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Spinnenfäden entschlüsselt: Was Hightech-Fasern von der Natur lernen können

Tue, 27 Jan 2026 11:52:38 +0100

Die Entwicklung synthetischer Fasern ist bislang immer ein Kompromiss: Entweder sind sie reißfest oder elastisch – beides gleichzeitig zu erreichen, gilt als Herausforderung. Forschende der Arbeitsgruppe um Dr. Jonas Wolff an der Universität Greifswald wollen dieses Dilemma im Rahmen des EU-geförderten Projekts SuPerSilk überwinden. Dafür haben sie sich ein Vorbild aus der Natur gesucht: die Spinne.

Besonders faszinierend ist in diesem Zusammenhang die Kescherspinne (Deinopidae), die in tropischen und subtropischen Regionen lebt. „Sie verlässt sich nicht auf eine passive Falle, sondern hält zwischen ihren vorderen Beinen ein klebriges Netz bereit, das sie blitzschnell auf ihre Beute wirft – für die Fäden ein elastischer Kraftakt, der uns neugierig machte, wie dieses Material aufgebaut ist“, erklärt Dr. Martín Ramírez, Mitautor der Studie vom Naturkundemuseum Buenos Aires.

Materialeigenschaften: Die richtige „Masche“ entscheidet
Mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und hochauflösender Elektronenmikroskopie analysierte das Forschungsteam sowohl die Dynamik des Netzwurfs als auch die Struktur der Fäden. Dabei entdeckten sie ein bislang unbekanntes Strukturprinzip: Der Fangfaden der Kescherspinne besitzt im Inneren eine elastische Proteinstruktur, die die Spinne durch Bewegung der sogenannten Spinnwarzen – kleine Ausstülpungen am Hinterleib – in eine schleifenartige und gekräuselte Mikrostruktur überführen kann. Dadurch verändern sich sowohl die Metastruktur des Fadens als auch seine Materialeigenschaften.

Besonders deutlich wird das im Vergleich mit anderen Fäden, beispielsweise den tragenden, äußeren Fäden des Netzrahmens, in welchem die Spinne auf ihre Beute lauert. Während diese eine lineare Struktur und damit starre, stabile Eigenschaften aufweisen, sind die Fangfäden hingegen mit einer gekräuselten, gewundenen Struktur versehen und dadurch sehr dehnbar.

„Um den schnellen Netzwurf zu ermöglichen, ist der Fangfaden zunächst weich und formbar“, führt Dr. Jonas Wolff vom Zoologischen Institut der Universität Greifswald aus. „Sobald er jedoch gedehnt wird, werden diese mikrostrukturellen Schlaufen gestreckt und machen das Material widerstandsfähig – es wird gleichzeitig elastisch und reißfest.“ Materialtests bestätigen diese Beobachtung: Die gekräuselten Fangfäden hielten Dehnungen von bis zu 150 Prozent stand, während die linearen, äußeren Netzfäden bereits bei rund 20 Prozent rissen.

Inspiration für die Industrie
Für die Materialwissenschaft eröffnet die Entdeckung dieser speziellen Fadenstruktur spannende Perspektiven. Inspiriert von der Spinnenstrategie könnten künftig synthetische Hochleistungsfasern entstehen, die zugleich flexibel und strapazierfähig sind – ohne den bisherigen Kompromiss zwischen Stabilität und Elastizität.

Universität Greifswald

Originalpublikation:

Wolff, J. O.; Rößler, D.; Joel, A.-C.; Jackel, V.; Büsse, S.; Michalik, P.; Ramírez, M. J.: Behavioral tuning of spider silk thread stiffness circumvents biomaterial trade-offs. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). https://doi.org/10.1073/pnas.2529200123

KI-Tool „Helixer“ entdeckt Gene in unbekannten Organismen

Tue, 27 Jan 2026 11:41:03 +0100

Forscherinnen und Forscher des Forschungszentrums Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben mit Helixer ein Werkzeug entwickelt, das die Genforschung spürbar verändern könnte. Die KI erkennt typische Merkmale von Genen direkt aus den Genomsequenzen. Dazu gehören etwa Start- und Stoppsignale, sogenannte nicht-translatierte Bereiche (untranslated region, UTR), die nicht in Proteine übersetzt werden sowie strukturelle Elemente wie kodierende DNA-Sequenzen (coding DNA sequence, CDS), welche die Bauanleitung für Proteine enthalten und Zwischenstücke, Introns.

„Es ist, als würde man in einem völlig unbekannten Buch plötzlich Absätze, Kapitel und einzelne Wörter erkennen“, erklärt Marie Bolger vom Jülicher Institut für Bioinformatik (IBG-4). „Das macht die Genomforschung deutlich schneller.“

Ähnlich präzise wie klassische Verfahren

Helixer ist das erste KI-Werkzeug, das Gene in so unterschiedlichen Organismengruppen – von Pflanzen und Pilzen über Insekten bis zu Wirbeltieren – zuverlässig bestimmen kann. Weltweit werden jedes Jahr Tausende Genome entschlüsselt, viele davon von bislang kaum erforschten Arten. Für sie kann Helixer nun sofort nutzbare Geninformationen liefern, für die zuvor oft monatelange Analysen erforderlich waren.

