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Ein Enzym, das Hoffnung macht: Neuartiges Plastik-abbauendes Enzym in Bakterien entdeckt

Wed, 02 Sep 2026 11:51:26 +0200

In den Ozeanen sammeln sich riesige Mengen Plastikmüll in sogenannten Müllstrudeln („Great Garbage Patches“) an und werden den dort lebenden Organismen zum Verhängnis. Das liegt daran, dass die heute verwendeten synthetischen Plastik-Polymere nur sehr langsam biologisch, also durch Mikroorganismen, zersetzt werden können. Stattdessen führt die physikalische Fragmentierung der Materialien zu Mikro- und Nanoplastik. Auf dem in der Umwelt befindlichen Plastikmüll siedeln sich allerdings Mikroben an und bilden so einen Biofilm in einem ganz eigenen mikrobiellen Lebensraum, den die Forschung als „Plastisphäre“ bezeichnet.

Ein in solchen Bakterien neu entdecktes Enzym weckt die Hoffnung, dass Mikroorganismen sich schneller als erwartet auf den Abbau von Plastik spezialisieren könnten. Ein Forschungsteam der Universität Konstanz stieß auf das bislang unbekannte Enzym, das nicht nur bestimmte Polyester- und Bio-Plastikarten zersetzen kann, sondern den Bakterien zudem eine Antibiotika-Resistenz verleiht. Aufgrund seiner Struktur mit weit geöffnetem aktivem Zentrum bezeichnen die Forscher*innen den „Plastikfresser“ als „Pac Man Enzym“. Der Mensch kann den Plastikabbau in der Umwelt unterstützen, indem er bestenfalls nur noch Bioplastik verwendet, das sich von den Mikroorganismen zerlegen lässt.

Das Forschungsprojekt

In ihrem Forschungsprojekt untersuchten die Konstanzer Biologen Harry Lerner sowie David Schleheck die vollständige mikrobielle Zersetzung von Bioplastik. Zugleich erforschten sie die Zusammensetzung sowie die gesamte Erbinformation (das Metagenom) der daran beteiligten Mikrobengemeinschaft. Für die Studie wurden Bioplastik-Materialien verwendet, die die Gruppe um Chemiker Stefan Mecking entwickelt hat – die sogenannten Langkettigen Aliphatischen Polyester (LCAP). Ihre gemeinsame Studie wurde nun im renommierten The ISME Journal veröffentlicht.

Wie ging das Forschungsteam bei seiner Studie vor? „Wir vergruben kleine Stücke an Folie des LCAP-Bioplastiks in der obersten Humusschicht im Wald des Botanischen Gartens der Universität, etwa zehn Zentimeter tief“, erklärt Harry Lerner. „In dieser Schicht findet nämlich der Abbau von Zellulose und von anderen natürlichen Polymeren wie Cutin, einem pflanzlichen Polyester, statt.“ Gleichzeitig vermischte das Team ein Pulver des Bioplastiks in Proben desselben Waldbodens im Labor. Die Proben im Wald wurden für ein ganzes Jahr so belassen, während bei den Proben im Labor der Abbau der Materialien über die CO2-Produktion und damit die mikrobielle Respiration sehr detailliert verfolgt wurde – ebenso über ein ganzes Jahr hinweg. „Als Referenzen im Labor dienten Zellulose, andere Bioplastik-Arten wie PHBV und PCL, sowie Hartplastik (HDPE) und unbehandelter Boden als Negativkontrolle. Bei allen Bioplastik-Materialien konnten wir einen vollständigen Abbau innerhalb von etwa 250 bis 330 Tagen nachweisen, bei Zellulose nach etwa 80 Tagen, während bei HDPE praktisch gar nichts passierte“, beschreibt Lerner.

Ein unerwarteter Fund

Auf die Forschenden wartete eine Überraschung, und zwar bei der Untersuchung der Folien aus dem Waldboden: Im Elektronenmikroskop wurde sichtbar, dass sich mikroskopisch kleine Löcher in der Folie gebildet hatten. Und diese Löcher hatten genau die Größe und Form einzelner Bakterienzellen. „Bakterien könnten – das war unsere Vermutung – mit fest auf ihrer Zelloberfläche verankerten Plastik-Depolymerasen beschichtet sein, sich quasi in das Material hineinverdauen und deshalb in der Folie versinken. Dabei hinterlassen sie jeweils solch winzige Löcher“, erklärt Lerner.

Um herauszufinden, welche Mikroben sich beim Abbau der Bioplastik-Materialien in den Bodenproben anreichern und mit welchen Enzymen der Abbau der Materialien bewerkstelligt wird, extrahierte Harry Lerner die Gesamt-DNA der Organismengemeinschaft im Boden, sequenzierte diese und analysierte die großen Datenmengen mit viel Geduld und Sorgfalt. Die Mikrobiologen fanden ein Gen, das sich allein im Waldboden mit LCAP stark angereichert hatte. Es kodiert für ein sogenanntes Esterase-Enzym, das sowohl ein Sekretionssignal – sozusagen eine Art Adressetikett für den Export nach außerhalb der Zelle – als auch einen sogenannten Membrananker (Lipidanker) besitzt. Letzterer ermöglicht die feste Bindung des Enzyms an die Zelloberfläche. Das „Pac-Man Enzym“ war gefunden.

Mit dem Enzym ergab sich noch eine weitere Überraschung: „Es zeigt eine strukturelle Ähnlichkeit zu Esterasen, aber auch zu Betalaktamasen, also zu bakteriellen Enzymen, die in der Lage sind, den Betalaktam-Ring bestimmter Antibiotika wie Penicillin zu spalten und damit den Bakterien eine Antibiotika-Resistenz zu vermitteln“, so Lerner. Und tatsächlich konnten die Forscher die biochemische Doppelfunktion des Enzyms, einerseits Polyester in Monomere zu zerlegen und andererseits Penicillin zu spalten, auch im Labor nachweisen.

Ein Umbruch in der Plastisphäre?

