstenökosysteme künftig geringer ausfallen als bisher angenommen.

Die Forschenden zeigen zugleich die Grenzen ihrer Untersuchung auf. Die Experimente fanden unter kontrollierten Bedingungen statt und bilden natürliche Küstenregionen nur vereinfacht nach. Faktoren wie starke Strömungen, Stürme oder langfristige Veränderungen der Artenzusammensetzung konnten nicht vollständig berücksichtigt werden. Weitere Feldstudien sollen nun zeigen, ob sich die beobachteten Effekte auch in natürlichen Ökosystemen bestätigen.

„Wir brauchen nun Langzeitbeobachtungen in natürlichen Küstengebieten, um besser abschätzen zu können, wie stark sich die Erwärmung der Ozeane tatsächlich auf die Kohlenstoffspeicherung auswirkt“, fasst ZMT-Forscher Hauke Reuter zusammen. „Solche Daten sind wichtig, damit Küstenökosysteme künftig realistischer in Klimaschutzstrategien einbezogen werden können.“

Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung

Originalpublikation:

Yamuza-Magdaleno, A., Azcárate-García, T., Egea, L.G. et al. Temperature-driven decline in recalcitrant dissolved organic carbon weakens coastal macrophyte’s blue carbon storage potential. Commun Earth Environ 7, 362 (2026). doi.org/10.1038/s43247-026-03417-y

Bislang größter Chromosomen-Vergleich tierischer Arten zeigt "evolutionäre Autobahnen"

Thu, 20 Aug 2026 10:06:11 +0200

Ein Mensch, ein Oktopus und eine Koralle könnten kaum unterschiedlicher aussehen – doch tief im Inneren ihrer Zellen tragen ihre Chromosomen immer noch erkennbare Teile eines Genoms, das sie von einem tierischen Vorfahren geerbt haben, der vor mehr als 600 Millionen Jahren lebte. Eine aktuell in "Science Advances" veröffentlichte Studie von Forscher*innen der Universität Wien kartiert, wie diese Fragmente in der Tierwelt neu gemischt wurden, und zeigt, dass sich tierische Genome entlang einer begrenzten Anzahl irreversibler "evolutionärer Autobahnen" entwickeln. Die neuesten Erkenntnisse liefern eine wichtige Grundlage für den Erhalt der tierischen Artenvielfalt.

Alle lebenden Tiere haben einen gemeinsamen Vorfahren, der vor über 600 Millionen Jahren lebte. Seitdem haben sich ihre Chromosomen unzählige Male verschmolzen, geteilt und neu angeordnet. Heute sind Tausende von Tiergenomen sequenziert. In der aktuellen Studie hat sich ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftler*innen der Universität Wien erstmals daran gemacht, alle Genome auf Chromosomenebene zu vergleichen. "Das Verständnis dieser Regeln der Evolution gibt uns nicht nur Aufschluss über die Vergangenheit", sagte Oleg Simakov, Professor an der Universität Wien und einer der Leiter der Studie. "Es ermöglicht uns auch, Fragen darüber zu stellen, wie die Genom-Evolution weiter verlaufen könnte, und wichtige Maßnahmen zum Erhalt der tierischen Artenvielfalt zu identifizieren."

Die meisten sequenzierten Genome sind "Entwürfe", die zeigen, welche Gene ein Tier besitzt, aber nicht, wie diese angeordnet sind. Bei sogenannten "chromosomalen Genomassemblierungen" hingegen wird jedes Gen entlang vollständiger Chromosomen in die richtige Reihenfolge gebracht – diese sind wesentlich schwieriger zu erstellen. Erstmals wurden genügend Tiere auf diese Weise sequenziert, um einen Vergleich über die gesamte Tierwelt hinweg zu ermöglichen.

