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Wasserkreislauf im Wandel: Zunehmende Extreme

Tue, 13 Jan 2026 12:03:13 +0100

Das Global Water Monitor Consortium veröffentlicht jährlich den Global Water Monitor Report, der dokumentiert, wie sich der Klimawandel im jeweiligen Jahr auf den globalen Wasserkreislauf ausgewirkt hat. Das internationale Konsortium wird von Professor Albert van Dijk von der Australian National University (ANU) geleitet und stützt sich auf umfangreiche Datensätze, die bis ins Jahr 1978 zurückreichen und belastbare Aussagen über langfristige Veränderungen ermöglichen.

Auch die TU Wien ist maßgeblich an der Erstellung und laufenden Aktualisierung des Global Water Monitor beteiligt: Am Department für Geodäsie und Geoinformation analysieren und erstellen Wouter Dorigo und sein Team Satellitendaten – unter anderem von Copernicus – aus denen globale Informationen zu Bodenfeuchte, Grundwasser und Vegetation abgeleitet werden.

Die Wege des Wassers verändern sich

Der Bericht für 2025 zeigt, dass die fortschreitende Erderwärmung grundlegend verändert, wie sich Wasser bewegt, wie es gespeichert und zwischen Atmosphäre, Landflächen und Ozeanen ausgetauscht wird. Während die Menge des Gesamtniederschlags global zurück geht, nehmen Extremniederschläge zu und Monate mit Niederschlagsrekorden häufen sich. Dies hat erhebliche Folgen für Gesellschaften und Ökosysteme.

Wasserbedingte Katastrophen forderten 2025 weltweit fast 5.000 Todesopfer, vertrieben rund acht Millionen Menschen und verursachten wirtschaftliche Schäden von mehr als 360 Milliarden US-Dollar. Ursache waren meist Überschwemmungen, tropische Wirbelstürme, Dürren und Waldbrände, die häufig miteinander verknüpft waren und kaskadenartig Wasser-, Nahrungsmittel- und Energiesysteme beeinträchtigten.

„Veränderungen im Wasserkreislauf bestimmen zunehmend, wann und wo Katastrophen auftreten“, sagt Albert van Dijk. „Im Jahr 2025 trafen Überschwemmungen, Dürren und hitzebedingte Gefahren oft innerhalb kurzer Zeiträume dieselben Regionen und verstärkten ihre Auswirkungen gegenseitig.“

Der rasche Wechsel zwischen extrem nassen und extrem trockenen Bedingungen führte dazu, dass Wasserressourcen, Ökosysteme und Infrastruktur zusätzlich unter Druck gesetzt und die Schäden größer werden. Ein Beispiel dafür sind Spanien und Portugal: Ein feuchtes Frühjahr begünstigte starkes Pflanzenwachstum und die darauffolgende plötzliche Hitzewelle und Blitzdürre führten dazu, dass die Böden und Vegetation rasch austrockneten und schwere Waldbrände entstehen konnten.

Hitze begünstigte wasserbedingte Katastrophen

Der Bericht zeigt, dass Veränderungen bei Luftfeuchtigkeit, Boden- und Grundwasser sowie bei Flüssen und Oberflächengewässern eng mit vielen der verheerendsten Überschwemmungen, Dürren und Hitzewellen des Jahres zusammenhängen. Die globalen Landtemperaturen lagen zwar leicht unter dem Rekordjahr 2024, machten 2025 jedoch dennoch zum drittwärmsten Jahr seit Beginn der Messungen – im Einklang mit dem anhaltenden Erwärmungstrend. „Gerade in Österreich schreitet die Klimaerwärmung überproportional schnell voran“, sagt Wouter Dorigo. „Im Vergleich zum globalen Durchschnitt von rund 1,5 Grad ist die Durchschnittstemperatur hierzulande bereits um drei Grad gestiegen“.

Extreme Hitze blieb im Verlauf des Jahres ein zentraler Treiber der Auswirkungen. Die Zahl der heißen Tage nahm weltweit weiter zu. In Österreich war vor allem der Juni überdurchschnittlich heiß mit durchschnittlich 5 Grad über dem langjährigen Mittel. In Europa waren langanhaltende Sommerhitzeperioden mit zahlreichen hitzebedingten Todesfällen verbunden, während die heißen und trockenen Bedingungen viele Waldbrände begünstigten.

Von Überschwemmung bis Dürre

Auch Überschwemmungen führten 2025 weltweit zu weitreichenden Schäden. Die Wasserstände der Flüsse und die Ausdehnung der Oberflächengewässer lagen über den langjährigen Durchschnittswerten, in Teilen Afrikas und Südamerikas wurden sogar Rekordwerte erreicht. In Süd- und Südostasien führten Monsunregen und tropische Wirbelstürme zu großflächigen Überschwemmungen.

Während einige Regionen wiederholt von Überschwemmungen betroffen waren, litten andere unter anhaltender oder rasch zunehmender Trockenheit, darunter Somalia/Horn von Afrika. In mehreren Fällen nahmen Bodenfeuchte und terrestrische Wasserspeicher innerhalb kurzer Zeit stark ab – Bedingungen, die typisch für sogenannte Blitzdürre sind, bei der sich Dürre infolge hoher Temperaturen, niedriger Luftfeuchtigkeit und geringer Niederschläge sehr schnell entwickelt.

Vorsorge gewinnt an Wichtigkeit

Der Bericht betont, wie wichtig Vorsorgemaßnahmen wie Frühwarnsysteme und Evakuierungspläne sind, um die Folgen von Katastrophen zu begrenzen – vor allem angesichts zunehmender Gefahren.

„Die Auswirkungen einer Katastrophe hängen entscheidend davon ab, wie gut Gesellschaften darauf vorbereitet sind“, sagt van Dijk. „Im Jahr 2025 hat gute Vorbereitung viele Leben gerettet, doch es gab auch Versäumnisse – und ein sich verändernder Planet hält immer neue Überraschungen für uns bereit.“

Auf europäischer Ebene wird diese Arbeit künftig weiter vertieft: Im Rahmen des Projekts Allwaters befassen sich 140 Partner_innen aus 24 Ländern – darunter auch die TU Wien – mit der Frage, wie ein nachhaltiger Umgang mit der Ressource Wasser in Europa gestaltet werden kann.

Für 2026 deuten die hydrologischen Bedingungen auf ein erhöhtes Dürrerisiko in Teilen des Mittelmeerraums, am Horn von Afrika, in Brasilien und Zentralasien hin, während die Gefahr von Überschwemmungen im Sahel, im südlichen Afrika, in Nordaustralien und weiten Teilen Asiens erhöht ist.

Technische Universität Wien

Originalpublikation:

https://www.globalwater.online/globalwater/report/

Den richtigen Ton treffen: Nachtigallen passen ihren Gesang in Tonhöhe und -länge an ihre Rivalen an

Tue, 13 Jan 2026 11:43:12 +0100

Das Nachahmen von Lauten, also das direkte Übernehmen von gerade Gehörtem, ist eine seltene Fähigkeit im Tierreich. Es erfordert eine außergewöhnlich schnelle Verarbeitung des Gehörten und fast gleichzeitig die Erzeugung einer passenden Antwort. Delfine etwa nutzen das Nachahmen von Lauten, um über große Entfernungen hinweg Kontakt zu halten, während Papageien diese Fähigkeit einsetzen, um sich in sozialen Hierarchien zurechtzufinden. Auch Nachtigallen besitzen diese seltene Gabe: Sie produzieren Pfeifgesänge mit stark variierender Tonhöhe und nutzen ihre vokale Anpassungsfähigkeit, um ihren Rivalen klarzumachen: „Was auch immer du singst, ich sing es besser!“ Um Gesänge jedoch präzise anzupassen, müssen komplizierte Variablen wie Tonhöhe und Silbenlänge sowie deren Kombination imitiert werden, was besonders bei einem großen Gesangsrepertoire wie dem der Nachtigall schwierig ist und teilweise Kompromisse erfordert.