Die KI sagt die Grenzen von Genen voraus und erreicht dabei nahezu die Qualität manuell kuratierter Referenzannotationen – ganz ohne zusätzliche Daten. Bei Wirbeltieren erzielt Helixer eine hohe Genauigkeit und übertrifft etablierte Genprädiktionswerkzeuge über ein breites Artenspektrum hinweg. Insbesondere bei Pflanzen zeigt Helixer mit seinen Deep-Learning-Ansätzen eine deutlich bessere Vorhersage der Genstruktur.

Das Konzept für Helixer hatte das Forschungsteam bereits im Jahr 2020 vorgestellt und seitdem zu einem Tool weiterentwickelt, das praktisch nutzbare Ergebnisse erzielt. Ein weiteres, ebenfalls auf Deep Learning basierendes Tool zur Genannotation der Universität Greifswald, Tiberius, das 2024 veröffentlicht wurde, erreicht derzeit sogar noch bessere Ergebnisse für Säugetierarten, ist jedoch auf diese taxonomische Gruppe beschränkt.

Neue Impulse für das Forschungsfeld

„Wir konnten zeigen, dass Helixer für eine Vielzahl von Organismen funktioniert, was für den Einsatz in der Pflanzenzüchtung, Biotechnologie und Umweltforschung entscheidend ist“, betont Bolger. „Diese Fortschritte in der KI-gestützten Genannotation sind für das Fachgebiet wirklich spannend.“

Die Genomsequenzierung wurde bereits vor mehr als 20 Jahren automatisiert und hat seither eine enorme Datenfülle hervorgebracht. Die Genannotation galt dagegen lange Zeit als Flaschenhals der Genomanalyse. Nun holt sie langsam auf. „Fast zwei Jahrzehnte lang gab es in diesem Bereich keine grundlegend neuen Ansätze“, sagt Björn Usadel, Direktor des Instituts für Bioinformatik am Forschungszentrum Jülich und Professor an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. „Helixer zeigt, dass moderne KI-Methoden helfen können, diesen Engpass zu überwinden.“

Ausblick

Die zunächst als Preprint auf bioRxiv veröffentlichten und nun in Nature Methods erschienenen Ergebnisse wurden bereits vielfach zitiert und haben in der Fachgemeinschaft bereits viel Resonanz erfahren. „Wir sehen bereits, dass Helixer in vielen Projekten eingesetzt wird – von Nutzpflanzen bis hin zu Insekten, die ganze Ökosysteme prägen“, sagt Usadel. Zukünftige Entwicklungen sind bereits im Gange: Felicitas Kindel, Doktorandin am IBG-4, erforscht innovative Strategien, um die Fähigkeiten von Helixer zu erweitern.

Forschungszentrum Jülich

Originalpublikation:

Holst, F., Bolger, A.M., Kindel, F. et al. Helixer: ab initio prediction of primary eukaryotic gene models combining deep learning and a hidden Markov model. Nat Methods (2025). doi.org/10.1038/s41592-025-02939-1

Wohin geht die Reise? Berufsbilder im Biologie-Berufe-Podcast Botenstoff

Mon, 26 Jan 2026 11:39:44 +0100

Bio, was willst Du denn damit mal machen?! Wer Bio studiert, wird diese Frage oder Abwandlungen kennen – und wird im Biostudium nicht ahnen, dass die Antwort darauf auch Astronautentrainerin, Redakteur bei MaiLab, Parlamentsreferentin oder Analyst von Biotech-Startups sein könnte. Eine näher liegende, aber manchmal verschämt geäußerte Antwort, ist auch der klassische „Gummistiefel-Biologe“, der interessanterweise aber heute ein sehr gefragter, weil selten gewordener Typus ist.

Aber wie soll man sich im Wust der Karrieremöglichkeiten orientieren? Diese Lücke versucht Botenstoff, der Biologie-Berufe-Podcast von Peter Kohl zu füllen. Hier spricht er mit anderen Menschen, die wie er Biologie studiert haben, über den jeweiligen Werdegang und versucht die existierende Vielfalt zu zeigen. Eine große Gemeinsamkeit gibt es, die sich durch die meisten Gespräche zieht: am Ende ist die Studiendauer egal und es ist wichtig, welche Nebentätigkeiten, Exkursionen und extracurriculares jemand gemacht hat. Und der Faktor des Vernetzens und Netzwerkens ist nicht zu unterschätzen – und fast niemand hat im Studium schon geahnt, wo er oder sie später einmal landen würde, einige Jobs haben schlichtweg während des Studiums noch nicht einmal existiert.

Ein Biologie-Studium kann herausfordernd sein, gerade die Nebenfächer Mathe, Physik und Chemie können in den ersten Semestern die Freude am Studium mindern. Aber die breite Ausbildung ist, was Biologinnen und Biologen am Ende auszeichnet, das vielfältige Studium kann sich auszahlen. Nach dem Studium stehen einem sicher nicht alle Türen offen, aber es gibt viele Türen, bei denen sich das Anklopfen lohnt.