Der bislang größte Vergleich über den gesamten Stammbaum der Tiere hinweg

Das Team analysierte mehr als 5.800 öffentlich verfügbare Genome auf Chromosomenebene, das Sample umfasste 4.454 Arten aus 19 Tierstämmen – der bislang größte Vergleich dieser Art über den gesamten Stammbaum der Tiere hinweg. Die Wissenschaftler*innen entwickelten ein neues Rahmenkonzept, das diese enorme Vielfalt auf einer einzigen Karte abbildet – die sogenannte evolutionäre Genomtopologie. Die Analyse zeigte, dass sich Genome nicht zufällig verändern: Stattdessen bewegen sie sich entlang "evolutionärer Autobahnen" – eines Pfades, der durch Hunderte heutiger Arten offenbart wird, deren Genome Hinweise darauf liefern, dass sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auf diese Autobahn aufgefahren sind oder sie wieder "verlassen" haben.

"Zum ersten Mal können wir Tausende von Genomen auf einer einzigen Karte betrachten und die einzigartigen Wege nachverfolgen, auf denen sich die DNA der Tiere entwickelt hat. Betrachtet man die Karte als Ganzes, erhalten wir ein Bild der Muster, nach denen sich Tiergenome im Laufe der Zeit verändert haben", sagte Darrin Schultz, der die Arbeit als Postdoktorand an der Universität Wien leitete und nun als Assistenzprofessor an der Lehigh University tätig ist. "Und wenn wir die Karte auf andere Weise falten, können wir vergleichen, wie verschiedene Tiergruppen unterschiedliche Wege eingeschlagen haben, nachdem sie sich auf unterschiedliche evolutionäre Pfade verzweigt hatten."

Im Zentrum dieser Muster steht ein Prozess, den das Team in einer früheren Studie(https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi5884) als "Fusion-mit-Vermischung" (fusion-with-mixing) bezeichnet hat: Wenn zwei Chromosomen verschmelzen, vermischen sich ihre Gene auf eine Weise, die nicht rückgängig gemacht werden kann, und hinterlassen so eine dauerhafte Spur. Da diese Veränderungen nur in eine Richtung verlaufen, dienen sie als zuverlässige Marker für eine gemeinsame Abstammung – ein Nachweis, der bereits genutzt wurde, um die Geschwistergruppe aller anderen Tiere aufzudecken.

Die Forscher*innen fanden heraus, dass Unterschiede in der Chromosomenzahl zwischen Tiergruppen entweder aus der Kombination von Chromosomen der Vorfahren oder aus deren Trennung resultieren und dass in beiden Fällen die "Fusion-mit-Vermischung" die Abstammungslinien auf sehr unterschiedliche evolutionäre Pfade führt, die ähnlich wie bei den Autobahnen eine Umkehr oder beliebige Abfahrt (zumindest im Normalfall) nicht erlauben.

Große Tiergruppen verteilen sich mit der Zeit in der genomischen Landschaft

Da dieser Prozess nicht rückgängig gemacht werden kann, führt eine solche Abzweigung, sobald sie einmal stattgefunden hat, dazu, dass große Tiergruppen in unterschiedliche Regionen der genomischen "Landschaft" eingeordnet werden. Im Laufe der Zeit prägt diese fortschreitende, einseitige Vermischung die divergierenden Wege der Tiergenom-Evolution und hinterlässt einen bleibenden Abdruck auf einer breiten Palette von Genen, darunter Schlüsselgene, die die Entwicklung oder Funktion der Organismen steuern.

Da die evolutionäre Genomtopologie nicht nur die DNA-Sequenz, sondern auch die Genomarchitektur vergleicht, bietet sie Forscher*innen die Möglichkeit, die wachsende Flut von Tiergenomen auf Chromosomenebene in ein gemeinsames Koordinatensystem zu überführen. Dies könnte dabei helfen, ungewöhnliche Abstammungslinien für eingehendere Untersuchungen zu priorisieren und zu prüfen, ob Chromosomenveränderungen mit Verschiebungen in der Genregulation, der Entwicklung oder der Artenvielfalt zusammenhängen.