Frühere Forschungsprojekte konnten bereits zeigen, dass männliche Nachtigallen ihre Tonhöhe präzise anpassen. Wie variabel anpassbar jedoch andere Gesangsmerkmale sind, blieb unklar. Die aktuelle Studie fügt dem Gesamtbild somit eine weitere entscheidende Dimension hinzu: Sie zeigt, dass auch die Silbenlänge flexibel verändert werden kann. Mit der Kombination dieser beiden Fähigkeiten zeigen Nachtigallen eine flexible Kompromissstrategie, statt bei der Anpassung einfach generell ein Merkmal zu priorisieren: Je nach gehörter Kombination passen sie entweder die Tonhöhe oder die Tondauer an – und zwar in Echtzeit.

„Nachtigallen zeichnen sich unter den Singvögeln durch ihre bemerkenswerte stimmliche Flexibilität aus. Die Männchen können sowohl Tonhöhe, als auch Silbentiming schnell anpassen, wenn sie um Weibchen und Territorium konkurrieren“, erklärt Juan Sebastián Calderón-García, Erstautor und Doktorand am Institute of Science and Technology Austria. „Diese stimmliche Koordinierung erfordert eine Verarbeitung in Echtzeit und eine enorme neuronale Flexibilität. Wir konnten zeigen, dass Nachtigallen sowohl die Tonhöhe, als auch die zeitliche Struktur des Konkurrenzgesangs verfolgen und darauf reagieren. Die Fähigkeit, Tonhöhe und Dauer unabhängig voneinander zu trennen und in Echtzeit anzupassen, zeugt von einer bemerkenswerten Präzision –sowohl beim Hören, als auch bei der Stimmkontrolle. Die neuronale Koordination muss besonders ausgefeilt sein, um mehrere solcher Klangmerkmale gleichzeitig zu jonglieren.“

Pfeifen auf dem Prüfstand

In früheren Studien zu Gesangsmustern von Nachtigallen wurden bereits Verschiebungen in der Silbenlänge festgestellt. Das deutete darauf hin, dass auch diese Variable bei der Stimmanpassung von Bedeutung sein könnte. Bei der Analyse der Aufnahmen von Nachtigallen in freier Wildbahn in Brandenburg, Deutschland, über zwei Paarungszeiten hinweg stellten die Forschenden fest, dass natürliche Pfeifsilben sich längenmäßig in drei Gruppen einteilen lassen: kurz (unter 140 Millisekunden), mittel (140–310 ms) und lang (über 310 ms). Das Team erstellte daraufhin künstliche Gesänge mit selten verwendeten beziehungsweise extremen Silbenlängen und präsentierte sie den Wildtieren. Deren Reaktion zeigte, dass die gesangliche Anpassung auch hier einem klaren Muster folgte. Die Vögel beachteten also sowohl das Timing, als auch die Tonhöhe bei ihren Antworten.

Anschließend testeten die Forschenden unnatürliche Kombinationen mit Hilfe der künstlich erstellten Gesänge: hohe Pfeiftöne mit sehr kurzer oder ungewöhnlich langer Dauer, oder besonders tiefe Pfeiftöne mit ungewöhnlich langer Dauer. Die Vögel reagierten sehr flexibel auf diese nicht zum normalen Repertoire gehörigen Laute – je nach Kombination passten sie sich manchmal eher der Dauer, manchmal eher der Tonhöhe an. Computermodelle zeigten, dass das Timing die Anpassung der Tonhöhe beeinflusst, was wiederum die flexible Reaktion der Vögel erklärt.

„Der Gesang der Nachtigallen gibt Aufschluss darüber, wie das Gehirn komplexe Lautäußerungen spontan koordiniert“, sagt Giacomo Costalunga, Erstautor und Doktorand am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz. „Der Großteil dessen, was wir über die neuronalen Schaltkreise für die Stimmbildung wissen, stammt von Arten, die relativ feste, stereotype Lieder singen. Nachtigallen hingegen justieren ihren Gesang flexibel und in Echtzeit, um sich dem unglaublich großen Spektrum an Gesängen ihrer Konkurrenz anpassen zu können. Zu verstehen, wie ihre neuronalen Schaltkreise diese schnelle Koordination ermöglichen, erlaubt uns auch besser zu verstehen, wie Tiere erlernte Lautäußerungen in sozialen Interaktionen modifizieren, welchen grundlegenden Einschränkungen diese Fähigkeiten unterliegen und was wirklich nötig ist, damit Menschen sinnvolle Gespräche miteinander führen können.“

MPI für biologische Intelligenz

Originalpublikation:

Calderon-Garcia J.S., Costalunga G., Vogels T.P., Vallentin D.: Interplay between syllable duration and pitch during whistle-matching in wild nightingales, Current Biology, online 12 January 2026, https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.12.025

Darmkrebs programmiert Immunzellen bereits im Knochenmark um

Tue, 13 Jan 2026 10:42:20 +0100

Darmkrebs ist weiterhin eine der tödlichsten Krebserkrankungen. Vor allem bei Mikrosatelliten-stabilen Tumoren* greift weder eine gezielte Therapie noch eine Immuntherapie wirklich nachhaltig. Das von Zlatko Trajanoski (Direktor des Instituts für Bioinformatik) und Stefan Salcher (Univ.-Klinik für Hämatologie und Onkologie) geführte interdisziplinäre Forschungsteam an der Medizinischen Universität Innsbruck konnte nun die Bedeutung der in rund 40 Prozent der Darmkrebsfälle nachweisbaren KRAS-Mutationen für die zelluläre Zusammensetzung der Tumoren aufzeigen. Die Forschungsarbeit, an der neben den Erstautor:innen Valentin Marteau sowie Niloofar Nemati und Kristina Handler (beide Universität Zürich) unter anderem die Krebsforscher Dominik Wolf (Direktor der Univ.-Klinik für Onkologie und Hämatologie) und Andreas Pircher beteiligt waren, fokussiert sich im Speziellen auf Neutrophile – im Knochenmark gebildete Immunzellen. „Die Rolle von Neutrophilen im Infektionsgeschehen ist bekannt, im Zusammenhang mit Krebs wurden diese zahlreich im Blut vorhandenen Immunzellen bislang jedoch unterschätzt“, sagt Zlatko Trajanoski, dessen Team weltweit zu einer der wenigen Gruppen zählt, die aus riesigen Datenmengen und bioinformatischen Analysen zielgerichtete Informationen für die Krebstherapie liefern können.

In der, soeben im Journal Cancer Cell veröffentlichten Forschungsarbeit erstellte das Team in einem ersten Schritt einen groß angelegten Single-Cell-Atlas für Darmkrebs. Dafür wurden öffentlich verfügbare Daten aus mehr als 48 Studien zusammengeführt: rund 650 Patient:innen, etwa 4,27 Millionen Zellen und sieben Milliarden einzelne Expressionswerte. Die Einzelzell-Perspektive erlaubt es, die Vielfalt von Zelltypen im Tumor und dessen Umgebung präzise zu beschreiben. In den bisher verfügbaren Datensätzen sind Neutrophile stark unterrepräsentiert, da sie sehr fragil und kurzlebig sind und aufgrund ihres äußerst geringen mRNA-Gehalts in Einzelzell-Sequenzierungen weitgehend nicht erfasst werden.