„In unserer Umwelt ist die Plastisphäre ein neues Habitat“, betont Schleheck. „Der Mensch bringt Plastik erst seit etwa 50 bis 75 Jahren in relevanten Mengen in die Umwelt ein. Seitdem steht es den mikrobiellen Gemeinschaften – beispielsweise Bakterien, Hefen und Pilzen – eigentlich als zusätzliches Kohlenstoff- und Energiesubstrat für ihr Wachstum zur Verfügung. Mit ‚eigentlich‘ meine ich, dass sie das Plastik sicherlich gerne als Wachstumssubstrat verwenden würden – aber das können sie nicht, denn die Materialien sind für den mikrobiellen Stoffwechsel praktisch unverdaulich und werden deshalb kaum abgebaut.“

Zumindest bisher. Das „Pac-Man Enzym“ könnte nun einen Umbruch signalisieren, dass sich manche Mikroorganismen inzwischen ganz auf den Plastik-Abbau spezialisieren. „Das macht mir persönlich Hoffnung, denn es sieht so aus, als könnten sich Bakterien auf den Abbau von Polyester-Plastikarten schneller spezialisieren als gedacht. Für die Lösung des Plastikproblems in der Umwelt bedeutet dies, dass wir Menschen den Mikroben entgegenkommen müssen und in Zukunft bestenfalls nur noch Polymere verwenden, die solche biochemischen Sollbruchstellen besitzen wie die hydrolysierbaren Ester-Brücken in Polyestern, beispielsweise in LCAP oder anderen Bioplastikarten”, sagt Schleheck.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

Harry Lerner, Diego Casaburi, Nele Charlott Meier, Léa Bernabeu, Marcel Eck, Stefan Mecking, David Schleheck, Bacterial family-VIII esterase displays dual activities: hydrolysis of polyester bioplastics and β-lactam antibiotics, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag203, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag203

Eine Sommer-Odyssey: Mornellregenpfeifer-Weibchen suchen in ganz Nordeuropa mehrere Partner auf

Wed, 02 Sep 2026 11:39:52 +0200

Auf einem hochgelegenen norwegischen Plateau tauchen Ende Mai erste kahle Stellen im Schnee auf – und mit ihnen einige der aufgeschlossensten Vögel Europas. Mornellregenpfeifer brüten auf exponierten Bergkämmen und in der arktischen Tundra, von Schottland über Skandinavien bis nach Sibirien. Sie sind bekannt für ihre Toleranz gegenüber Menschen – eine Eigenschaft, die sie seit jeher zu einer leichten Beute für Jäger gemacht hat. Auch in anderer Hinsicht sind sie ungewöhnlich: Bei dieser Art ist das Weibchen das größere und farbenprächtigere Tier der beiden Partner und übernimmt die aktive Rolle bei der Balz. Weibchen balzen und konkurrieren untereinander um einen Partner. Sobald ein Weibchen jedoch sein Gelege aus drei Eiern ins Nest gelegt hat, verlässt es in der Regel das Männchen. Dieses bebrütet daraufhin die Eier und zieht die Küken allein auf.

Lange war unklar, wohin sich die Mornellregenpfeifer-Weibchen anschließend begeben. Jahrzehntelange Feldbeobachtungen haben ergeben, dass die meisten Weibchen den Brutplatz kurz nach der Eiablage verlassen. Da es für die Rückwanderung in ihre nordafrikanischen Überwinterungsgebiete wahrscheinlich noch zu früh ist, vermuteten Ornithologen schon lange, dass die Weibchen auf der Suche nach weiteren Paarungsmöglichkeiten an einen anderen Ort ziehen. Keines dieser Tiere wurde jedoch jemals verfolgt, um diese Vermutung zu bestätigen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Bart Kempenaers vom Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz (MPI-BI) hat in einer neuen Studie weibliche Mornellregenpfeifer mithilfe von Satellitensendern verfolgt und dabei interessante Verhaltensmuster entdeckt.

„Traditionell geht man davon aus, dass Zugvögel ihre großen Wanderungen zwischen den Überwinterungs- und Brutgebieten unternehmen und die Brutzeit eine weitaus sesshaftere Phase des Jahres darstellt“, sagt Peter Santema, Postdoktorand am MPI-BI und einer der Erstautoren der Studie, die in Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht wurde. „Wir haben nun gezeigt, dass weibliche Mornellregenpfeifer in nur einem Sommer Hunderte Kilometer zwischen ihren Brutplätzen zurücklegen können. Interessanterweise haben wir diesen Verhalten bereits bei den Männchen anderer Watvögel beobachtet, bei denen die Weibchen die Jungvögel allein aufziehen. Demnach scheint bei Arten, bei denen ein Geschlecht die Aufzucht allein übernimmt, das andere Geschlecht in einem Ausmaß nach weiteren Paarungsmöglichkeiten zu suchen, das wir uns bisher nicht vorstellen konnten. Diese Erkenntnis wirft neue Fragen auf: Wie nutzen weibliche Mornellregenpfeifer die Landschaft? Was bedeuten diese Bewegungen für ihren Fortpflanzungserfolg? Und wie verbinden sie möglicherweise Populationen, die Feldforschende lange Zeit getrennt untersucht haben?“

Mehrere Zwischenstopps

Bei einigen Vogelarten, wie dem Graubrust-Strandläufer und dem Kampfläufer, übernehmen die Weibchen die gesamte Aufzucht der Jungvögel. Vorangegangene Arbeit von Prof. Kempenaers und seinem Team haben gezeigt, dass die Männchen solcher Arten innerhalb einer einzigen Saison Tausende von Kilometern zwischen den Brutplätzen zurücklegen können, um weitere Paarungspartner zu finden. Bei den Mornellregenpfeifern sind die Rollen vertauscht: Die Männchen brüten die Eier aus und ziehen die Küken auf. Diese neue Studie ist die erste, die untersucht, wie weit Weibchen einer polyandrischen Art wandern können.

Das Team stattete 21 weibliche Mornellregenpfeifer mit zwei Gramm schweren, solarbetriebenen Satellitensendern aus und verfolgte ihre Bewegungen während der gesamten Brutzeit. Die Vögel wurden über drei Saisonen hinweg auf der Hochebene Hardangervidda im Süden Norwegens, sowie an Zugrastplätzen in den italienischen Alpen markiert. Während des etwa siebenwöchigen Zeitraums, in dem weibliche Mornellregenpfeifer typischerweise ihre Eier legen, ließen sich die einzelnen Weibchen an ein bis fünf verschiedenen Standorten nieder, wobei der Median bei drei Standorten lag. Aufeinanderfolgende Orte lagen in der Regel weniger als 100 km voneinander entfernt, doch ein Weibchen legte zwischen zwei Aufenthalten 973 km zurück, die größte Reichweite betrug insgesamt 1.343 km.

Die Bewegungen der Vögel folgten einem saisonalen Muster. Zu Beginn zogen die Weibchen überwiegend nach Norden. Möglicherweise folgten sie der sich zurückziehenden Schneegrenze, da sich in dem Zuge neue Brutgebiete auftaten. Später ließ das nach Norden gerichtete Muster nach und die Wanderungen wurden kürzer. Möglicherweise suchten die Weibchen eher lokal nach Männchen, deren frühere Brutversuche gescheitert waren. Die Wanderungen der weiblichen Mornellregenpfeifer waren geringer als die der Männchen polygamer Arten – ein Unterschied, der den höheren Aufwand widerspiegelt, den die Weibchen aufbringen müssen: Männchen benötigen nur eine einzige Paarung, um sich an einem Ort fortzupflanzen. Weibchen hingegen gehen eine kurzfristige Paarbindung ein und müssen ein volles Gelege ablegen.