Die neuen Erkenntnisse bringen reichen über die Evolutionsbiologie hinaus. Da einige Gruppen einzigartige, isolierte Regionen auf der Karte einnehmen – Abstammungslinien, deren Genomarchitektur keine engen Parallelen aufweist, wie beispielsweise bei Mücken, Glasschwämmen oder Regenwürmern –, könnte der Ansatz dazu beitragen, evolutionär einzigartige Gruppen zu identifizieren. Er kann auch genutzt werden, um mögliche zukünftige Richtungen der Genom-Evolution zu simulieren, und bietet so eine Möglichkeit zu untersuchen, wie sich die Artenvielfalt bei Tieren weiter verändern könnte.

Universität Wien

Originalpublikation:

Schultz, D. T., Blümel, A., Destanović, D., Sarigol, F., & Simakov, O. (2026). Topological mixing and irreversibility in animal chromosome evolution. Science Advances. DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz5561

Studie an Bauernhofmäusen zeigt: Antibiotikaresistenzen sind auch ein ökologisches Problem, nicht nur ein medizinisches

Thu, 20 Aug 2026 09:58:07 +0200

Für die Studie analysierten die Forschenden unter der Leitung des Leibniz-IZW und des Max Delbrück Centers die Genome von Darm-Mikroorganismen aus einer großen Population von 875 wildlebenden Hausmäusen (Mus musculus) von Bauernhöfen in Deutschland. Dabei suchten sie nach Genen, die für Resistenzen gegen gängige Antibiotika verantwortlich sind und korrelierten das Vorkommen dieser ARG in den Mäusen mit einer Reihe von Umwelt- und Wirtsvariablen wie der Nutzung der Anbauflächen, der Nutztierdichte für Rinder, Schweine und Geflügel, dem Geschlecht und Körperzustand der Mäuse sowie mit klimatischen Variablen. Diese statistischen Auswertungen sollen erklären, welchen Einfluss diese Faktoren darauf haben, welche und wie viele ARG im Darm-Mikrobiom der Mäuse vorkommen. In einem zweiten Schritt verglichen die Resistenzprofile im Genom der Mäuse mit Resistenzgenen im Dung bzw. Mist von Nutztieren, deren Genominformationen aus anderen Projekten öffentlich zugänglich sind.

Die Hälfte der Resistenzgene der Nutztiere findet sich in Mäusen wieder

Frühere Studien wiesen nach, dass Gewässer in Städten und im Agrarland stark mit antibiotika-resistenten Bakterien belastet sind. Es war also für die Forschenden zu erwarten, dass sich in unmittelbarer Nähe zu größeren viehwirtschaftlichen Betrieben auch in Wildtieren Antibiotikaresistenzen nachweisen lassen würden. „Wir hatten jedoch keine Vorstellung davon, welche Ausmaße dieser Transfer von Resistenz in die Wildtiere haben könnte“, sagt Dr. Víctor Hugo Jarquín-Díaz vom Max Delbrück Center. „Wir haben eine gewisse Überschneidung erwartet, aber dass rund 50 Prozent der Resistenzgene aus den Kühen, Schweinen und Hühnern auch in unseren wildlebenden Mäusen wiederzufinden war, hat uns überrascht.“ Dies zeige, dass es viele ökologische Brücken zwischen den Menschen, den Nutztieren und den Wildtieren gibt und dass räumliche Nähe immer auch funktionale, ökologische Verflechtung bedeuten kann – und im Falle der antibiotikaresistenten Bakterien auch tut.