Die Doppelrolle von Neutrophilen
Um diese Lücke zu schließen, wurden in einem zweiten Schritt neue Proben aus dem Blut, Tumorgewebe und benachbartem Gewebe von Darmkrebspatient:innen gewonnen, die am Comprehensive Cancer Center Innsbruck (CCCI) behandelt wurden. Eine tiefe Kartierung der Neutrophilen mittels einer speziell etablierten Einzelzell-Analyse ermöglichte es nun, ihre duale Rolle erstmals präzise zu beschreiben. „Wir stellten fest, dass Neutrophile eine ‚gute‘ und eine ‚schlechte‘ Seite haben und zwischen diesen Zuständen wechseln können, sich also in unterschiedlichen Subtypen präsentieren. Diese Heterogenität dürfte erklären, warum Neutrophile im Tumorkontext sehr unterschiedliche Rollen spielen können“, erklärt Krebsforscher Stefan Salcher.
Funktionelle Experimente mit Mini-Darmmodellen (Organoiden) und in Mausmodellen bestätigten diese Beobachtungen. „Besonders auffällig war, dass bei Tumoren mit KRAS-Mutationen offenbar Signale an das Knochenmark gesendet und Neutrophile daraufhin so konditioniert werden, dass sie tumorbegünstigende Eigenschaften annehmen. Diese Umprogrammierung ist spezifisch für KRAS-Mutationen und erklärt zumindest zum Teil die geringe Ansprechrate auf bestehende Therapien“, berichtet Onkologe Dominik Wolf.

Umprogrammierung schon im Knochenmark
Aus diesen erstmals nachgewiesenen Befunden leitet das Innsbrucker Team nun eine potenziell neue therapeutische Option ab: Statt den Tumor direkt anzugreifen, könnte man schon bei den Neutrophilen im Knochenmark ansetzen. „Mit bereits existierenden medikamentösen Ansätzen, die gezielt ins Knochenmark gebracht werden können, wäre es möglich, Neutrophile schon am Ort ihrer Entstehung zu modifizieren, ehe es der Tumor tut“, so Salcher. Zwar sind solche Medikamente in der Onkologie noch nicht etabliert, doch die Studie liefert eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuartiger passgenauer Behandlungsstrategien – insbesondere für Patient:innen mit KRAS-mutiertem Darmkrebs. Weitere Untersuchungen sind notwendig und geplant.

*) Mikrosatelliten-stabile Tumoren machen mit 85 bis 90 Prozent die überwiegende Mehrheit der kolorektalen Karzinome aus. Im Gegensatz zum mikrosatelliten-instabilen Darmkrebs sprechen Patient:innen mit Mikrosatelliten-stabilen Tumoren nur begrenzt auf Immuntherapien an.

Medizinische Universität Innsbruck

Originalpublikation:

Marteau, Valentin et al.: Single-cell integration and multi-modal profiling reveals phenotypes and spatial organization of neutrophils in colorectal cancer. Cancer Cell, Volume 44, https://doi.org/10.1016/j.ccell.2025.12.003

Wie sich Weizen erfolgreich gegen Pilze wehrt

Tue, 13 Jan 2026 10:20:26 +0100

Getreide gehört zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Weizen allein liefert etwa zwanzig Prozent der globalen Protein- und Kalorienversorgung. Allerdings ist die Produktion durch Pflanzenkrankheiten wie etwa dem Weizenmehltau-Pilz gefährdet. Eine nachhaltige Alternative zur Verwendung von Fungiziden ist der Anbau von Weizensorten, die genetisch resistent gegen diesen Krankheitserreger sind. Allerdings ist dies in vielen Fällen langfristig nicht wirksam, da sich Mehltau schnell weiterentwickelt und Resistenzen überwinden kann.

Natürliche Resistenzen nutzen

Ein Team des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich hat nun genauer untersucht, wie es der Pilz schafft, den Weizen trotz Anwesenheit von Resistenzgenen zu infizieren. Dabei haben die Forschenden ein bisher unbekanntes Wechselspiel zwischen Resistenzfaktoren des Weizens und Krankheitsfaktoren des Mehltaus entdeckt. «Dieses vertiefte Verständnis erlaubt es, Resistenzgene gezielter einzusetzen und das Zusammenbrechen der Resistenz zu verhindern oder zu verlangsamen», sagt die Postdoktorandin Zoe Bernasconi, eine der Erstautorinnen der soeben im Fachmagazin «Nature Plants» publizierten Studie.

Der Mehltaupilz produziert hunderte von kleinen Proteinen, sogenannte Effektoren, welche er in die Zellen der Wirtspflanze einschleust. Dort helfen sie dabei, eine Infektion zu etablieren. Vom Weizen produzierte Resistenzproteine können einzelne dieser Effektoren direkt erkennen. Dies löst eine Immunantwort aus, welche die Infektion stoppt. Der Pilz umgeht dies jedoch häufig, indem er erkannte Effektoren verändert oder sogar ganz verliert.

Weizen wird von Pilz doppelt ausgetrickst

Das Forschungsteam hat nun einen neuen Mehltau-Effektor (genannt AvrPm4) identifiziert, der von dem bereits bekannten Weizen-Resistenzprotein Pm4 erkannt wird. Doch überraschenderweise kann der Pilz die Pm4-vermittelte Resistenz überwinden − und zwar ohne den Effektor zu verändern oder zu verlieren. Der Trick dabei: Er verfügt über einen zweiten Effektor, der die Erkennung von AvrPm4 verhindert. «Wir vermuten, dass die Funktion von AvrPm4 für den Pilz überlebenswichtig ist und deshalb im Laufe der Evolution dieser ungewöhnliche Mechanismus entstanden ist», so Bernasconi.

Besonders spannend ist, dass der zweite Effektor eine doppelte Funktion hat. Er verhindert nicht nur die Erkennung des ersten Effektors AvrPm4, sondern wird zusätzlich auch selbst von einem weiteren Resistenzprotein erkannt. «Durch Kombination der beiden Resistenzproteine in derselben Weizensorte könnte es somit gelingen, den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse zu locken, in der er der Immunantwort von Weizen nicht mehr entfliehen kann», sagt der Postdoktorand Lukas Kunz, ein weiterer Erstautor der Studie.

Neue Ansätze für resistentere Weizensorten

«Weil wir diese Mechanismen und die involvierten Krankheitsfaktoren des Pilzes nun kennen, können wir effektiver verhindern, dass Mehltau die Resistenz von Weizen durchbricht», sagt Beat Keller. Der Professor leitete die Forschungsgruppe bis zu seiner Emeritierung im letzten Jahr. Durch Monitoringmassnahmen des Mehltauerregers wäre es nun zum Beispiel denkbar, resistente Weizensorten gezielt da einzusetzen, wo sie maximale Wirkung entfalten.

Denkbar wäre auch die geschickte Kombination von Resistenzgenen in neuen Weizensorten. «Theoretisch könnten solche Massnahmen die Entwicklung neuer krankheitserregender Pilzstämme deutlich verlangsamen», so Keller. Das Team hat schon erste erfolgversprechende Versuche im Labor dazu durchgeführt. Hierfür kombinierten sie Resistenzgene, die sowohl den Effektor AvrPm4 als auch den zweiten Effektor ausschalteten. Ob sich dieser Ansatz im Feld bewährt, muss sich jedoch erst noch zeigen.

Universität Zürich

Originalpublikation:

Z. Bernasconi, A. G. Herger, M. D. P. Caro, L. Kunz et al.: Virulence on Pm4 kinase-based resistance is determined by two divergent wheat powdery mildew effectors. Nature Plants. 12 January 2026. DOI: 10.1038/s41477-025-02180-w

Der geheime Weg der Prostata-Infektionen

Mon, 12 Jan 2026 11:55:00 +0100

Die bakterielle Prostatitis, eine Infektion der Prostata, die in erster Linie durch Escherichia coli (E. coli) verursacht wird, ist ein häufiges Gesundheitsproblem bei Männern. Weltweit sind etwa ein Prozent aller Männer im Laufe ihres Lebens davon betroffen. Die Infektion entsteht, wenn Bakterien aus der Harnröhre oder der Blase in die Prostata gelangen. Die Behandlung der bakteriellen Prostatitis ist nach wie vor schwierig, da die Patienten oft lange Antibiotikabehandlungen mit hohen Dosen benötigen. Trotz Behandlung erleiden mehr als die Hälfte der Patienten innerhalb eines Jahres einen Rückfall.