Der Botenstoff-Podcast möchte Mut machen und Zuhörenden vor Augen führen, wie Karrierewege aussehen können und welche Vielzahl von Fähigkeiten im Studium erworben werden. Im Podcast finden sich über zwanzig Jobprofile, die zeigen, was man mit Biologie alles machen kann.

Botenstoff, der Biologie-Berufe-Podcast ist kostenfrei auf allen Podcastplattformen zu finden und kann auch unter www.botenstoff.eu gefunden werden.

Über Nachrichten und neue Kontakte freut sich Peter Kohl unter infobotenstoffeu.

Botenstoff

Feine Unterschiede: Fünf neue Krebsarten in der Nordsee entdeckt

Mon, 26 Jan 2026 11:26:18 +0100

Was auf den ersten Blick gleich aussieht, kann biologisch sehr verschieden sein: Forschende des Deutschen Zentrums für Marine Biodiversitätsforschung von Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven und der Universität Mersin in der Türkei zeigen in einer neuen Studie, dass eine weit verbreitete Gruppe winziger Bodenlebewesen der Nordsee deutlich artenreicher ist als bislang angenommen. In der Fachzeitschrift „Marine Biodiversity“ beschreiben sie fünf neue Arten innerhalb der Gattung Leptastacus. Diese extrem kleinen, weniger als einen Millimeter großen Ruderfußkrebse gehören zu den häufigsten tierischen Bewohnern der Nordsee. Als Teil der Meiofauna leben sie im Sediment des Meeresbodens, spielen eine wichtige Rolle in Ökosystemen und können untersucht werden, um die Auswirkungen menschlicher Einflüsse und des Klimawandels zu bewerten. Gleichzeitig sind sie äußerlich aufgrund ihrer geringen Größe und der oft nur sehr subtilen morphologischen Unterschiede kaum zu unterscheiden. Erst die Kombination aus modernster Mikroskopie und genetischen Analysen brachte jetzt entscheidende Unterschiede zwischen den Tieren ans Licht.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir es hier nicht mit einer einzigen, sehr variablen Art zu tun haben, sondern mit mehreren klar getrennten Arten, die lange Zeit unentdeckt geblieben sind“, berichtet Letztautor Dr. Sven Rossel von Senckenberg am Meer. „Solche sogenannten ‚kryptischen Arten‘ lassen sich äußerlich kaum auseinanderhalten, unterscheiden sich aber deutlich in ihrem Erbgut.“

Die Forschenden untersuchten Proben aus verschiedenen Gebieten der deutschen Nordsee und nutzten zum Nachweis der neuen Arten einen integrativen Ansatz: Neben klassischen morphologischen Vergleichen kamen genetische Analysen, hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie (REM) und konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) zum Einsatz. Diese Kombination erlaubte es, kleinste Unterschiede sichtbar zu machen und genetisch abzusichern, dass es sich tatsächlich um fünf eigenständige Arten handelt. Ihre wissenschaftlichen Namen lauten nun Leptastacus linae, Leptastacus germanica, Leptastacus klaasi, Leptastacus marleenae und Leptastacus konradi.

„Die Entdeckung der fünf neuen Krebstierarten ist ökologisch sehr bedeutsam“, betont Rossel. „Obwohl die Tiere auf den ersten Blick gleich aussehen, können sie unterschiedliche ökologische Nischen besetzen und tragen damit jeweils auf ihre Weise zum Funktionieren des Ökosystems Nordsee bei.“
Marine Bodentiere spielen eine wichtige Rolle in Meeresökosystemen, etwa beim Abbau von organischem Material und werden auch häufig genutzt, um den Zustand von Meeresböden zu bewerten. „Wenn wir Arten übersehen oder falsch zusammenfassen, kann das dazu führen, dass wir Umweltveränderungen falsch einschätzen“, erklärt Rossel. „Eine genaue Kenntnis der Artenvielfalt ist deshalb eine grundlegende Voraussetzung für verlässliche Umweltbewertungen.“

Die Studie ist Teil der Forschungsinitiative „Unbekanntes Deutschland“ (https://unbekanntes-deutschland.org). Da die tatsächliche Artenvielfalt selbst in Deutschland in weiten Teilen noch unbekannt ist, haben sich acht deutsche Forschungseinrichtungen, darunter die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, zusammengetan, um diese Wissenslücke zu schließen. Ihr Ziel ist es, bisher unentdeckte Arten systematisch zu erfassen, zu beschreiben, ihre ökologische Bedeutung besser zu verstehen und daraus Schutzmaßnahmen zu entwickeln.
„Unsere Untersuchung zeigt, dass selbst sehr vertraute und gut untersuchte Lebensräume wie die Nordsee noch immer unbekannte biologische Vielfalt bergen“, schließt Rossel. „Nur wenn wir die Arten, die hier leben, wirklich kennen, können wir sie gezielt schützen und bewahren.“

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

Kuru, S., Martínez Arbizu, P. & Rossel, S. Revealing high genetic divergence masked by low morphological variability in harpacticoid genus Leptastacus Scott T., 1906 (Copepoda, Harpacticoida, Leptastacidae) including the description of five new species. Mar. Biodivers. 55, 113 (2025). https://doi.org/10.1007/s12526-025-01583-4

Preis des Zukunftsforums Biotechnologie 2026 ausgeschrieben

Mon, 26 Jan 2026 10:22:54 +0100

Bewerbungen können von akademischen Betreuern oder als Selbstnominierung eingereicht werden und sollten eine kurze Darstellung der wissenschaftlichen Arbeit (maximal eine A4-Seite), ein kurzes CV sowie die Abschlussarbeit umfassen.