Interessanterweise verweilten die Weibchen an ihrem letzten Standort im Median 41 Tage – weitaus länger als die kurzen Aufenthalte an früheren Standorten. Zwei Weibchen kehrten zudem an einen Standort zurück, den sie bereits verlassen hatten, eines davon nach zwanzig Tagen und aus einer Entfernung von 382 km. Frühere Studien haben gezeigt, dass an einigen Nestern die Brutpflege von Mornellregenpfeifer-Weibchen erfolgt und am häufigsten gegen Ende der Saison sowie am nördlichen Rand des Verbreitungsgebiets auftritt. Diese Beobachtungen legen nahe, dass es sich bei einigen der langen, letzten Aufenthalte um Weibchen handeln könnte, die dazu übergehen, ein Gelege zu bebrüten. Allerdings lassen sich solche Verhaltensweisen allein anhand von Satellitendaten nur schwer interpretieren. Um das Brutverhalten weiblicher Mornellregenpfeifer vollständig zu verstehen, sind Feldstudien erforderlich. Nur solche können erneute Paarungen und die Brutpflege durch Weibchen zweifelsfrei nachweisen.

„Lokale Populationen von Mornellregenpfeifern könnten tatsächlich auf eine Weise miteinander verbunden sein, die wir bisher übersehen haben – und zwar indem dieselben Weibchen zwischen weit voneinander entfernten Standorten hin- und herziehen“, sagt Bart Kempenaers, Leiter der Abteilung für Ornithologie am MPI-BI und einer der Erstautoren der Studie. „Die Wanderungen und das Brutverhalten dieser wunderschönen Vögel veranschaulichen, wie die Welt miteinander verbunden ist: Ihr Jahreszyklus erstreckt sich vom Hochland und der Tundra Nordeuropas und Russlands bis hin zu den Halbwüsten Nordafrikas. Die Kombination von Ortungsdaten mit Feldforschung an den Brutplätzen ist der nächste Schritt, um herauszufinden, was diese Wanderungen für die Evolution der Paarungssysteme bedeuten. Außerdem müssen wir mehr Vögel in verschiedenen Regionen mit Sendern ausstatten, um besser zu verstehen, wie ihre Populationen miteinander verbunden sind. Wir haben gelernt, dass uns selbst gut erforschte Vögel immer noch überraschen können.“

MPI für biologische Intelligenz

Originalpublikation:

Bart Kempenaers, Peter Santema, Margherita Cragnolini, Luke Eberhart-Hertel, Johannes Krietsch, Eunbi Kwon, Terje Lislevand; Females of a socially polyandrous, sex-role reversed shorebird visit multiple breeding sites within a single season. Proc. R. Soc. B 1 September 2026; 293 (2078): 20261110. https://doi.org/10.1098/rspb.2026.1110

Mini-Tumore zeigen neue Wirkstoffkombinationen gegen Leberkrebs

Wed, 02 Sep 2026 11:17:48 +0200

Immuntherapien gegen Leberkrebs haben die Behandlung zwar stark verbessert, sie schlagen jedoch nicht bei allen Patientinnen und Patienten an. Das Problem: Lebertumore können biologisch sehr unterschiedlich sein, etwa abhängig von der Ursache der Erkrankung und den genetischen Veränderungen der Krebszellen. Entsprechend unterschiedlich können sie auf Medikamente reagieren.

Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Markus Heim und Dr. Sandro Nuciforo von der Universität Basel berichtet nun in «Cell Reports» von neuen Anwendungsmöglichkeiten für bereits zugelassene Medikamente sowie von neuen Wirkstoffkombinationen. Eine davon erwies sich auch im Tiermodell als vielversprechend.

Für ihre Untersuchung etablierten die Forschenden eine Sammlung aus 35 unterschiedlichen Organoidlinien der häufigsten Form von Leberkrebs, dem hepatozellulären Karzinom. Dabei handelt es sich um dreidimensionale Gebilde aus lebenden Krebszellen, die wichtige Eigenschaften des ursprünglichen Tumors bewahren. Zwar werden solche Organoid-Sammlungen bei der Suche nach neuen Wirkstoffen bereits genutzt. Das Besondere an der Basler Sammlung ist jedoch, dass viele dieser Mini-Tumoren aus kleinen Gewebeproben stammen, die bei diagnostischen Nadelbiopsien entnommen wurden. Dadurch sind auch fortgeschrittene Tumore vertreten, die in bisherigen Organoid-Sammlungen unterrepräsentiert sind.

«Unsere Sammlung bildet damit unterschiedliche Krankheitsstadien ab, aber auch Lebertumore mit verschiedenen Ursachen», erklärt Sandro Nuciforo, Erstautor der Studie. So lasse sich prüfen, welche Wirkstoffe trotz der grossen biologischen Unterschiede zwischen den Tumoren wirksam sind.

Über 1600 Wirkstoffe durchforstet

In einem ersten automatisierten Screening testete das Team 1642 Substanzen an vier gezielt ausgewählten Leberkrebs-Organoiden. Darunter waren Krebsmedikamente, experimentelle Wirkstoffe und bereits für andere Krankheiten zugelassene Medikamente. Vielversprechende Treffer überprüften die Forschenden anschliessend an einer grösseren Auswahl von Organoiden. Mehrere Therapeutika zeigten eine starke Wirkung gegen die Tumorzellen und könnten deshalb für eine neue Anwendung bei Leberkrebs interessant sein.

Anschliessend suchten die Forschenden gezielt nach Kombinationen von Wirkstoffen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen. «Statt auf eine einzelne Schwachstelle des Tumors zu setzen, kombinieren wir Wirkstoffe mit unterschiedlichen Wirkmechanismen», so Markus Heim. «Dadurch könnte die Therapie auch dann wirksam bleiben, wenn sich die Schwachstellen von Tumor zu Tumor unterscheiden.»

Einige Zwei- und Dreifachkombinationen wirkten dabei über verschiedene Tumororganoide hinweg stärker als einzelne Medikamente. Bei den Dreifachkombinationen zeigte sich zudem, dass einige deutlich schwächer auf nicht-tumoröse Leberorganoide wirkten als auf die Krebsmodelle, ein Hinweis darauf, dass sich Tumorzellen möglicherweise selektiver angreifen lassen.

Tests im Tiermodell

Eine besonders vielversprechende Kombination aus den Wirkstoffen Regorafenib, Selinexor und Ixazomib untersuchten die Forschenden anschliessend genauer. In Mäusen mit Tumoren, die aus Patientenorganoiden hervorgegangen waren, bremste die Dreifachtherapie das Tumorwachstum stärker als Regorafenib allein und zeigte im untersuchten Modell keine ausgeprägte zusätzliche Toxizität.