Seit langem vermuten Forscher, dass Bakterien in die Prostatazellen eindringen, um zu überleben und dem Immunsystem und Antibiotika zu entkommen. Bislang fehlten jedoch direkte Beweise für diese Überlebensstrategie.

Eine im Labor gezüchtete Mini-Prostata

Bislang war die Erforschung von Prostata-Infektionen schwierig, da es keine geeigneten Labormodelle gab, die das echte Gewebe genau nachahmen. Ohne die Möglichkeit, Infektionen in der realen Gewebeumgebung zu beobachten, war die Entwicklung alternativer Therapien, jenseits von Antibiotika, nahezu unmöglich. Das hat sich nun geändert.

Ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat ein „Mini-Prostata”-Organoidmodell aus adulten Stammzellen entwickelt. Dieses im Labor gezüchtete Modell ahmt das echte Prostataepithel in Struktur und Zellvielfalt nach. Mithilfe dieses Modells konnten die Wissenschaftler die Infektion Schritt für Schritt unter realistischen, kontrollierten Bedingungen nachvollziehen und genau identifizieren, wie die Bakterien angreifen. Dies liefert klare Hinweise für die Entwicklung gezielter Gegenmaßnahmen.

Dr. Carmen Aguilar, Nachwuchsgruppenleiterin am Institut für Molekulare Infektionsbiologie (IMIB) der Universität Würzburg, leitete die Studie gemeinsam mit Kollegen des Universitätsklinikums Würzburg (UKW), des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) und der Universität Münster. Die Ergebnisse des Teams wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht.

Der Angriffsweg von E. coli entschlüsselt

„Wir haben gezeigt, dass die Invasion von E. coli in Prostatazellen kein zufälliger Prozess ist, sondern eine hochgradig koordinierte Operation, die eine bestimmte Schwachstelle in der Zellarchitektur des Prostataepithels ausnutzt“, erklärt Carmen Aguilar. Ihren Erkenntnissen zufolge kann E. coli nicht wahllos angreifen, sondern konzentriert sich auf einen bestimmten Zelltyp: die sogenannten Luminalzellen, welche die Drüsenkanäle der Prostata auskleiden und als erste mit den Bakterien in Kontakt kommen, wenn diese die Prostata erreichen.

Diese Invasion funktioniert nach einem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“. Das bakterielle Protein FimH fungiert als „Schlüssel“, der genau in ein „Schloss“ auf der Oberfläche der Luminalzellen der Prostata passt. Die Forscher identifizierten dieses Schloss als den prostataspezifischen Rezeptor PPAP (prostataspezifische saure Phosphatase). „Nur wenn das bakterielle Protein an diesen Prostatarezeptor bindet, können die Bakterien in die Zellen eindringen, sich dort sicher vermehren und die Infektion auslösen“, erklärt Aguilar.

Ein Zuckermolekül blockiert die Infektion

Das Team begnügte sich jedoch nicht damit, den Infektionsweg zu entdecken. Es identifizierte auch eine Möglichkeit, diese Interaktion mit einem einfachen Zuckermolekül namens D-Mannose zu blockieren. Dieser Zucker, der bereits zur Vorbeugung und Behandlung von Blasenentzündungen eingesetzt wird, fungiert als „Scheinschloss“.

Die bakteriellen „Schlüssel“ binden dieses harmlose Zuckermoleküle anstelle der echten Rezeptoren auf den Prostatazellen und blockieren so wirksam das bakterielle Eindringen in die Zellen. Im Labor hat der Einsatz von D-Mannose bereits zu einer signifikanten Verringerung der Infektionen geführt, was auf eine mögliche neue Strategie zur Vorbeugung und Behandlung von Prostata-Infektionen hindeutet.

Auf dem Weg zu Alternativen zu Antibiotika

Das bahnbrechende Organoid-Modell bietet Forschern nun ein leistungsstarkes Werkzeug, um Prostata-Infektionen in bisher unerreichter Detailgenauigkeit zu untersuchen. Mit diesem System untersucht das Team von Dr. Aguilar nun, wie E. coli nach dem Eindringen in die Prostatazellen überlebt und sich vermehrt. Das Modell ermöglicht es Wissenschaftlern darüber hinaus, auch die Infektionsstrategien anderer relevanter Prostatapathogene wie Klebsiella oder Pseudomonas zu untersuchen.

„Angesichts der aktuellen Antibiotikaresistenzkrise ist es unser Ziel, neue Therapien zu entwickeln, die E. coli und andere Bakterien ohne den Einsatz von Antibiotika bekämpfen können. Zunächst müssen wir jedoch vollständig verstehen, wie diese Infektionen funktionieren“, sagt Carmen Aguilar. Solche Ansätze könnten eine wirksame Alternative zu herkömmlichen Antibiotika darstellen und einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz leisten.

Universität Würzburg

Originalpublikation:

Guedes, M., Peters, S., Joshi, A. et al. Uropathogenic Escherichia coli invade luminal prostate cells via FimH–PPAP receptor binding. Nat Microbiol (2026). doi.org/10.1038/s41564-025-02231-0

Designer-Enzyme statt Palmöl: Forschende programmieren Hefezellen um

Mon, 12 Jan 2026 11:14:43 +0100

Ob Waschmittel, Wimperntusche oder Weihnachtsschokolade – viele Alltagsprodukte enthalten Fettsäuren aus Palmöl oder Kokosnussöl. Die Gewinnung dieser Rohstoffe geht jedoch mit massiven Umweltproblemen einher: Regenwälder werden gerodet, Lebensräume gefährdeter Tierarten vernichtet und traditionellen Landwirten die Lebensgrundlage entzogen. Das Team um Prof. Martin Grininger von der Goethe-Universität Frankfurt hat nun einen biotechnologischen Ansatz entwickelt, der eine umweltfreundlichere Produktion ermöglichen könnte.

Ein molekulares Fließband mit präziser Kontrolle
Im Zentrum der Arbeiten steht ein Enzym namens Fettsäuresynthase (engl. Fatty Acid Synthase, FAS) – eine Art molekulares Fließband, das in allen Lebewesen Fettsäuren aufbaut. „In dieser Funktion ist die FAS eines der wichtigsten Enzyme des Stoffwechsels einer Zelle und wurde für diese Aufgabe über viele Millionen Jahre optimiert“, erklärt Grininger.

Das Enzym produziert normalerweise Palmitinsäure, eine Fettsäure mit 16 Kohlenstoffatomen, die als Baustein für Zellmembranen und Energiespeicher dient. Die Industrie benötigt jedoch vor allem kürzere Varianten mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen – genau die, die derzeit aus den problematischen Pflanzenölen gewonnen werden. Der entscheidende Vorteil der neuen Methode: „Grundsätzlich liegt unser Vorteil in der sehr präzisen Kontrolle der Kettenlänge. Wir können theoretisch jede Kettenlänge machen und zeigen das am Beispiel der C12 Fettsäure, die man ansonsten nur aus Palmkernen oder Kokosnuss bekommt“, so Grininger.