Die Auszeichnung ist mit einem Geldbetrag von 1500 EUR dotiert, der von der Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen, auf 3000 EUR aufgestockt wird.
Neben dem Preisgeld erhalten die Preisträger zudem freien Eintritt zu einer DECHEMA-Biotechnologietagung ihrer Wahl.

Die Preisverleihung findet während der Himmelfahrtstagung on Bioprocess Engineering 2026 https://dechema.de/en/HIT2026.html (11.-13. Mai 2026 in Mainz) statt.

Das „Zukunftsforum Biotechnologie“ der DECHEMA e.V. führt als eigenständiges Gremium der Fachgemeinschaft Biotechnologie jüngere Wissenschaftler aus unterschiedlichen Bereichen zusammen. In dem interdisziplinären Forum werden aktuelle Trends diskutiert und neue Forschungsfelder beleuchtet.

Weitere Informationen:

https://www.dechema.de/zfpreis - Einreichung der Bewerbungsunterlagen

DECHEMA

Leuchtende Signale im Regenwald

Mon, 26 Jan 2026 10:12:53 +0100

Biofluoreszenz – also das Leuchten von Körperstrukturen nach Anregung durch kurzwelligeres Licht – ist im Tierreich weit verbreitet. Ihre biologische Bedeutung ist jedoch häufig unklar. Bei vielen Tiergruppen gilt Fluoreszenz bislang als Merkmal ohne klare Funktion. Belastbare Nachweise für eine Rolle in der Kommunikation sind selten.

Im Tieflandregenwald der peruanischen Amazonasregion entdeckten Zoologen der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB) bei nächtlichen Exkursionen mit UV-Lampen fünf Weberknechtarten aus derselben Familie, die zeitgleich denselben Lebensraum nutzen. Obwohl sich die Tiere in Größe und Färbung stark ähneln, unterscheiden sie sich eindeutig in Form und Größe eines hellen Musters auf dem Rücken. Dieses Merkmal ist innerhalb jeder Art konstant und unterscheidet sich deutlich zwischen den Arten. Unter ultraviolettem Licht zeigte sich, dass dieses Rückenmuster intensiv blau-grün leuchtet. Damit können sich die Tiere selbst bei sehr schwacher Beleuchtung – zum Beispiel bei Mondlicht und in der Dämmerung – vermutlich noch gut erkennen, ein entscheidender Vorteil für dämmerungs- und nachtaktive Arten.

Mikroskopische Untersuchungen ergaben, dass die Fluoreszenz aus der äußeren Körperhülle stammt. Direkt unter der Körperoberfläche liegt zusätzlich eine mehrschichtige, spiegelnde Lage aus plättchenförmigen Kristallen. Diese wirkt wie ein natürlicher Reflektor: Einfallendes Licht wird zurückgeworfen, ebenso das entstehende Fluoreszenzlicht. Dadurch wird das Signal verstärkt und besonders intensiv wahrnehmbar.

Frühere Studien bei anderen Weberknechtarten legen nahe, dass diese Tiere sowohl kurzwellige Anteile des Lichts als auch das eigene Leuchten im blau-grünen Bereich wahrnehmen können. Die aktuellen Untersuchungen zeigen, dass ihre Augen einfach gebaut, aber ausreichend empfindlich sind, um kontrastreiche Muster aus kurzer Distanz zu erkennen. Da sich die Weberknechte im Laub, auf Totholz und am Boden dreidimensional bewegen, können sie die Rückenzeichnungen ihrer Artgenossen gut sehen.

Für eng verwandte Arten, die denselben Lebensraum und dieselben Aktivitätszeiten teilen, ist eine sichere Unterscheidung zwischen Artgenossen und fremden Arten besonders wichtig – etwa bei der Partnersuche oder zur Vermeidung von Fehlpaarungen. "Unsere Studie liefert starke Hinweise darauf, dass die Fluoreszenz bei diesen Tieren gezielt dem Zweck dient, artspezifische Merkmale hervorzuheben. Wir vermuten, dass hinter der aufwendigen Kombination aus fluoreszierender Oberfläche und spiegelnder Unterschicht eine ganz konkrete biologische Funktion steckt und nicht etwa ein zufälliger Nebeneffekt" sagt Erstautor Stefan Friedrich von den Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB).

Bei den untersuchten Weberknechten sprechen mehrere zentrale Kriterien für eine Funktion der Fluoreszenz zur Verständigung: Die Rückenmuster sind deutlich sichtbar, klar abgegrenzt und artspezifisch, ihre Sichtbarkeit passt zu den Lichtverhältnissen, bei denen die Tiere aktiv sind. Zusätzlich sind die Augen der Spinnentiere in der Lage die Muster wahrzunehmen. Die Forschenden betonen aber auch, dass in einem nächsten Schritt Verhaltensversuche notwendig wären, um die Rolle der fluoreszierenden Muster endgültig zu bestätigen.