Bis zu einer möglichen Anwendung bei Patientinnen und Patienten sind weitere Untersuchungen notwendig. Organoide bilden beispielsweise Blutgefässe, Immunzellen und andere Bestandteile der Umgebung eines Tumors nur unvollständig ab. Die Studie zeigt, wie sich eine vielfältige Sammlung an Organoiden aus Patientenproben nutzen lässt, um systematisch Wirkstoffe zu testen und daraus Kombinationstherapien zu entwickeln, die trotz der grossen Unterschiede zwischen einzelnen Tumoren wirksam sind.

Universität Basel

Originalpublikation:

Sandro Nuciforo et al.: Hepatocellular carcinoma organoids enable drug discovery and combination therapy across heterogeneous tumors, Cell Reports (2026), doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117895

Gemeinsame Erklärung für eine starke und freie Wissenschaft

Wed, 02 Sep 2026 11:13:53 +0200

Viola Bronsema, Geschäftsführerin von BIO Deutschland sagt: „Wir setzen auf Vielfalt, Offenheit und Chancengleichheit und bekennen uns zur freiheitlich demokratischen Grundordnung“, und zitiert aus dem Papier: „Wissenschaft und Forschung brauchen Freiheit. Eine fortschrittliche, resiliente Demokratie und eine moderne, international kompetitive Wirtschaft brauchen eine freie Forschung. Wer versucht, die Wissenschaft zu instrumentalisieren, versperrt einer freien Gesellschaft die Zukunft“

BIO Deutschland

Die Erklärung der Organisationen finden Sie hier: https://static1.squarespace.com/.../2026_09_Positionspapier_Freie+Wissenschaft_Erfolgreiche+Wirtschaft_Starkes+Deutschland.pdf

Genom-Umbau, vor dem Landgang, arktische Tangwälder und Baumschutzschichten: Preise für vier Pflanzenforschende

Wed, 02 Sep 2026 10:22:42 +0200

In Bochum werden drei der Preistragenden ihre Ergebnisse den rund 500 angemeldeten Tagungsteilnehmenden in einem Vortrag präsentieren. Doch worin genau besteht die wissenschaftliche Exzellenz der ausgezeichneten Arbeiten?

Mit CRISPR/Cas erstmals die Anzahl der Chromosomen in Pflanzen erfolgreich reduziert

Den Eduard-Strasburger-Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) erhält dieses Jahr Dr. Michelle Rönspies vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) für ihre im Fachmagazin Science erschienene Arbeit. Darin belegt Dr. Rönspies als Erstautorin erstmals, dass sich mit der Genschere CRISPR/Cas auch große Fragmente im Pflanzengenom umstrukturieren lassen, ohne Wachstum oder Entwicklung zu beeinträchtigen. Ihr gelang es in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durch Fusionen in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, beide Arme von Chromosom Nummer drei auf ein bzw. zwei andere Chromosomen zu übertragen, miteinander zu verschmelzen und so einen neuen Karyotyp zu erzeugen: Pflanzen mit acht anstelle von zehn Chromosomen. Mit der Genschere CRISPR/Cas konnte sie so einen Vorgang im Labor gezielt nachstellen, wie er auch in der Natur und im Laufe der Evolution immer wieder auftritt, was bis dahin noch nie zuvor bei Pflanzen gelungen war. Die Nachkommen der neuen Pflanzen, die mit normalen Pflanzen gekreuzt worden waren, bildeten allerdings weniger Samen, die jedoch genauso fruchtbar waren wie nicht veränderte Pflanzen. Die Arbeit von Dr. Rönspies zeigt damit auch die enorme Plastizität pflanzlicher Genome und eröffnet nicht nur der Grundlagenforschung neue Forschungsansätze. Langfristig können derartige Genomveränderungen erzeugt werden, etwa um Pflanzen genetisch von ihren wilden Verwandten zu isolieren, um ungewollte Auskreuzungen zu verhindern. In der Pflanzenzüchtung könnten damit stress- und klimaresistente Pflanzen für eine nachhaltige Landwirtschaft erzeugt werden. Dr. Rönspies wird den vom Springer-Spektrum-Verlag gestifteten und mit 2.500 Euro dotieren Eduard-Strasburger-Preis am 9. September 2026 aus den Händen des Präsidenten der DBG, Prof. Dr. Andreas Weber, entgegennehmen, und ihre Arbeit in einem Plenar-Vortrag vorstellen. Die Auswahl für die Jury war herausfordernd, da ihr viele ausgezeichnete Nominierungen vorlagen.

Was Pflanzen bereits konnten, bevor sie an Land gingen

Lange bevor Pflanzen das Land eroberten, hatten ihre Algen-Vorfahren bereits Mechanismen entwickelt, um Trockenheit und Wasserstress zu trotzen. Wie die Vorfahren der Landpflanzen dies auf Molekülebene und mit welchen hormonellen Signalen regelten, hat Dr. Jaccoline Zegers in ihrer Doktorarbeit an der Universität Göttingen untersucht, die nun mit dem Wilhelm-Pfeffer-Preis der DBG ausgezeichnet wird. Um die Evolution vor Jahrmillionen rekonstruieren zu können, hat Dr. Zegers für mehrere der mit Landpflanzen am nächsten verwandten Gruppen der Schmuckalgen (Zygnematophyceae) neue analytische und molekulargenetische Methoden etabliert. Im Gegensatz zu besser untersuchten Modellarten waren diese Methoden in Schmuckalgen bislang noch nicht angewendet worden. Wie sie durch den Vergleich von vier Schmuckalgen mit zwei Landpflanzen herausfand, ähnelten sich zwar deren Schutzmechanismen vor der Land-Eroberung, wie etwa flexible Zellwände. Die hormonellen Signale, die den Schutz vor Austrocknung etwa durch das Pflanzenhormon Abscisinsäure steuern, änderten sich jedoch erst im weiteren Lauf der Evolution. Zegers' Genomstudien und bioinformatische Auswertungen sind nicht nur in renommierten Fachjournalen veröffentlicht, sondern stehen nun der Grundlagenforschung als robuste Methoden und umfangreiche Datensätze (Transkriptomik und Proteomik) zur Verfügung, um die Evolution komplexer Merkmale in Pflanzen tiefer zu erforschen. Auch wenn Dr. Zegers nun bei einer Firma arbeitet, untersucht sie weiterhin Algen in ihrer Freizeit. Sie wird den mit 2.500 Euro dotierten Preis der DBG-eigenen Wilhelm-Pfeffer-Stiftung vom Stiftungspräsidenten, Prof. Dr. Severin Sasso, entgegennehmen und ihre Arbeit in einem Plenar-Vortrag präsentieren.