Verständnis durch Veränderung
Grininger und sein Team haben in den letzten 20 Jahren maßgeblich dazu beigetragen, die molekularen Grundlagen der FAS zu verstehen. Sie fanden heraus, dass die Kettenlänge durch das Zusammenspiel zweier Untereinheiten gesteuert wird: Die Ketosynthase verlängert die Kette wiederholt um zwei Kohlenstoffatome, während die Thioesterase die fertige Kette als Fettsäure abspaltet. „Wir haben uns dann gefragt, ob wir über die Analyse hinausgehen und FAS mit neuer Kettenlängenregulation bauen können“, sagt Grininger. „Wahres Verständnis fängt dann an, wenn man ein Phänomen verändern oder maßschneidern kann.“

Zwei gezielte Eingriffe führen zum Erfolg
Sein Doktorand Damian Ludig griff dieses Konzept auf: „Was können wir erreichen, wenn wir gezielt in das Zusammenspiel der beiden Untereinheiten eingreifen – das war die grundlegende Frage, die wir uns am Beginn meiner Doktorarbeit gestellt haben“, erzählt Ludig. „Und können wir dadurch kontrollieren, mit welcher Kettenlänge die Fettsäuren hergestellt werden?“

Ludig nutzte die Methode des sogenannten Proteinengineerings, bei der einzelne Aminosäuren ausgetauscht oder ganze Proteinbereiche modifiziert werden können. „Zwei Änderungen der FAS mittels Proteinengineering haben schließlich zum Ziel geführt“, sagt Ludig. „In der Ketosynthase-Untereinheit habe ich zunächst eine Aminosäure ausgetauscht, was dazu führte, dass Ketten ab einer bestimmten Länge nur mit geringer Effizienz weiter verlängert werden. Zusätzlich habe ich die Untereinheit Thioesterase gegen ein ähnliches Protein aus Bakterien getauscht, das Aktivität in der Abspaltung kurzer Kettenlängen zeigt.“ Je nach weiterer Justierung konnte Ludig so Fettsäuren kurzer und mittlerer Länge herstellen.

Von Frankfurt nach Dalian
Die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Yongjin Zhou vom Dalian Institut für Chemische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften brachte schließlich den Durchbruch. Unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der chinesischen National Natural Science Foundation (NSFC) gelang es Zhou und seinem Labor, Hefestämme zu entwickeln, die Fettsäuren mit nur 12 statt 16 Kohlenstoffatomen produzieren. Verschiedene Designer-FAS aus dem Grininger-Labor wurden dafür in die Hefen integriert und optimiert.

Beide Labore haben ihre Technologien bereits zum Patent angemeldet. „Von chinesischer Seite war die Firma Unilever am Projekt beteiligt. Unsere Entwicklung hat bislang ohne Industriebeteiligung stattgefunden, jedoch streben wir eine Zusammenarbeit mit einem Industriepartner an, um die Technologie in die Anwendung zu bringen“, so Grininger.

Weitergedacht: Von Fettsäuren zu Arzneistoffen
In einem zweiten Projekt ging das Labor noch einen Schritt weiter. Felix Lehmann untersuchte in seiner Doktorarbeit, wie universell FAS für maßgeschneiderte Biosynthesen einsetzbar sind. „Diese Frage ist auch von der Notwendigkeit angetrieben, chemische Verfahren immer weiter in Richtung nachhaltiger und grüner Chemie zu entwickeln“, erklärt Grininger.

Die konkrete Fragestellung: Können FAS Styrylpyrone herstellen? Diese Moleküle sind Vorläufer von Substanzen aus der Kava-Pflanze, die als potenziell angstlösende Wirkstoffe medizinisches Interesse wecken. Auch hier gelang Lehmann der Erfolg mit relativ wenigen Änderungen: „Zunächst haben wir den Teil der FAS weggeschnitten, den wir für die angestrebten Produkte nicht brauchen. Anschließend haben wir die Untereinheit Ketosynthase verändert, damit Zimtsäure als Startmolekül genutzt werden kann“, erklärt er. Das Team integrierte sogar ein weiteres Protein in die Struktur der FAS, sodass es Teil des Multienzyms wurde.

„Wir haben in diesem Projekt schließlich noch sehr systematisch betrachtet, wie wir die gesamte Biosynthese ausgehend von leicht verfügbaren Bausteinen realisieren können“, führt Grininger aus. Die Erkenntnisse seien zwar nicht von unmittelbarer Anwendungsrelevanz, helfen aber das Design neuer Synthasen anzuleiten.

An der Schnittstelle von Chemie und Biologie
„Wir haben uns als Labor in den letzten Jahren sehr gut in Richtung Biokatalyse und biotechnologische Anwendungen entwickelt – mit vielen wichtigen Beiträgen aus zahlreichen Projekten von Mitarbeiter*innen und Student*innen. Diesen Weg werden wir weitergehen. Im Rahmen des Exzellenzclusters SCALE werden wir mithilfe dieses Enzyms außerdem maßgeschneiderte Biomembranen erzeugen. Ihre Analyse hilft dabei, zentrale Zellbestandteile wie das endoplasmatische Retikulum oder die Mitochondrien besser zu verstehen“, resümiert Grininger.

Ob die Technologie die Palmöl-Problematik tatsächlich entschärfen kann, hängt nun von der erfolgreichen Skalierung mit Industriepartnern ab. Die wissenschaftliche Grundlage ist jedenfalls gelegt – und das Labor hat noch viele Ideen.

Goethe-Universität Frankfurt

Originalpublikationen:

Damian L. Ludig, Xiaoxin Zhai, Alexander Rittner, Christian Gusenda, Maximilian Heinz, Svenja Berlage, Ning Gao, Adrian J. Jervis, Yongjin J. Zhou & Martin Grininger. Engineering metazoan fatty acid synthase to control chain length applied in yeast. Nature Chemical Biology (2026) https://doi.org/10.1038/s41589-025-02105-w

Felix Lehmann, Nadja Joachim, Carolin Parthun, Martin Grininger. Design of a Multienzyme Derived from Mouse Fatty Acid Synthase for the Compartmentalized Production of 2-Pyrone Polyketides. Angewandte Chemie International Edition (2025). https://doi.org/10.1002/anie.202511726

Typus-Genomik: DNA-Schatz in der Sammlung

Mon, 12 Jan 2026 11:10:06 +0100

In ihrem in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Systematic Biology“ veröffentlichten Beitrag betonen die Forschenden um Erstautor Dr. Harald Letsch (Universität Wien und Staatliches Museum für Naturkunde Karlsruhe) die große Bedeutung der Entschlüsselung dieser genetischen Codes für die Biodiversitätsforschung und zeigen, wie sich durch modernste Technologien „digitale Zwillinge“ der oftmals historischen Museumsexemplare erstellen lassen.

In naturwissenschaftlichen Sammlungen auf der ganzen Welt lagert ein ungehobener Schatz: die DNA von sogenannten Typusexemplaren. Von jeder bekannten Art gibt es irgendwo auf der Welt ein Exemplar – ein Tier, eine Pflanze oder ein Fossil – das zur offiziellen Beschreibung und Benennung dieser Art verwendet wurde. Diese einmaligen und sorgsam aufbewahrten Objekte in den Sammlungen von Museen und Forschungseinrichtungen sind die „offiziellen Nachschlagewerke“ der Natur. Sie helfen Forschenden dabei, Arten eindeutig zu identifizieren und korrekt einzuordnen.
„Typusexemplare sind das Fundament unserer biologischen Namensgebung und unseres Artverständnisses“, erklärt der Erstautor des Artikels Dr. Harald Letsch von der Universität Wien und dem Naturkundemuseum Karlsruhe. „Wenn wir ihre Genome entschlüsseln, können wir besser verstehen, wie Arten miteinander verwandt sind, wie sie sich entwickelt haben – und wie wir sie schützen können.“

Doch die Zeit hinterlässt Spuren: Viele der Typusexemplare sind jahrhundertealt, empfindlich und gefährdet – durch Alterungsprozesse, unsachgemäße Lagerung oder Naturkatastrophen. Dank neuer Sequenzierungstechnologien ist es inzwischen möglich, genetische Informationen selbst aus sehr alten und fragilen Objekten zu gewinnen, ohne sie dabei zu zerstören.
Die Wissenschaftler*innen der Universität Wien und des Naturhistorischen Museums Wien, der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, des Museums für Naturkunde Berlin, des Leibniz-Instituts zur Analyse des Biodiversitätswandels und weiterer Institutionen plädieren dafür, dass Sammlungs-Kurator*innen und Forschende aus den Bereichen der Taxonomie und Genomik verstärkt zusammenarbeiten, um das große Potenzial der „Typus-Genomik“ für die Biodiversitätsforschung nutzbar zu machen.