Darüber hinaus stellten die Forschenden fest, dass Umweltvariablen und die Intensität der Tierhaltung einen größeren Einfluss auf das spezifische Resistenzprofil im Darm-Mikrobiom einer wilden Bauernhofmaus haben als die Merkmale der Maus selbst. Wie Flächen in direkter Nähe zum Hof genutzt werden und welcher direkte und indirekte Kontakt zu Nutztieren sich dadurch ergibt, erklärt dreimal so gut, welche ARG in der Maus nachweisbar sind, als welches Geschlecht die Maus hat oder wie gesund sie ist. „Unsere statistischen Modelle zeigten auf, dass sich einzelne Faktoren sehr stark auf das Vorhandensein von einzelnen Resistenzgenen auswirken“, sagt Prof. Emanuel Heitlinger, der diese Studien an der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) durchführte und jetzt Wissenschaftler am Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz (LUA) ist. „So steht die Besatzdichte von Schweinen in starkem Zusammenhang mit Resistenzgenen, die mit von Tierärzten und Viehzüchtern häufig eingesetzten Breitbandantibiotika im Zusammenhang stehen, wie beispielweise Sulfonamide, Tetracyclin oder Beta-Laktame.“ Es gebe also direkte, nachweisbare Auswirkungen von intensiver Nutztierhaltung auf spezifische Antibiotikaresistenzen in Wildtieren.

Antibiotikaresistenzen müssen ganzheitlicher analysiert, verstanden und bekämpft werden

Ökologische Konzepte sind bislang zu wenig in die Mikrobiomforschung eingebunden, so das Autorenteam. Die Studie zeige auf, dass es hochrelevante Zusammenhänge zwischen Wirten, Mikrobiomen, Resistenzgenen und räumlichen Umweltfaktoren gebe. „Wir konnten hier Pfade von Resistenzen über die Grenzen zwischen medizinischen oder agrarwirtschaftlichen Systemen hinweg in die Umwelt identifizieren“, sagt Prof. Stephanie Kramer-Schadt, Abteilungsleiterin am Leibniz-IZW und Professorin an der Technischen Universität Berlin. „Antibiotikaresistenz ist kein isoliertes, medizinisches Problem, sondern ein systemisches ökologisches Phänomen. Unsere Forschungen sind der erste Ansatz einer klaren ‚Landkarte‘ dafür, wie von Menschen stark genutzte und geprägte Ökosysteme die Entwicklung von Mikroorganismen in der Umwelt beeinflussen.“ Das Monitoring von Resistenzen müsse sich daher ausweiten und von der Fixierung auf klinische oder Nutztier-Kontexte lösen, so das Team. Wildtiere und natürliche Ökosysteme könnten eine große Unbekannte in dieser Gleichung sein und ungeahnte Reservoire für Antibiotikaresistenzen darstellen.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung

Originalpublikation:

Gicquel, M., Planillo, A., Heitlinger, E. et al. Farming practices exert selection pressures on the resistome of natural populations of house mice. Nat Commun 17, 7848 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-76403-9

Warum werden wir müde? Wie Nervenzellen das Schlafbedürfnis steuern

Thu, 20 Aug 2026 09:42:35 +0200

Nach einem langen Tag oder einer schlaflosen Nacht wird das Bedürfnis zu schlafen beinahe unwiderstehlich. Dieser zunehmende Schlafdruck sorgt dafür, dass auf längere Phasen des Wachseins ein tieferer und längerer Erholungsschlaf folgt. Obwohl Schlaf für das Überleben unverzichtbar ist, war bislang weitgehend unklar, wie das Gehirn die Dauer des Wachzustands erfasst und daraus den Bedarf an Schlaf ableitet.

Das Team von Prof. Dr. Alex Schier am Biozentrum der Universität Basel hat gemeinsam mit Forschenden des Beth Israel Deaconess Medical Center und der Auburn University nun spezifische Nervenzellpopulationen in Mäusen entdeckt, die für das ausbalancierte Zusammenspiel von Schlaf und Wachsein entscheidend sind. «Wir haben neuronale Populationen identifiziert, die längere Wachphasen registrieren und den Schlaf aktiv fördern. Dies ist ein wichtiges Puzzleteil, um zu verstehen, warum wir müde werden», so Schier.