Wie der Klimawandel arktische Algenwälder bedroht

Warum Tangwälder in arktischen Fjorden dem Klimawandel nicht einfach ausweichen können und die Großalgen als Nahrungsquelle dabei ungenießbarer werden, das hat Dr. Sarina Niedzwiedz von der Universität Bremen herausgefunden in ihrer nun mit dem Horst-Wiehe-Förderpreis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) ausgezeichneten Doktorarbeit. Sie zeigte, dass der Polartag in Verbindung mit kalten Temperaturen zu Lichtstress in Tangen führt. Dies begrenzte die Ausbreitung der Tange in nördlichere Regionen. Durch den Klimawandel steigen die Temperaturen, und schmelzende Gletscher verdunkeln durch eingetragene Schwebstoffe die Fjorde, sodass nachfolgende Algengenerationen sich nicht einfach in tieferen Zonen ansiedeln können. Dort ist es für sie zu dunkel, um Energie durch Photosynthese gewinnen zu können - ein Effekt, der sich bei höheren Temperaturen noch verstärkte. Außerdem zeigte Dr. Niedzwiedz erstmals, dass Tange Schwermetalle wie Cadmium, Quecksilber und Blei aus Gletscher-Schmelzwasser anreichern. Das kann weitreichende Konsequenzen für das gesamte Nahrungsnetz haben, denn die ökosystemprägenden Tangwälder sind Lebensraum, Nahrungsquelle und Kinderstube für Krebse, Fische und viele andere Lebewesen. Durch eine Kombination von Laborexperimenten mit Feldstudien im norwegischen Spitzbergen und in Grönland hat Dr. Niedzwiedz wertvolle Erkenntnisse über eine der am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen der Welt gewonnen, welche in namhaften Fachjournalen veröffentlicht wurden. Dr. Niedzwiedz wird den Preis der DBG-eigenen Horst-Wiehe-Stiftung während der Botanik-Tagung aus den Händen der Generalsekretärin der DBG, Prof. Dr. Iris Finkemeier, entgegennehmen und ihre Ergebnisse in einem Vortrag präsentieren.

Was Pflanzenoberflächen schützt

In seiner Dissertation hat Dr. Paul Grünhofer an der Universität Bonn mehrere gängige Annahmen über die Schutzschichten von Pappeln in Frage gestellt, und wird dafür mit dem Horst-Wiehe-Förderpreis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) ausgezeichnet, der dieses Jahr an zwei Forschende verliehen wird. Bislang ging man davon aus, dass dickere innere und äußere Schutzschichten die Bäume bei Trockenheit abschirmen könnten. Daher untersuchte Dr. Grünhofer in Klimakammern und im Freiland den sog. apoplastischen Raum der Pappeln. Dieser umfasst verschiedene Barrieren zwischen lebenden Pflanzenzellen und der Umgebung, denen schützende Eigenschaften zugeschrieben werden, wie beispielsweise den Wachsen der Kutikula, welche die Blätter überzieht. Wie Dr. Grünhofer an Pflanzen vom Wildtyp und eigens mit CRISPR/Cas erzeugten Mutanten herausfand, helfen mehr Wachse in einer verdickten Kutikula auf den Blättern jedoch nicht, die Wasserverdunstung zu verringern. Untersucht hat Grünhofer auch die Abschlussgewebe an Stämmen und Wurzeln: das sog. Periderm sowie äußere und innere Gewebsschichten (Exo- und Endodermis). Auch veränderte Mengen des darin eingelagerten Moleküls Suberin beeinflussten den Wassertransport von Wurzeln nicht direkt. Wie Grünhofers Ergebnisse jedoch andeuten, könnte eine vermehrte Suberinisierung der Pappelwurzeln dagegen die (Nähr-)Stoffaufnahme beeinflussen, ohne sich negativ auf die Wasseraufnahme auszuwirken. Damit relativierte er die verbreitete Annahme, dass höhere Mengen an kutikulären Wachsen oder Suberin eindeutig zu kleineren Wasserverlusten bei Trockenheit führen. Dr. Grünhofers in mehreren Publikationen veröffentlichte Arbeiten eröffnen somit neue Wege, die Schutzfunktionen der apoplastischen Barrieren zu analysieren, um zukünftig zu stressresistenteren Pappel-Kultivaren für eine modernisierte Land- und Forstwirtschaft zu kommen. Als PostDoc untersucht Grünhofer nun vergleichbare Mechanismen im apoplastischen Raum anderer Nutzpflanzen sowohl an der Universität Bonn als auch im Ausland. Daher ist er leider verhindert, an der Verleihungszeremonie am 9. September teilzunehmen.

Deutsche Botanische Gesellschaft

Originalpublikationen / Titel der ausgezeichneten Arbeiten
Michelle Rönspies et al. (2025): CRISPR-Cas–mediated heritable chromosome fusions in Arabidopsis. Science 390, 843-848. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adz8505

Jaccoline Zegers (2025): Evolutionary conservation of the hyperosmotic response in the closest algal relatives of land plants. Dissertation, Georg-August-University Göttingen. DOI: https://dx.doi.org/10.53846/goediss-12081

Sarina Niedzwiedz (2024): The Dark Side of Polar Day - The influence of coastal run-off on Arctic kelp communities. Dissertation, Universität Bremen. DOI: https://doi.org/10.26092/elib/3391

Paul Grünhofer (2025): Poplars, apoplastic barriers, and the environment. Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. DOI: https://doi.org/10.48565/bonndoc-366

Die Wüste als Lebensraum – Entstehung, Dynamik und Anpassung - Online-Veranstaltung für SEK II

Tue, 01 Sep 2026 16:54:00 +0200

Wüsten gelten oft als lebensfeindliche Ödnis – doch das Gegenteil ist der Fall. Wüsten sind hochdynamische Ökosysteme, gestaltet von geologischen Kräften, geprägt durch extreme Klimabedingungen und bewohnt durch erstaunlich anpassungsfähige Organismen. Es lohnt sich, die Wüste zu entdecken!

Die Veranstaltung richtet sich Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II, die sich vertieft mit Wüstenentstehung, Klima, Ökosystemen und globalen Umweltprozessen auseinandersetzen möchten.

Die zweistündige Veranstaltung bietet einen kompakten Einblick in die Entstehung und geologischen Grundlagen verschiedener Wüstentypen sowie in die zentralen ökologischen Anpassungsmechanismen von Pflanzen und Tieren.

Programm

10.00 Begrüßung
(Prof. Dr. Alexander Nützel, DVGeo)

10.05 Scheinbar leere Welten aus Sand – wo Landschaften niemals stillstehen
(Prof. Michael Dietze, RWTH Aachen)

10.30 Wie (über)leben große Säugetiere in der Wüste?
(Dr. Bettina Wachter, Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Berlin))

11.00 Pause

11.15 Diskussion: Wie können bio- und geowissenschaftliche Erkenntnisse aus der Wüste helfen, den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen?
(Moderation PD Dr. Sven Bradler, VBIO)

12.00 Ende

Lehrkräfte melden ihre Kurse/Klassen bitte an unter: https://t1p.de/tx72e

Die Veranstaltung findet via ZOOM statt, weitere Informationen erhalten Sie nach der Anmeldung.