Ihr Appell ist Teil einer umfassenderen Bewegung zur Digitalisierung naturkundlicher Sammlungen. Die physische Unversehrtheit von Typusexemplaren zu bewahren, steht oft im Widerspruch zum Wunsch nach ihrer wissenschaftlichen Nutzung. Jede Untersuchung des physischen Exemplars oder dessen Ausleihen an andere Einrichtungen birgt Gefahren für die wertvollen Objekte. Moderne Technologien wie Hochdurchsatz-Sequenzierung auf Basis minimal-invasiver DNA-Entnahmemethoden und die Erstellung sogenannter „digitaler Zwillinge“ bieten hierfür neue Lösungsansätze: Hochauflösende Bilder, morphometrische Daten und genetische Informationen machen dabei die Eigenschaften der Typusexemplare für die Wissenschaft zugänglich, ohne die Originalexemplare zu gefährden.
„Technologien wie hochauflösende Bildgebung und minimal-invasive DNA-Entnahme verändern alles“, betont Dr. Steffen Pauls vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und Seniorautor der Studie. „Wir können einmalig große Datenmengen aus einem Exemplar gewinnen – und diese Informationen dann global teilen, ohne das Original erneut zu belasten.“

„Der Aufbau datenreicher, umfassend digitalisierter Sammlungen durch Projekte wie die Typus-Genomik macht Biodiversitätsinformationen für die weltweite Forschung zugänglich und unterstreicht den Wert von Museumssammlungen als zentrale Forschungsinfrastruktur und lebendige Archive der Erdgeschichte“, ergänzt Dr. Jenna Moore vom Leibniz-Institut zur Analyse des Biodiversitätswandels und Museum der Natur Hamburg.

Um die Zusammenarbeit zwischen Kurator*innen, Taxonom*innen und Genomforscher*innen zu fördern, entwirft das Team eine Strategie, mit der sich die Datengewinnung aus Typusexemplaren maximieren und gleichzeitig die Auswirkungen von DNA-Entnahme und anderen musealen Analyseverfahren minimieren lassen. „Zusammenarbeit ist der Schlüssel, um sowohl die Qualität als auch die Menge der Daten aus Typusexemplaren zu optimieren. Idealerweise wird ein Typusexemplar nur einmal physisch angefasst, um möglichst viele Informationen zu gewinnen“, so Pauls.

Museale Netzwerke sowie standardisierte DNA-Entnahmeprotokolle könnten künftig gewährleisten, dass genomische Daten aus Typusexemplaren weltweit verfügbar sind. Dr. Iker Irisarri vom Leibniz-Institut zur Analyse des Biodiversitätswandels und dem Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) in Madrid betont: „Der Aufbau vernetzter Kataloge naturkundlicher Sammlungen kann die Beschreibung neuer Arten beschleunigen und die Erhaltung der Biodiversität gezielt unterstützen – vorausgesetzt, die entsprechenden Genomdaten sind offen zugänglich.“

Dr. Harald Letsch ist überzeugt: „Die Bereitstellung genomischer Informationen aus Typusexemplaren ist ein entscheidender Schritt in der digitalen Transformation naturkundlicher Sammlungen. Mit gemeinschaftlicher Expertise und moderner Technologie können wir die Forschung revolutionieren und biologisches Wissen für kommende Generationen bewahren.“

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

Harald Letsch et al., Type genomics: a Framework for integrating Genomic Data into Biodiversity and Taxonomic research, Systematic Biology, Volume 74, Issue 6, November 2025, Pages 1029–1044 https://doi.org/10.1093/sysbio/syaf040

Warum Long COVID den Körper aus dem Gleichgewicht bringt

Mon, 12 Jan 2026 10:14:07 +0100

Viele Menschen fühlen sich Monate nach einer Corona-Infektion noch immer erschöpft, kämpfen mit Herzrasen, Schwindel oder Blutdruckschwankungen. Diese Beschwerden werden heute unter Long COVID oder Post-COVID-Syndrom (PCS) zusammengefasst.
Eine neue Studie von Prof. Dr. Boris Schmitz, Prof. Dr. Frank C. Mooren und ihrem Team vom Lehrstuhl für Rehabilitationswissenschaften der Universität Witten/Herdecke (UW/H) bringt nun mehr Klarheit in eine der zentralen Fragen: Warum bleiben manche Menschen so lange krank? Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass bestimmte Autoantikörper dabei eine wichtige Rolle spielen könnten.

Was sind Autoantikörper – und warum sind sie relevant?

Antikörper sind Eiweiße des Immunsystems, die Krankheitserreger erkennen und bekämpfen. Autoantikörper sind Antikörper, die sich irrtümlich gegen zelluläre Strukturen des eigenen Körpers richten. Sie treten bei verschiedenen Erkrankungen auf – etwa bei Rheuma oder Schilddrüsenstörungen.

In der neuen Studie haben die Forscher:innen der UW/H Autoantikörper untersucht, die sich gegen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) richten. Diese Rezeptoren steuern wichtige Prozesse im Körper: Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung, Stressreaktionen. Wenn Autoantikörper hier eingreifen, kann das schwerwiegende Folgen haben.

Ein Autoantikörper fällt besonders auf

Die Forschenden untersuchten 105 Personen mit Long COVID. Bei einem Teil der Untersuchten fiel ein bestimmter Autoantikörper besonders auf: CXCR3ab. Sein Vorkommen ist mit mehreren Symptomen verbunden, die viele Long-COVID-Betroffene kennen:
• Verminderte parasympathische Aktivität: Der parasympathische Teil des Nervensystems sorgt für Ruhe und Erholung. Hohe CXCR3ab-Werte schwächen diese „Bremsfunktion“ – besonders nachts.
• Höherer 24-Stunden-Blutdruck und stärkere Blutdruckanstiege unter Belastung.
• Niedrigere Sauerstoffsättigung während körperlicher Aktivität.

„Wir sehen Hinweise darauf, dass dieser Autoantikörper das Nervensystem aus dem Gleichgewicht bringt“, sagt Prof. Dr. Boris Schmitz. „Das könnte erklären, warum Long-COVID-Patient:innen sich oft fühlen, als würde ihr Körper dauerhaft im Stressmodus feststecken.“

Mehrere Autoantikörper, viele Effekte

Neben CXCR3ab fanden sich weitere Autoantikörper, die ebenfalls die Steuerung von Herz und Kreislauf beeinflussen.

Gleichzeitig gab es in der Studie keine Hinweise darauf, dass Long COVID zu einer klassischen, umfassenden Autoimmunerkrankung mit erhöhten Entzündungsfaktoren führt. Die gebildeten Autoantikörper scheinen vielmehr gezielt bestimmte Rezeptoren und Regulationsmechanismen zu beeinflussen – ohne dass das gesamte Immunsystem entgleist.

Ein wichtiger Baustein im Verständnis von Long COVID

Bei einem Teil der Long-COVID-Betroffenen tragen fehlgeleitete Immunreaktionen also dazu bei, dass das vegetative Nervensystem Herz, Kreislauf und Gefäße nicht mehr richtig ausbalanciert. Das erklärt viele typische Beschwerden – ohne dass das Herz selbst geschädigt ist.