Den neuronalen Schaltkreis des Schlafdrucks kartiert

Um die beteiligten Hirnregionen zu identifizieren, verglichen die Forschenden die Gehirnaktivität während normaler Schlaf-Wach-Zyklen, nach Schlafentzug und während des anschließenden Erholungsschlafs. Dabei identifizierten sie Hirnregionen, deren Aktivität die Dauer des Wachseins widerspiegelte. In einer dieser Regionen entdeckten die Forschenden zwei verschiedene Nervenzellpopulationen, die den Schlafdruck beeinflussen: GABAerge und serotonerge Neuronen im Hirnstamm. Die Aktivität dieser beiden Nervenzellarten nahm mit zunehmender Wachdauer zu und sank nach dem Einschlafen wieder.

Anschließend untersuchten die Forschenden, ob diese beiden Nervenzelltypen den Schlafbedarf lediglich widerspiegeln oder ihn tatsächlich erzeugen. Wurden die Nervenzellen gemeinsam aktiviert, schliefen die Mäuse länger und tiefer und zeigten eine Art Erholungsschlaf, der längeren Wachphasen folgt. Wurden die Zellen hingegen gehemmt, schliefen die Tiere deutlich weniger und blieben deutlich länger wach und aufmerksam.

«Diese Nervenzellen signalisieren also nicht nur, dass ein Tier lange wach war», erklärt Alex Schier. «Unsere Experimente zeigen, dass sie entscheidend dazu beitragen, den Schlaf zu fördern, und dass sie möglicherweise zentrale Bestandteile des neuronalen Netzwerks sind, das den Schlafdruck erzeugt.» Die Ergebnisse liefern damit einen der bislang deutlichsten Nachweise, dass spezifische wachaktive Nervenzellen den Schlafdruck steigern und nicht lediglich auf das Wachsein reagieren.

Ein neuronaler Schaltkreis macht Schlaf unausweichlich

Ein weiteres Experiment zeigte, dass eine langfristige Hemmung der beiden Nervenzellpopulationen – GABAerge und serotonerge Neuronen – das Schlafbedürfnis deutlich verringerte. Die Mäuse schliefen rund 70 Prozent weniger als gewöhnlich. Überraschend dabei: Die meisten Tiere zeigten dennoch keine schweren Verhaltensstörungen, die normalerweise mit Schlafentzug einhergehen. Mit anderen Worten: Diese Nervenzellen bestimmen offenbar nicht nur, wie viel die Tiere schlafen, sondern auch, wie stark ihr Bedürfnis nach Schlaf wächst.

Zu verstehen, wie das Gehirn Schlafdruck erzeugt, eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Schlafforschung. «Künftige Studien könnten zeigen, wie diese Nervenzellen mit dem übrigen Gehirn zusammenarbeiten und wie Schlafdruck auf molekularer Ebene entsteht», sagt Dr. William Joo, Erstautor der Studie. «Da wir das Schlafverhalten gezielt verändern können, können wir nun untersuchen, wie sich Organismen an langfristigen Schlafmangel anpassen. Das könnte neue Wege aufzeigen, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlafentzug und anderen physiologischen Belastungen zu verbessern.»

Neue Perspektiven für die Schlafforschung

Zusammengefasst zeigt die Studie, dass spezifische neuronale Populationen wie GABAerge und serotonerge Neuronen sowohl durch längere Wachphasen aktiviert werden als auch den Schlafdruck fördern.

Ein besseres Verständnis der neuronalen Schaltkreise, die Schlaf zunehmend unausweichlich machen, ist ein zentrales Ziel der Schlafforschung. Über Schlafstörungen hinaus könnten die Ergebnisse auch helfen zu erklären, wie das Gehirn mit längeren Wachphasen und anderen physiologischen Belastungen umgeht und langfristig zu neuen therapeutischen Ansätzen inspirieren.

Universität Basel

Originalpublikation:

Joo, W., Diester, C., Bitsikas, V. et al. Wake-activated neuronal populations that regulate sleep drive. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10928-3