Veranstalter:
Dachverband der Geowissenschaften www.dvgeo.org und Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland www.vbio.de

(VBIO)

Alle Informationen auf einen Blick

Eine Suchmaschine für RNA-Moleküle

Tue, 01 Sep 2026 13:15:40 +0200

Stellen Sie sich vor, Ärzt*innen würden genau verstehen, welche Zellen zum Beispiel einen Tumor ihrer Patient*innen verursacht haben und ob dabei vielleicht auch Viren oder Bakterien im Spiel gewesen sind. Dann könnten sie die Informationen nutzen, um für jeden und jede der Erkrankten einen maßgeschneiderten Therapieplan zu erstellen. Um Fragen wie diese im Detail zu beantworten, müssen sie jedoch zunächst Tausende von Experimenten durchforsten, deren Ergebnisse in riesigen Datenbanken rund um den Globus gespeichert sind. Die Suche hätte bislang mehrere Tage in Anspruch genommen. Mindestens.

Jetzt ist ein solches Szenario ein gutes Stück aber näher gerückt. Denn Forschende des Berliner Instituts für Medizinische Systembiologie des Max Delbrück Center (MDC-BIMSB) haben eine Suchmaschine namens „Malva“ entwickelt, die solche Aufgaben radikal vereinfacht. Es sei die erste Plattform, die riesige Mengen an Einzelzelldaten allein anhand von Sequenzinformationen sekundenschnell durchforsten könne, sagt Daniel León-Periñán. León-Periñán ist ein Erstautor der Publikation in „Nature“ und Doktorand in der Arbeitsgruppe „Systembiologie von Gen-regulatorischen Elementen“ von Professor Nikolaus Rajewsky, dem Direktor des MDC-BIMSB.

„So ähnlich wie Google es vor 30 Jahren für das Internet getan hat, ermöglicht Malva es Wissenschaftler*innen und KI-Tools, innerhalb von Sekunden Informationen zu Millionen von Zellen zu durchsuchen – ohne riesige Dateien herunterladen zu müssen, ohne ein Referenzgenom zu benötigen und ohne dass tiefgreifende Fachkenntnisse in der Datenwissenschaft nötig wären“, fügt Rajewsky, der Letztautor der Studie, hinzu. „Malva verwandelt statische Transkriptom-Atlanten in dynamische Ressourcen, die unser Verständnis der RNA-Biologie vertiefen werden. Die Plattform könnte zudem entscheidend dazu beitragen, dass Forschende künftig besser verstehen, wie aus Gesundheit Krankheit wird oder wie und welche Zellen auf bestimmte medizinische Behandlungen reagieren.“

Unvorstellbar viele RNA-Daten

Mithilfe der Einzelzell-RNA-Sequenzierung bekommen Wissenschaftler*innen einen äußerst detaillierten Einblick in die Vorgänge im Inneren einzelner Zellen zu jedem beliebigen Zeitpunkt. In den vergangenen zehn Jahren haben sie so weltweit Terabytes an Daten gesammelt. Wer diese Daten auswerten möchte, um mehr über eine bestimmte DNA- oder RNA-Sequenz zu erfahren, steht allerdings vor zahlreichen Hürden.

Es müssten zum Beispiel unvorstellbare Mengen an Rohdaten heruntergeladen und erneut verarbeitet werden, wozu kein einzelnes Labor die Kapazitäten hat. Zudem müsste man einen Weg finden, Daten aus verschiedenen Quellen zu standardisieren. Darüber hinaus sind aufgrund der Art und Weise, wie die Daten indexiert sind, Informationen über RNA-Isoformen – also verschiedene RNA-Varianten, die von dem gleichen Gen kodiert werden – äußerst begrenzt.

Um die Aufgabe zu vereinfachen und die Bandbreite der Fragen zu erweitern, die sich anhand der Daten beantworten lassen, haben León-Periñán und Dr. Nikos Karaiskos, ebenfalls Erstautor aus der Gruppe von Rajewsky, öffentlich zugängliche Daten aus den Repositorien neu aufbereitet – sodass man sie nun nach bestimmten Nukleotidsequenzen durchsuchen kann. Malva indexiert zudem räumliche Daten und gibt dadurch auch Auskunft darüber, an welcher Stelle in einem Gewebeschnitt sich eine bestimmte RNA befindet.

Die Suchmaschine ist so konzipiert, dass man sie kontinuierlich erweitern kann: Sobald neue Einzelzell-RNA-Daten in der Fachliteratur veröffentlicht sind, werden diese auf einen Server am Max Delbrück Center heruntergeladen, verarbeitet und den vorhandenen Daten hinzugefügt.

Ein breites Anwendungsspektrum

Es gebe unzählige Anwendungsszenarien, sagt Karaiskos. „Sie reichen von ganz simplen Fragen wie ‚In welchem Zelltyp wird dieses spezielle Gen exprimiert?‘ bis hin zu weitaus komplexeren.“ Solch einfache Fragen könne man zwar auch mit anderen Plattformen beantworten, fügt Karaiskos hinzu. „Mit ihnen lassen sich jedoch zum Beispiel keine Fragen zur RNA-Biologie klären, da sie RNA-Isoformen als Einheit behandeln und nicht einzeln einem Referenzgen zugeordnen.“ So könne man nicht herausfinden, ob eine bestimmte RNA-Isoform in einem bestimmten Zelltyp exprimiert werde, erklärt der Forscher. „Die Flexibilität, in Malva nach RNA-Sequenzen zu suchen, ermöglicht es uns, Fragen anhand dieser Daten zu beantworten, die zuvor unmöglich schienen.“

Da andere Plattformen ihre Daten zudem auf mithilfe eines Referenzgenom abbilden, das aus wenigen menschlichen DNA-Proben zusammengesetzt ist, finden Forschende, die nach Informationen über RNA suchen, die aus seltenen oder einzigartigen Genvarianten entsteht, möglicherweise nicht viel. Malva erlaubt den Zugriff auf einen wesentlich vielfältigeren RNA-Datensatz. Die neue Plattform umfasst außerdem Sequenzinformationen verschiedener Spezies, darunter Bakterien, Viren und Pilze. So können Wissenschaftler*innen untersuchen, wie diese Mikroorganismen menschliche Zellen beeinflussen und Krankheiten verursachen.

Derzeit können alle Forschenden Malva kostenlos nutzen. Rajewsky und sein Team bereiten allerdings die Gründung eines Start-ups vor, um Malva kommerziell verfügbar zu machen. Ein Patent auf die Technologie ist bereits angemeldet.