„Unsere Ergebnisse erklären nicht alles“, sagt Prof. Dr. Frank C. Mooren. „Aber sie zeigen einen klaren biologischen Mechanismus, der Long COVID verständlicher macht – und möglicherweise auch neue Ansätze für zukünftige Therapien eröffnet.“

Universität Witten/Herdecke

Originalpublikation:

Schmitz, Boris et al.: Autonomic dysfunction and vasoregulation in long COVID-19 are linked to anti-GPCR autoantibodies, Journal of Allergy and Clinical Immunology, DOI: 10.1016/j.jaci.2025.10.034

Auf frischer Tat ertappt: Forschende beobachten aktuelle Infektion von Koalas mit krebserregenden Retroviren

Mon, 12 Jan 2026 10:02:39 +0100

Auf der Grundlage dieser Arbeit konnte das Team genetische Risikowerte (genetic risk scores, GRS) errechnen, die wertvolle Informationen für Zuchtprogramme darstellen und damit dem Schutz der Koalas zugutekommen können.

Retroviren integrieren sich beim Befall von Zellen in das Genom des Wirts. Geschieht dies in der Keimbahn und betrifft damit die Keimzellen (Spermien und Eizellen), können die integrierten Viren von Generation zu Generation vererbt werden, ohne dass dafür eine Infektion bei den Nachkommen auftreten muss. Dies ist evolutionsgeschichtlich ein häufiger Vorgang; in allen Lebewesen, einschließlich des Menschen, integrierten sich in der Vergangenheit Retroviren in deren Genom. Fragmente dieser Viren machen beispielsweise rund acht Prozent des menschlichen Genoms aus. Bei Koalas (Phascolarctos cinereus) handelt es sich hierbei jedoch nicht um einen vergangenen, abgeschlossenen Vorgang, sondern um einen, der sich aktuell vollzieht – mit schwerwiegenden gesundheitlichen Auswirkungen auf heute lebende Individuen. Koalas befinden sich in einem frühen Stadium der Integration des Koala-Retrovirus (KoRV) in deren Genom und leiden infolgedessen häufig unter Krebserkrankungen.

Das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) untersuchte in Zusammenarbeit mit der San Diego Zoo and Wildlife Alliance (SDZWA), Zoos in ganz Europa, der Universität Nottingham und dem Biotechnologieunternehmen Illumina das Genom, die Lebensgeschichte und die Gesundheit von 111 Koalas, die 55 Dreiergruppen („Triaden“) aus Vater, Mutter und Nachkommen aus mehreren Generationen repräsentieren. Das Ziel der Forschenden war zu verstehen, was mit dem Koala-Retrovirus (KoRV) und dem Retrovirus „phaCin-β“ sowie den individuellen Koalas über Generationen hinweg geschieht.

Das Koala-Retrovirus wurde nicht „gezähmt“ und breitet sich über neue Integrationen in den Tieren aus

Der Bioinformatiker Dr. Guilherme Neumann von der Leibniz-IZW-Abteilung für Wildtierkrankheiten und seine Kolleg:innen analysierten die Genom-Daten der Zoo-Koalas. Sie stellten für einen Teil der Stammbäume fest, dass das KoRV in ein Gen integriert war, das dafür bekannt ist, bei Mutation an der Entstehung von Krebs beteiligt zu sein. Dies konnten sie auch in Fällen nachweisen, in denen sowohl die Eltern als auch alle Nachkommen an Krebs starben. In einigen Fällen schien die Integration von KoRV in Gene jedoch für die Gesundheit der Koalas von Vorteil zu sein, da sie mit einer geringeren Krebsanfälligkeit, einer höheren Lebenserwartung oder einer höheren Fortpflanzungsrate in Verbindung gebracht werden konnte. Ein Beispiel hierfür ist das Gen SLC29A1, in welchem bei 50 Prozent der in menschlicher Obhut lebenden und wildlebenden Koalas eine KoRV-Integration vorliegt. Individuen mit dieser Integration zeigten eine Hochregulation von SLC29A1 und eine geringere Krebsanfälligkeit. Der Mechanismus, durch den die erhöhte Expression dieses Gens Schutz vor Krebs bieten könnte, ist noch nicht bekannt. Die Anzahl von KoRV-Integrationen in der Untersuchungsgruppe nahm im Laufe der Zeit tendenziell zu – ein Anzeichen dafür, dass retrovirale Integrationen in frühen Stadien der Genomintegration gravierende Folgen haben können, mit der Zeit jedoch harmloser werden oder gar vereinzelte positive Effekte haben können.

Die Wissenschaftler:innen beobachteten auch das Auftreten neuer retroviralen Integrationen innerhalb einer einzigen Koala-Generation. Einige Nachkommen wiesen Keimbahnintegrationen auf, die bei keinem der Elternteile gefunden wurden. Das bedeutet, dass eine Keimbahnintegration in jenen Zellen der Eltern stattgefunden hatte, die Spermien oder Eizellen produzieren. Diese retrovirale Integration wurde an ihre Nachkommen weitergegeben, während sie in den untersuchten Körperzellen der Elterngeneration nicht nachgewiesen wurde. Eine derart schnelle Bildung neuer Kopien des Retrovirus im Genom zeigt, dass es noch nicht wie die meisten endogenen Retroviren des Menschen oder vieler Wildtierarten „gezähmt” wurde und nach wie vor ein Gesundheitsrisiko für Koalas darstellt.

Erkenntnisse zur retroviralen Integration bei Koalas kommen dem Artenschutz zugute

Ein so großer Genom-Datensatz mit vielen damit verbundenen Lebenslauf- und Gesundheitsdaten erlaubte es dem Team, genetische Risikowerte (genetic risk scores, GRS) zu berechnen. Dies ermöglicht es zukünftig, einzelne Integrationen zu untersuchen und belastbar einzuschätzen, ob sie ein Risiko für negative gesundheitliche Auswirkungen darstellen – oder sie wahrscheinlich positive Effekte oder gar keine Auswirkungen auf die Gesundheit haben werden. Die Forschenden validierten den GRS in ihrem Datensatz und dokumentierten einen Fall, in dem ein Tier den höchsten GRS für die Entwicklung von Leukämie in Verbindung mit einem KoRV, das sich in ein Onkogen integriert hatte, aufwies. Dieser Koala starb noch während des Projekts an Leukämie, was die Vorhersagekraft des GRS unterstreicht.

„Der auf dieser Studie basierende GRS kann dazu beitragen, Koala-Zuchtprogramme so zu steuern, dass die Anzahl der KoRVs, die mit schlechten gesundheitlichen Prognosen verbunden sind, verringert und gleichzeitig diejenigen erhöht werden, die für in menschlicher Obhut lebende Populationen vorteilhaft sind oder keine Auswirkungen haben“, sagt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten am Leibniz-IZW. „Dies könnte langfristig die Gesundheit der in Gefangenschaft lebenden oder aktiv gemanagten, wildlebenden Koala-Populationen verbessern.“ Die Autor:innen des Artikels in „Nature Communications“ hoffen, dass mit den Informationen aus diesem umfangreichen Datensatz Fortschritte bei der Verbesserung der Gesundheit und des Schutzes von Koalas erzielt werden können, indem Zuchtstrategien eingeführt werden, die die negativen Auswirkungen einer KoRV-Infektion vermeiden und gleichzeitig die ebenfalls beobachteten positiven Effekte maximieren. Um von den GRS profitieren zu können, müsste aktuell das gesamte Genom des betreffenden Koalas sequenziert werden. In Zukunft könnten jedoch kostengünstigere Abkürzungen – z. B. Primer zur Amplifikation der relevanten Regionen im Genom oder ein maßgeschneiderter SNP-Chip für Koalas einschließlich der Integrationen – Bestandteile einer praxisnahen Vorgehensweise für die Risikoabschätzung für Zoos sein.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung

Originalpublikation:

Neumann, G.B., Tarlinton, R., Korkuć, P. et al. Multi-generational koala pedigree analysis reveals rapid changes in heritable provirus load associated with life history traits. Nat Commun 17, 345 (2026). doi.org/10.1038/s41467-025-66312-8

Gestärkte Immunabwehr gegen Krebs

Mon, 12 Jan 2026 09:55:38 +0100

Krebszellen haben Strategien, um dem Immunsystem zu entkommen – genau hier setzen moderne Immuntherapien an. Doch nicht immer sind sie erfolgreich. Ein Forschungsteam um Herbert Waldmann, Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund, und Georg Winter, AITHYRA Institut in Wien, hat eine neue Klasse von Wirkstoffen entwickelt (iDegs), die gezielt das Enzym IDO1 zerstören – einen zentralen Schalter, den Tumor zur Immununterdrückung nutzen. Sie konnten auch zeigen, dass iDegs das Tumorwachstum in Mäusen mit SKOV-3 Tumoren hemmen und so zu einer verlängerten Überlebenszeit führen können. Diese innovative Strategie könnte die Wirksamkeit von Immuntherapien entscheidend verbessern und neue Wege im Kampf gegen Krebs eröffnen.