An der Arbeit beteiligt waren Forschende der SNSB, der LMU München und der Hochschule München. Die Feldarbeiten fanden an der biologischen Forschungsstation Panguana in Peru statt.

SNSB - Zoologische Staatssammlung München

Originalpublikation:

Friedrich, S., Schwager, M., Heß, M., Glaw, F. & Lehmann, T. Evidence for fluorescence-supported species recognition in syntopic harvestmen. Sci Rep 16, 2631 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36335-2

Eine mechanische Sichtweise auf Metastasen und die Rolle der Viskosität von Tumorzellen

Mon, 26 Jan 2026 10:06:33 +0100

Verlassen Tumorzellen den ursprünglichen Gewebeverband und siedeln sich in entfernten Organen des Köpers an, spricht man von einer Metastasierung des Primärtumors. Da in den meisten Fällen nicht der Primärtumor, sondern Metastasen die Ursache krebsbedingter Todesfälle sind, ist ein grundlegendes Verständnis dafür, wie Tumorzellen körpereigene Hürden überwinden, entscheidend für eine erfolgreiche Krebsbehandlung. Um Metastasen zu bilden, müssen sich Tumorzellen vom Primärtumor lösen, in den Blutkreislauf gelangen, durch den Kreislauf wandern, sich in kleinen Blutgefäßen festsetzen, diese verlassen (Extravasation) und schließlich neues Gewebe besiedeln. Obwohl bekannt ist, dass mechanische Eigenschaften den Erfolg der Metastasierung beeinflussen, sind die grundlegenden Mechanismen dahinter bislang unklar.

Ein kollaboratives Forschungsteam aus Biologen, Metastase-Experten sowie Physikern hat unter Beteiligung des Max-Planck-Zentrums für Physik und Medizin (MPZPM) und des Centre de Recherche en Biomédecine de Strasbourg (INSERM/Unistra, CRBS) die physikalischen Einschränkungen analysiert, denen Tumorzellen auf dem Weg zur Metastasierung ausgesetzt sind. Sie haben untersucht, wie ihr mechanisches Verhalten ihren Fortschritt im Metastasierungsprozess beeinflusst. Unter der Leitung von Prof. Jacky G. Goetz (INSERM/Unistra, CRBS), Prof. Jochen Guck (Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, MPL/MPZPM) und Dr. Salvatore Girardo (MPZPM) betrachten die Wissenschaftler*innen Tumorzellen als Objekte mit bestimmter Größe und Verformbarkeit. Diese sind Kräften ausgesetzt, wenn sie sich durch das Kreislaufsystem bewegen und in das umliegende Gewebe eindringen.

Das Team konzentriert sich dabei auf die Fähigkeit der Zellen, elastisch oder viskos auf Kräfte zu reagieren. Zellen sind viskoelastisch, das heißt, sie sind sowohl weich als auch elastisch. Wenn man langsam auf sie drückt, verhalten sie sich wie eine Flüssigkeit und fließen oder verformen sich allmählich (viskoses Verhalten). Wenn man schnell auf sie drückt, verhalten sie sich wie eine Feder und springen in ihre ursprüngliche Form zurück, sobald die Kraft entfernt wird (elastisches Verhalten).

Die Wissenschaftler*innen kombinieren biologische Modelle mit maßgeschneiderten biophysikalischen Werkzeugen. Dieser additive Ansatz ermöglicht erstmals direkt zu untersuchen, wie elastisches und viskoses Verhalten die Zirkulation, das Anhalten und das Verlassen von Tumorzellen aus den Blutgefäßen während der Metastasierung beeinflusst.

Sie nutzen zwei eigens entwickelte biophysikalische Werkzeuge: Hydrogelkügelchen, die das elastische Verhalten von Zellen nachahmen, und modifizierte Zellen, die spezifische viskoelastische Profile aufweisen. Die Kombination dieser Systeme mit in vivo-Bildgebung in zwei Tiermodellen (Zebrabärbling und Maus) ermöglicht es dem Team, deren Verhalten im Kreislaufsystem zu verfolgen. Die Forscher*innen zeigen, dass die Viskosität und nicht etwa die Elastizität entscheidet, ob zirkulierende Objekte in kleine Gefäße gelangen, wo sie zum Stillstand kommen, und wie sie extravasieren und in das umliegende Gewebe eindringen. Auch demonstrieren sie, dass die Viskosität für eine effiziente Extravasation erforderlich ist, indem sie Endothelien, wie die der Blutgefäße umgestaltet. Gleichzeitig wiesen sie nach, dass mechanische Eigenschaften, die die Extravasation unterstützen, nicht zwangsläufig das spätere Wachstum von Metastasen fördern.

„Unsere Arbeit identifiziert die Zellviskosität als einen wichtigen mechanischen Parameter, der mehrere Schritte des Metastasierungsprozesses in Blutgefäßen steuert“, sagt Girardo, Leiter der Core Facility Lab-on-a-Chip am MPZPM. „Wir konnten belegen, dass die mechanischen Eigenschaften, die Tumorzellen dabei helfen, den Blutkreislauf zu verlassen, im Widerspruch zu den Eigenschaften stehen können, die ihr späteres Wachstum an entfernten Stellen unterstützen. Dies deutet darauf hin, dass eine mechanische Anpassung während der Metastasierung notwendig sein könnte“, ergänzt Goetz, der das Studiendesign gemeinsam mit Jochen Guck†, ehemaliger Direktor am MPL und Leiter der Abteilung ›Zellphysik‹, entwickelt hat.