Max Delbrück Center

Originalpublikation:

Daniel León-Periñán, Nikos Karaiskos, Nikolaus Rajewsky (2026): „Ultrafast and reference-free sequence discovery in single-cell data“. Nature, DOI: 10.1038/s41586-026 – 10975‑w

Schon Urbakterien besaßen interzelluläre Kommunikationsstrukturen wie heute Menschen

Tue, 01 Sep 2026 13:02:22 +0200

Höhere, eukaryotische Zellen – also Zellen mit Zellkern, wie sie auch der Mensch und alle höheren Tiere aufweisen –, besitzen Strukturen, die benachbarte Zellen untereinander verbinden. Bekannt ist, dass über diese Strukturen unter anderem grundlegende Kommunikationsprozesse zwischen den Zellen ermöglicht werden, ohne die Gewebe wie zum Beispiel das menschliche Herz nicht funktionieren können. Auch Nervenzellen senden über diese Verbindungen die Signale aus, durch die der Körper gesteuert wird. Die Verbindungen – und damit die Kommunikation zwischen den Zellen – werden über den Austausch von Kalziumionen (Ca²⁺) reguliert.

Die Arbeitsgruppe „Phototrophe Mikrobiologie“ um Jun.-Prof. Dr. Khaled Selim von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) fand nun heraus, dass ähnliche Kommunikationsprozesse und Verbindungsstrukturen in Bakterien auch über Kalziumsignale reguliert werden. Bakterien sind aber einfachere Zellen, sogenannte Prokaryoten (Zellen ohne Zellkern). Prof. Selim: „Es war für uns eine große Überraschung, dass schon eine der ersten Lebensformen auf der Erde – also evolutionär ältere und einfachere Zellen – ähnliche Kommunikationsstrukturen über Kalziumsignale entwickelt haben wie Zellen in höheren Lebewesen.“

Im EMBO Journal berichtet das Forschungsteam, dass es in mehrzelligen Cyanobakterien solche Verbindungen entdeckt hat. „Analog zu den Verbindungsstrukturen in Eukaryoten, den sogenannten Gap Junctions, die traditionell als eukaryotisches Merkmal angesehen wurden, koordinieren die Cyanobakterien ihre Zell-Zell-Kommunikation über Verbindungsstrukturen, die ‚Septum Junctions‘ genannt werden. Die Signale, die die Zell-Zell-Kommunikation und den Aufbau der Septum Junctions regulieren, waren bisher weitgehend unbekannt“, so Teresa Müller, Doktorandin in Selims Arbeitsgruppe im Exzellenzcluster „Kontrolle von Mikroorganismen zur Bekämpfung von Infektionen“ (CMFI) der Universität Tübingen und Erstautorin der Studie.

Die Düsseldorfer Biologinnen und Biologen entdeckten ein Kalzium-bindendes Protein (kurz CSE), welches ausschließlich in mehrzelligen Cyanobakterien vorkommt. Mithilfe einer Kernresonanzmessung bestimmten sie die Struktur von CSE im Kalzium-gebundenen Zustand und zeigten, dass CSE als Kalzium-Pufferprotein fungiert. Mit der Methode der Kryo-Elektronenmikroskopie stellten die Forschenden darüber hinaus fest, dass bestimmte mutierte Bakterienzellen, die kein CSE produzieren, auch deutlich weniger Verbindungsstrukturen aufweisen.

Selim betont: „Unsere Forschungsarbeit gibt neue Einblicke in die Evolution. So liefert sie Hinweise darauf, dass die Grundlage für Funktionsprinzipien höherer Lebewesen bereits zuvor in den gewebeähnlichen Strukturen einfacher mehrzelliger Bakterien angelegt wurde. Diese zellulären Verbindungen sind also schon eine Milliarde Jahre alt, denn damals trennten sich die Entwicklungslinien von Eukaryoten und Prokaryoten.“

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Originalpublikation:

Müller, T.A., Stahlecker, F., Roganowicz, K. et al. The calcium-binding protein CSE links Ca²⁺ signaling with cell-cell communication in cyanobacteria. EMBO J (2026). doi.org/10.1038/s44318-026-00893-y

Warum nicht jede Ameise ihren Nestgenossinnen hilft

Mon, 31 Aug 2026 13:35:23 +0200

„Unsere Studie zeigt, dass bei Ameisen die Bereitschaft zu helfen mit messbaren Unterschieden in der Genaktivität zusammenhängt“, sagt Prof. Dr. Susanne Foitzik vom Institut für Organismische und Molekulare Evolution der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). „Das ist spannend, weil Rettungsverhalten lange vor allem mit Säugetieren in Verbindung gebracht wurde, während sich ein solches Verhalten bei Ameisen unabhängig entwickelt hat.“

Um zu untersuchen, was helfende von nicht-helfenden Arbeiterinnen unterscheidet, hatten die Forschenden im Labor eine Notsituation nachgestellt. Dazu wurde eine Arbeiterin am Boden einer mit Sand ausgelegten Versuchskammer festgebunden. Anschließend wurden einzelne Ameisen aus derselben Kolonie in die Kammer gelassen. Die Forschenden zeichneten das Verhalten der Tiere über 15 Minuten auf. Als Retterinnen stuften sie Ameisen ein, die sich der festgehaltenen Nestgenossin näherten und an ihr zogen oder um sie herum gruben. So verhalten sich Arbeiterinnen dieser Art auch, wenn sie versuchen, verschüttete Nestgenossinen zu befreien. Als nicht-helfende Ameisen klassifizierte das Team Tiere, die sich der festgehaltenen Nestgenossin zwar näherten, jedoch keine Befreiungsversuche zeigten.

Gene im Gehirn von helfenden Ameisen aktiver

Im nächsten Schritt analysierten die Forschenden im Labor, ob sich diese Verhaltensunterschiede auch biologisch widerspiegeln. Dazu untersuchten sie Antennen und verschiedene Bereiche des Gehirns, darunter Sehlappen und zentrale Gehirnbereiche, der zuvor beobachteten Ameisen. Ein Fokus lag auf den sogenannten Pilzkörpern, zentralen Verarbeitungszentren im Insektengehirn, die Sinneseindrücke integrieren und an Lernen und Verhaltenssteuerung beteiligt sind. Aus diesen Geweben isolierte das Team RNA, also Moleküle, die Auskunft darüber geben, welche Gene in den jeweiligen Zellen aktiv sind. Mithilfe von RNA-Sequenzierung verglich das Team anschließend die Genaktivität von rettenden und nicht-rettenden Arbeiterinnen.