Vor etwa 130 Jahren injizierte der amerikanische Arzt William Coley einem unheilbar kranken Krebspatienten einen tödlichen Bakterien-Cocktail direkt in seinen Tumor. Der Patient bekam hohes Fieber und wie durch ein Wunder bildete sich der Tumor vollständig zurück. Die Krebs-Immuntherapie - die Nutzung des Immunsystems zur Bekämpfung von Krebs – war geboren.

Freund oder Feind?

Unser Immunsystem bietet uns einen umfassenden Schutz gegen viele fremde Substanzen, Bakterien und Viren, erkennt und vernichtet Fremdkörper, gealterte und geschädigte Zellen. Das Arbeitsprinzip ist einfach: Es wird zwischen „eigen“ und „fremd“ also zwischen „gesund“ und „krank“ unterschieden. Diese Aufgabe übernehmen besondere weiße Blutkörperchen, die T-Zellen. Leider fallen Krebszellen häufig durch dieses Raster. Doch es gibt spezialisierte T-Zellen, die zytotoxischen T-Zellen oder auch T-Killerzellen, die mit feinfühligen Rezeptoren krebstypische Strukturen auf den entarteten Zellen identifizieren und diese anschließend in den Zelltod treiben.

Wie Krebszellen das Immunsystem austricksen

Leider haben Krebszellen eine Reihe von Strategien entwickelt, um den T-Killerzellen und damit unserem Immunsystem zu entkommen. Zum einen können sich die bösartigen Zellen durch die Anpassung der krebstypischen Strukturen auf ihrer Oberfläche als gesunde Zellen tarnen. Zum anderen können sie das Immunsystem durch die Deaktivierung der T-Zellen ausbremsen. Dafür schütten sie bestimmte Signalstoffe wie Prostaglandine oder Stoffwechselprodukte wie Laktat aus, die die T-Zellaktivität drosseln. Krebszellen können die Immunantwort aber auch vollständig ausbremsen, indem sie Immun-Checkpoints auf den T-Zellen aktivieren, die im Normalfall eine überschießende Reaktion des Immunsystems – eine Autoimmunreaktion - verhindern sollen. Moderne Immuntherapien zielen darauf ab, diese Mechanismen auszuhebeln und das Immunsystem wieder anzukurbeln.

Tumorschützende „Bremsen“ lösen

Immuntherapien mit Checkpoint-Hemmern lösen gezielt die krebsschützenden „Bremsen“ im Immunsystem und werden bereits zur Behandlung vieler Tumorarten wie dem schwarzen Hautkrebs, Lungen-, Darm- und Brustkrebs eingesetzt. Leider wirken diese Immuntherapien nur bei einem Teil der Betroffenen und nicht selten entwickeln sich auch Resistenzen. Präklinische Studien haben gezeigt, dass sich die Wirkung von Checkpoint-Hemmern deutlich verbessert, wenn man sie zusammen mit Hemmern des immunmodulierenden Enzyms Indolamin-2,3-Dioxygenase (IDO1) einsetzt. Während IDO1 im normalen Gewebe kaum vorkommt, liegt es im Tumor in hohen Mengen vor. Dort verstoffwechselt es die Aminosäure Tryptophan in Kynurenin, was zahlreiche negative Effekte auf die Immunantwort hat, wie z. B. die Reduktion der Menge und Aktivität der T-Killerzellen.

Innovatives Testverfahren identifiziert neue Wirkstoffe

Für die Suche nach neuen Hemmstoffen gegen IDO1 hat das Team um Herbert Waldmann und Slava Ziegler ein neuartiges zellbasiertes Testverfahren entwickelt, das die Aktivität von IDO1 in einer Zellkultur über den Umsatz von Tryptophan in das Stoffwechselprodukt Kynurenin misst. Basierend auf dieser Teststrategie konnten die Forschenden aus einer Substanzbibliothek mit über 150.000 chemischen Verbindungen mehrere hochpotente Hemmstoffe mit unterschiedlicher Wirkweise identifizieren, darunter viele direkte IDO1-Hemmer. Leider zeigte sich in einer weit fortgeschrittenen klinischen Phase-3-Studie an vielen tausend Patienten kein Nutzen einer Kombinationstherapie aus Checkpoint- und IDO-Hemmern.

IDO1 erhält den zellulären „Todeskuss“

Die Gründe für das Scheitern der Studie sind immer noch nicht vollständig aufgeklärt. Doch vermutlich kann IDO1 auch im gehemmten Zustand allein durch seine Präsenz seine krebstreibende Wirkung entfalten. Die Forschenden fanden heraus, dass viele bekannten IDO1-Hemmer die IDO1-Proteinmenge sogar erhöhen, was den Tumorschutz noch verstärken würde. In Ihrer aktuellen Studie konnten die Dortmunder Forschenden nun Substanzen identifizieren (iDegs) die dieses Problem umgehen und gezielt IDO1 abbauen. Zusammen mit den Forschenden aus Wien konnte die einzigartige Wirkweise der iDegs aufgeklärt werden: Binden sie an IDO1, verändert sich die 3D-Struktur des Proteins. Dies aktiviert die Markierung von IDO1 mit dem kleinen Protein Ubiquitin, dem zellulären „Todeskuss“. Es folgt die Erkennung von IDO1 durch die E3-Ligase CRL2KLHDC3, die die zelleigene Müllabfuhr dazu auffordert, IDO1 zu entsorgen.

Eine neue Hoffnung?

„Die von uns identifizierten IDO1-Hemmstoffe zeigen eine einzigartige Wirkweise: Sie führen zum Abbau von IDO1, was die bisherigen Probleme der alleinigen IDO1-Hemmung lösen könnte. Dieser innovative Ansatz könnt die Entwicklung neuer Strategien zum Stopp der tumorschützenden Aktivität von IDO1 fördern“, betont Waldmann. So konnten die Wissenschaftler in einer weiteren Publikation zeigen, dass iDegs das Tumorwachstum in Mäusen mit SKOV-3 Tumoren hemmen und so zu einer verlängerten Überlebenszeit führen.
Und das Potential von IDO1-Hemmern ist wohlmöglich größer als bisher gedacht: Neueste Studien lassen vermuten, dass sie auch bei der Bekämpfung von Krebsarten, die durch das Epstein-Barr-Virus verursacht werden, aber auch von Alzheimer helfen könnten. So ist das Interesse an IDO-Modulatoren trotz der bisherigen Rückschläge weiterhin sehr groß. Zurzeit werden zehn aktive klinische IDO-1 Studien durchgeführt und drei weitere stehen in den Startlöchern.

MPI für molekulare Physiologie

Originalpublikation:

Hennes, E., Lucas, B., Scholes, N.S. et al. Monovalent pseudo-natural products supercharge degradation of IDO1 by its native E3 KLHDC3. Nat. Chem. (2026). doi.org/10.1038/s41557-025-02021-5