Das Verständnis und die potenzielle Kontrolle von Parametern wie der Zellviskosität könnten neue Wege zur Bekämpfung von Krebs durch Mechanik eröffnen.„Diese Arbeit ist tief in Gucks Vision verwurzelt“, sagen Girardo und Goetz. „Er war fest davon überzeugt, dass man medizinische Herausforderungen aus einer neuen physikalischen Perspektive angehen und diese mit biologischem Verständnis kombinieren sollte, um ein umfassenderes Bild von Krankheiten zu erhalten. Diese Denkweise inspiriert uns weiterhin, da sie die Tür zu wirklich neuartigen diagnostischen und therapeutischen Ansätzen öffnet.“

Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Originalpublikation:

Gensbittel, V., Yesilata, Z., Bochler, L. et al. Cell viscosity influences haematogenous dissemination and metastatic extravasation of tumor cells. Nat. Mater. (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02462-w

Neuer Lysosomen-Atlas enthüllt Ursache seltener neurologischer Erkrankung

Mon, 26 Jan 2026 09:41:11 +0100

Lysosomen sind membranumhüllte Zellbestandteile, die eine zentrale Rolle beim Abbau von Makromolekülen sowie bei der Entsorgung beschädigter Zellstrukturen spielen. Auf diese Weise tragen sie entscheidend zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase bei. Besonders im Gehirn ist diese Funktion von großer Bedeutung, da Neuronen über Jahrzehnte hinweg funktionsfähig bleiben müssen und sich kaum erneuern können.

Obwohl Lysosomen in allen Geweben vorkommen, sind ihre Zusammensetzung und Funktion in unterschiedlichen Zelltypen des Gehirns bislang nur unzureichend verstanden. Es ist insbesondere unklar, ob sich die Menge und Art lysosomaler Proteine zwischen den verschiedenen Gehirnzellen unterscheidet und welche Bedeutung solche Unterschiede für Krankheitsprozesse haben. Auch welche zelltypspezifischen Funktionen einzelne lysosomale Proteine haben, ist bislang nicht geklärt.

Detaillierter Lysosomen-Atlas

Ein internationales Forscherteam um Dr. Alessandro Ori vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena und Forschende von der Stanford University, USA, um Prof. Monther Abu-Remaileh, haben in einer jetzt in der Fachzeitschrift Cell veröffentlichten Studie die Proteinzusammensetzung von Lysosomen – isoliert aus verschiedenen Zelltypen des Gehirns – systematisch mittels Massenspektrometrie analysiert, darunter Neuronen, Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikroglia.

Der daraus resultierende „Atlas“ zeigt deutlich, dass sich die Lysosomen je nach Zelltyp in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. „Die Vielfalt der Lysosomen deutet darauf hin, dass ihre Recycling- und Signalfunktionen spezialisiert sind und sich an die spezifischen Anforderungen jedes Zelltyps im Gehirn angepasst haben,“ erklärt Dr. Julia Heiby vom FLI, Erstautorin der Studie zusammen mit Dr. Ali Ghoochani.

SLC45A1 ist ein Schlüsselfaktor neuronaler Lysosomen

Bei der Analyse der gefundenen Proteine war besonders auffällig, dass das Protein SLC45A1 fast ausschließlich in den Lysosomen von Neuronen vorkam. Weitere Untersuchungen ergaben, dass dieses Protein eine zentrale Rolle bei der Regulierung des pH-Wertes der Lysosomen spielt. Die Ansäuerung ist entscheidend dafür, dass die Enzyme im Inneren des Lysosoms ihre Abbaufunktion optimal ausüben können. „Wird dieser Prozess gestört, verliert das lysosomale System seine Funktionsfähigkeit,“ ergänzt Dr. Ori.

Wie kann ein molekularer Defekt in SLC45A1 eine Erkrankung auslösen?

Die Forschenden fanden außerdem heraus, dass Mutationen im SLC45A1-Gen, die zuvor mit einer seltenen neurologischen Krankheit in Verbindung gesetzt wurde, dazu führen, dass die Lysosomen nicht mehr ausreichend angesäuert werden. In der Folge kommt es zu Störungen im Eisenstoffwechsel der Zelle, die wiederum die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen, also jener Zellorganellen, die für die Energieversorgung verantwortlich sind. Diese Kaskade von Fehlfunktionen erklärt erstmals die neurologischen Symptome betroffener Patientinnen und Patienten und erlaubt es, die Erkrankung eindeutig als lysosomale Erkrankung des Nervensystems zu klassifizieren.

Neue Impulse für neurologische Erkrankungen

Viele seltene neurologische Erkrankungen sind bis heute nur unzureichend verstanden und lassen sich schwer diagnostisch einordnen. Der neu entwickelte Lysosomen-Atlas liefert nun ein wichtiges Referenzwerkzeug, mit dem krankheitsrelevante Veränderungen gezielt bestimmten Zelltypen des Gehirns zugeordnet werden können. Damit schafft die Studie eine Grundlage für präzisere Diagnosen und eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung zukünftiger Therapieansätze.

„Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass Lysosomen im Gehirn hochspezialisiert sind und je nach Zelltyp unterschiedliche Aufgaben erfüllen“, fasst Dr. Ori die Studienergebnisse zusammen. „Mit SLC45A1 haben wir darüber hinaus ein Protein identifiziert, das, wenn es mutiert ist, direkt zu einer lysosomalen Erkrankung des Gehirns führt.“

Insbesondere für medizinische Anwendungen könnte die zellspezifische lysosomale Signatur eine entscheidende Rolle spielen. Es bleibt daher zu hoffen, dass der Lysosomen-Atlas breite Anwendung findet, um die Forschung auf diesem Gebiet weiter voranzubringen – sowohl im Verständnis lysosomaler Speicherkrankheiten als auch anderer alternsassoziierter neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson.

Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut

Originalpublikation:

Ali Ghoochani et al.: Cell-type resolved protein atlas of brain lysosomes identifies SLC45A1-associated disease as a lysosomal disorder. Cell (2026) 189, 1-18; DOI: 10.1016/j.cell.2025.12.012,
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01425-4

Browser-basierte Web-Anwendung des Lysosomal Brain Protein Atlas (Knight Initiative for Brain Resilience / Stanford University): https://brainresilience.stanford.edu/lysosomal-brain-protein-atlas

VBIO Online-Webinarreihe: „Von akut bis chronisch: Schmerz – lästig, aber überlebenswichtig“

Mon, 26 Jan 2026 09:01:47 +0100

Warum tut etwas weh – und warum bleibt Schmerz manchmal, obwohl die Verletzung längst verheilt ist?

Das erste Webinar in 2026 in der Reihe „Faszination Biologie“ beginnt mit einer verständlichen Reise durch die Biologie des Schmerzes: vom warnenden Akutschmerz bis zum chronischen Schmerz, der zu einem eigenständigen Krankheitsbild werden kann.

Anhand alltagsnaher Beispiele wird erklärt, was Nozizeption ist und was wir als „Schmerz“ erleben. Danach wird der Weg der sensorischen Information verfolgt: von spezialisierten Sinneszellen in der Haut über Nervenbahnen und Rückenmark bis ins Gehirn, wo Ort und Stärke des Schmerzes sowie seine emotionale Bewertung zusammengeführt werden – beeinflusst durch Aufmerksamkeit, Stress und Stimmung.

Es wird erklärt, wie Entzündungsbotenstoffe Nerven „sensibilisieren“ und wie ein überreiztes Nervensystem ein „Schmerzgedächtnis“ entwickeln kann: Berührungen können plötzlich wehtun. Reize werden stärker empfunden. Anschließend werden verschiedene Schmerzarten verständlich eingeordnet.

Zum Abschluss geht es um die Frage: Was hilft wirklich? Die Teilnehmenden erhalten einen kompakten Überblick über Therapieprinzipien – von Medikamenten bis hin zu modernen, multimodalen Ansätzen – sowie Einblicke in Methodiken der Schmerzforschung und geschlechtsspezifische Unterschiede.

Der VBIO konnte für dieses Webinar erneut Herrn PD Dr. Markus Leo (Universitätsklinikum Essen) gewinnen.

Im Rahmen dieser Online-Webinarreihe „Faszination Biologie“ berichten Wissenschaftler/-innen zu ihrem Forschungsfeld und treten in den Dialog. Monatlich werden andere biologische und biomedizinische Inhalte in den Blick genommen, vertiefend erläutert und anschaulich erklärt. Anschließend werden in der Regel Text- und Bildmaterialien für den Privat- und Dienstgebrauch in z. B. Schule zur Verfügung gestellt. Anknüpfungspunkte zu den Bildungsstandards im Fach Biologie (KMK 18.06.2020) lassen sich in allen Vorträgen finden.

Weitere Vorträge (https://www.vbio.de/informationsangebote/faszination-biologie) folgen und sind schon in der Ankündigung zu finden; hochqualifizierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind angefragt. Im Mittelpunkt der Vorträge stehen wissenschaftliche Erkenntnisse und der Weg dorthin. Relevante Fachmethoden werden ebenfalls vorgestellt – und selbstverständlich werden Ihre Fragen beantwortet.

Bitte registrieren Sie sich so rasch wie möglich – spätestens am Veranstaltungstag bis 16 Uhr. Bei Anmeldung nach 16 Uhr kann eine Teilnahme nicht garantiert werden.

Melden Sie sich an unter

https://eu01web.zoom.us/webinar/register/WN_DgEUaazpRvKo7NEeD-B3Ag

Alle Informationen finden Sie auch auf dem Veranstaltungsposter.