Dabei zeigten sich vor allem in den Pilzkörpern deutliche Unterschiede. „Bei rettenden Tieren waren fünfzehn Gene stärker aktiv, darunter Gene, die mit der Duftwahrnehmung, der Hormonsteuerung, Stoffwechselprozessen und Immunfunktionen zusammenhängen“, sagt Luisa Maria Jaimes-Nino, Mitarbeiterin von Foitzik und Erstautorin der Studie. „Über alle untersuchten Gewebe hinweg fanden wir insgesamt neun Gene, die bei rettenden Ameisen stärker aktiv waren als bei nicht-rettenden.“

Zugleich erkannten die Forschenden keine Hinweise darauf, dass die rettenden Ameisen einfach kräftiger oder besser versorgt sind. „Vielmehr deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Unterschiede in der Verarbeitung von Sinnesreizen und in bestimmten molekularen Signalwegen beeinflussen könnten, ob eine Ameise auf eine gefährdete Nestgenossin reagiert“, sagt Susanne Foitzik.

Unterschiedliches Verhalten hängt mit messbaren molekularen Prozessen zusammen

Ein überraschender Befund betrifft Gene des Immunsystems, die Insekten nicht nur vor Krankheitserregern schützen. Frühere Studien zeigen, dass sie auch Verhalten beeinflussen können, etwa Aktivität, Schlaf oder das Zusammenfinden in Gruppen. Die neue Studie legt nahe, dass Immunfunktionen auch bei der Steuerung sozialer Reaktionen eine Rolle spielen könnten. Möglich ist zudem, dass rettende Ameisen durch ihr Verhalten häufiger Verletzungen oder Infektionen riskieren und deshalb bei solchen Unglücken von einer stärkeren Aktivität von Genen des Immunsystems profitieren.

Die Forschenden betonen jedoch, dass die Studie keinen einzelnen Auslöser für Hilfsverhalten identifiziert. Rettungsverhalten entsteht demnach wahrscheinlich aus dem Zusammenspiel mehrerer Prozesse. Dazu gehören die Wahrnehmung von Alarmsignalen, die Verarbeitung dieser Reize im Nervensystem und molekulare Signalwege, die die Reaktionsbereitschaft der Ameisen beeinflussen.

„Ameisen sind ein besonders gutes Modell, um die biologischen Grundlagen komplexen Sozialverhaltens zu untersuchen“, sagt Foitzik. „Unsere Studie zeigt, dass einzelne Tiere innerhalb derselben Kolonie nicht nur unterschiedlich reagieren, sondern dass diese Unterschiede auch mit messbaren molekularen Prozessen zusammenhängen.“

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Israel Science Foundation gefördert. Neben Luisa Maria Jaimes-Nino und Susanne Foitzik von der JGU waren Bar Adi und Inon Scharf von der Universität Tel Aviv beteiligt.

Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Originalpublikation:

L. M. Jaimes-Nino et al.: Transcriptional predictors of rescue behaviour in ants, Journal of Experimental Biology, 23. Juni 2026, DOI: 10.1242/jeb.252086, https://journals.biologists.com/jeb/article/doi/10.1242/jeb.252086/372047

Ertragreicher und widerstandsfähiger: Forschung zu Mechanismen der Krankheitsresilienz in Pflanzen

Mon, 31 Aug 2026 11:15:25 +0200

Wenn Pflanzen Krankheitserregern ausgesetzt sind, aktivieren sie ihr Immunsystem und stellen gleichzeitig ihre Entwicklung ein. Für die Pflanzenproduktion bedeutet das: geringere Erträge. Diese Wechselwirkung ist für die Züchtung krankheitsresistenter Sorten von großer Bedeutung. „Pflanzenzüchter versuchen, Sorten zu entwickeln, die Krankheitserreger wirksam abwehren können, ohne dabei ihr Ertragspotenzial zu schmälern. Dabei stoßen sie jedoch an biologische Grenzen: eine verstärkte Immunabwehr geht häufig auf Kosten des Wachstums“, erklärt Brigitte Poppenberger, Professorin für Biotechnologie gartenbaulicher Kulturen an der Technischen Universität München (TUM). Mit ihrem Team hat sie nun einen Mechanismus entdeckt, der helfen könnte, diese biologischen Grenzen zu verschieben: pflanzliche Steroidhormone regulieren einen molekularen Schalthebel, über den die Immunabwehr gesteuert wird.

Steroidhormone hemmen in gesunden Pflanzen die Immunabwehr

Wenn Pflanzen keinen Krankheitserregern ausgesetzt sind, legen sie ihre Immunabwehr still, um alle Ressourcen in ihr Wachstum zu investieren. Steroidhormone wirken dabei mit, indem sie Immunrezeptoren abschalten, die Pflanzen benötigen, um die Immunantwort zu aktivieren. Hierfür nutzen sie Transkriptionsfaktoren, Proteine, die an DNA binden, und entscheiden, wie die darin gespeicherten genetischen Information verarbeitet wird. Über diese Transkriptionsfaktoren verändern Steroidhormone die Struktur der Immunrezeptoren und inaktiviert sie dadurch. Die Pflanze kann Ressourcen in ihr Wachstum umleiten.

Werden Pflanzen aber von Krankheitserregern befallen, benötigen sie aktive Immunrezeptoren, um Abwehrreaktionen einzuleiten. Die Steroidhormon-regulierten Transkriptionsfaktoren werden dann inaktiv, und relevante Immunrezeptoren können korrekt ausbilden werden. Dadurch wird die Immunabwehr aktiviert und das Wachstum verlangsamt. Das konnten die Forschenden an der Modellpflanze Ackerschmalwand beim Befall mit einem Erreger zeigen, der Mehltau verursacht.

Epigenetik mit Relevanz für Züchtung

Diesen Mechanismus, den Steroidhormone nutzen, um die Balance von Wachstum und Immunabwehr zu regulieren, konnten die Forschenden der TUM erstmals identifizieren. Besonders überrascht waren sie darüber, wie der Transkriptionsfaktor Immunrezeptoren beeinflusst: „Der Transkriptionsfaktor schaltet Immunrezeptor-Gene nicht einfach nur an oder aus“, erklärt Brigitte Poppenberger. „Über einen epigenetischen Mechanismus beeinflusst er welche Immunrezeptor-Variante entsteht, indem er die Markierung der DNA verändert, und damit die Prozessierung der betroffenen Gene reguliert.“ So wird unter Einfluss des Transkriptionsfaktors und letztendlich der Steroidhormone die Menge an aktive Immunrezeptoren reduziert. Pflanzen, in welchen die Menge dieser Transkriptionsfaktoren reduziert wurde, zeigten eine erhöhte Mehltau-Resistenz ohne an Wachstum einzubüßen.

"Wenn es in zukünftigen Züchtungsprogrammen gelingt diesen Mechanismus zu nutzen, könnten ertragreiche Sorten entstehen, die auf einen Befall durch Krankheitserreger besser vorbereitet und somit widerstandsfähiger sind.“

Technische Universität München

Originalpublikation:

Ramirez, V.E. et al., Brassinosteroid-regulated transcription factors confer epigenetic changes that repress plant immunity, Proceedings of the National Academy of Sciences, 123/34 (2026), e2532739123, https://doi.org/10.1073/pnas.2532739123