VBIO

Neuartige Entzündungsfunktion von Blutplättchen entdeckt

Fri, 23 Jan 2026 11:33:40 +0100

Blutplättchen (Thrombozyten) sind kleine kernlose Zellen des Blutes, die eine unverzichtbare Rolle bei der Blutstillung (Hämostase) spielen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, verletzte Gefäße zu erkennen, sich zu aktivieren und sich mittels ihres Oberflächenproteins Integrin αIIbβ3 zu verklumpen. Dadurch bilden sie einen stabilen Blutpfropf, der die Wunde verschließt und die Blutung stoppt. Wenn dieser Prozess jedoch unkontrolliert abläuft, kann dies zur Ausbildung von Gefäß-verschließenden Gerinnseln führen, so genannten Thrombosen, die einen Herzinfarkt oder Schlaganfall zur Folge haben können.

Ein überraschender zellulärer Mechanismus von Thrombozyten jenseits der klassischen Aktivierung

Die klassische Funktion der Thrombozyten in Hämostase und Thrombose ist seit Jahrzehnten gut verstanden. Ein Team des Instituts für Experimentelle Biomedizin des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) und des Rudolf-Virchow-Zentrums (RVZ) der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat jedoch nun einen überraschenden Mechanismus in Science, einer der weltweit angesehensten wissenschaftlichen Zeitschriften, veröffentlicht, der das Verständnis der Thrombozytenbiologie grundlegend ändert. Wenn im Körper nämlich schwerwiegende Krankheitsprozesse wie Infektionen oder Infarkte ablaufen, können Thrombozyten auf eine völlig andere Funktion „umschalten“. Dabei dient das Integrin αIIbβ3 nun als Baustein eines neuartigen Organells, das von den Blutplättchen freigesetzt wird und schädliche Entzündungsprozesse antreibt. Die Forschenden beobachteten, wie die Thrombozyten unter solchen Bedingungen winzige fadenförmige Membranfortsätze bilden und abgeben – sogenannte PITTs. PITT steht für Platelet-derived Integrin- and Tetraspanin-rich Tethers und bedeutet „von Thrombozyten freigesetzte, Integrin- und Tetraspanin-reiche Membranstruktur“. Die PITTs binden an Immunzellen und die Gefäßwand und aktivieren diese, während die sich ablösenden Thrombozyten selbst geschwächt und weniger haftfähig im Blutstrom zurückbleiben.

Prof. Dr. Bernhard Nieswandt, Letztautor der Studie und Leiter des Lehrstuhls für Experimentelle Biomedizin I am UKW erklärt: „Normalerweise aktivieren sich Thrombozyten nur bei einer Gefäßverletzung. Dabei verändern sie ihre Form, setzen Botenstoffe frei und bilden einen Thrombus. Bei den PITTs passiert das Gegenteil: Die Thrombozyten bleiben im klassischen Sinn nicht aktiviert, sondern schnüren aus ihrem Membran-Netzwerk kometenschweifartige Organellen ab, die reich an αIIbβ3 und dem Tetraspanin-Co-Rezeptor CD9 sind, während andere Oberflächenmoleküle auf den Thrombozyten zurückbleiben. Das ist ein völlig neuer Mechanismus, der so noch in keiner Zelle beobachtet worden ist und grundlegende Fragen zur Organisation und gesteuerten Beweglichkeit von Membranproteinen aufwirft.“

Von der Beobachtung im Patientenblut bis zur Untersuchung im Mausmodell

Die Bildung von PITTs wurde erstmals in Blutproben von Patientinnen und Patienten mit schwerer Blutvergiftung (Sepsis), starker bakterieller Infektion und COVID-19 entdeckt. Die Forschenden wiesen die fadenartigen Tethers in Blutausstrichen nach und beobachteten gleichzeitig einen Verlust von αIIbβ3 auf der Oberfläche der Thrombozyten. Weitere Untersuchungen in Tiermodellen und mithilfe der intravitalen Mikroskopie belegten, dass PITTs bei Entzündungen oder Infektionen direkt in den Gefäßen entstehen und sich an Immunzellen und der Gefäßwand anheften. Dabei kommt es zu einer Aktivierung dieser Zellen und einer Verstärkung der Gefäßentzündung.

„Dass Thrombozyten αIIbβ3 auf diese Weise umverteilen und dadurch ihre normale Gerinnungsfunktion einbüßen, war völlig unerwartet. Das könnte erklären, warum viele schwerkranke Patientinnen und Patienten auch unter gewebeschädigenden Entzündungsprozessen und einem gleichzeitig erhöhten Blutungsrisiko leiden“, betont Prof. Dr. David Stegner. Der Arbeitsgruppenleiter am RVZ ist neben Charly Kusch Erstautor der Studie.

Neue therapeutische Perspektiven

Die Forschenden konnten außerdem zeigen, dass die Blockade von αIIbβ3 mit monoklonalen Antikörpern die Bildung von PITTs und infolgedessen schwere Entzündungsprozesse und Gewebeschäden in Krankheitsmodellen deutlich verringert. Damit eröffnen sich neue therapeutische Ansätze, um solche sogenannten „thrombo-inflammatorischen“ Krankheitsmechanismen gezielt zu bremsen, ohne die lebenswichtige Blutstillung zu beeinträchtigen.

Universitätsklinikum Würzburg

Originalpublikation:

Charly Kusch et al.: Platelet-derived integrin- and tetraspanin-enriched tethers exacerbate severe inflammation. Science391, eadu2825(2026), DOI:10.1126/science.adu2825