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Sonnenschutz einer Alge liefert Hinweise auf Evolution der Landpflanzen

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

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

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

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

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

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

Universität Göttingen

Originalpublikation:

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

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

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

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

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

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

Update der Karten ist Gemeinschaftsarbeit des neuronalen Netzwerks

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

Universitätsklinikum Bonn

Originalpublikation:

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

Die Dynamik des Landschaftswasserhaushalts beeinflusst die Nitratbelastung im Klimawandel

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

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

Warum die Fließgeschwindigkeit eine Rolle bei der Nitratbelastung spielt:

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

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

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

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

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

Wie lassen sich solche negativen Entwicklungen abmildern?

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

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Originalpublikation:

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

Soziale Ungleichheit ist mit beschleunigter biologischer Alterung verbunden

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

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

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

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

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

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

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

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

Max-Planck-Institut für Bildungsforschung

Originalpublikation:

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

Lichtschalter macht Krebs verwundbar

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

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

Licht begrenzt Wirkung auf den Tumor

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

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

Markierung sorgt für Entsorgung von Rezeptoren

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

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

Lungenkrebszellen im Labor aus dem Schlaf erweckt

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

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

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

Anwendungen bei Brust- und Prostatakrebs

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

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

ETH Zürich

Originalpublikation:

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

Versteck im zentralen Nervensystem: Mit Hirnorganoiden die Biologie des Ebola-Virus besser verstehen

Mon, 15 Jun 2026 10:17:56 +0200

Das Ebola-Virus ist ein Filovirus, das die Ebola-Viruserkrankung verursacht, eine schwere und oft tödliche Infektion. Selbst wenn die Betroffenen die akute Phase der Krankheit überleben, kann das Virus im Körper verbleiben: Im Sperma ließ sich infektiöses Ebola-Virus noch Monate bis über ein Jahr nach der Infektion nachweisen. Auch kann das Virus in anderen immunprivilegierten Organen wie dem zentralen Nervensystem, insbesondere dem Gehirn, überdauern. Immunprivilegiert bedeutet, dass das Immunsystem in diesen Bereichen abgeschwächt und kontrolliert reagiert, um empfindliches Gewebe zu schützen. Dadurch kann es das Virus nicht immer vollständig beseitigen. Diese anhaltende virale Präsenz erhöht das Risiko für späte entzündliche Erkrankungen und Rückfälle bei einzelnen Patient:innen sowie, wenn auch selten, für erneute Übertragungen auf andere.

Hirnorganoide geeignet um Ebola-Persistenz zu untersuchen

Es ist noch nicht viel über die Mechanismen bekannt, die es dem Ebola-Virus ermöglichen, langfristig in seinem Wirt zu überleben. Persistiert es im Gewebe oder in einzelnen Zellen? Produziert es neue infektiöse Partikel? Verändert es sein Erbgut, um unserem Immunsystem zu entgehen? Da Forschung am menschlichen zentralen Nervensystem äußerst kompliziert ist, sind geeignete Modellsysteme erforderlich. Genau hier haben die Forschenden angesetzt: Sie nutzten erfolgreich ein etabliertes Hirnorganoid-Modell, um Langzeitinfektionsstudien durchzuführen. Um diese Organoide herzustellen, stimulierten sie sogenannte humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC = human induced pluripotent stem cells) so, dass sie sich zu kugelförmigen, gehirnähnlichen Strukturen bestehend aus verschiedenen Zellen des zentralen Nervensystems entwickelten.

„Diese Hirnorganoide ermöglichen es uns, die Mechanismen genau zu untersuchen, mit denen das Ebola-Virus und andere Filoviren im menschlichen zentralen Nervensystem fortbestehen. Durch Experimente in diesem Modellsystem und den daraus gewonnenen Erkenntnissen können wir die Langzeitfolgen der Persistenz besser verstehen. Beispielsweise die schweren und manchmal tödlichen Entzündungen, die bei Überlebenden der Ebola-Viruserkrankung mit Meningoenzephalitis auftreten“, erklärt Dr. Lina Widerspick, Erstautorin und ehemalige Forscherin am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin (BNITM). Einen Teil der Experimente führte sie während eines Forschungsaufenthalts an der Integrated Research Facility (IRF)-Frederick durch, die zu den National Institutes of Health (NIH) in den USA gehört. Sie ist nun am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr in München tätig. Darüber hinaus bieten Organoide die einzigartige Möglichkeit, dieses Phänomen in einem menschlichen Kontext statt in einem Tiermodell zu untersuchen. Dies könnte dazu beitragen, Behandlungen wie antivirale Medikamente neu zu bewerten und zu optimieren, und eröffnet darüber hinaus Wege, den Einsatz von Tiermodellen in der Infektionsforschung in Zukunft zu reduzieren.

Das Ebola-Virus kann in Hirnorganoiden langfristig überleben

Die Forschenden zeigten, dass sich das Ebola-Virus und andere Filoviren wie das Sudan-, Reston- und Marburg-Virus in Hirnorganoiden bis zu 120 Tage lang vermehren können. Sie stellten außerdem fest, dass das Ebola-Virus verschiedene Zelltypen in den Hirnorganoiden infizierte – sowohl Nervenzellen als auch Astrozyten. Auch Mikroglia, die Immunzellen des Gehirns, wurden angelockt und vom Virus infiziert. Das Ebola-Virus konnte sich auf zwei Arten in den Hirnorganoiden ausbreiten: direkt von einer infizierten Zelle in eine benachbarte Zelle (Zell-zu-Zell-Übertragung) und durch Knospung („budding“) aus der Wirtszelle, also die klassische Art der Virusausbreitung. Dies stellt somit eine „produktive Persistenz“ dar, das heißt, das Ebola-Virus liegt nicht inaktiv in den Zellen vor, sondern ist weiterhin infektiös.

Die Hirnorganoide bildeten proentzündliche Botenstoffe. Doch die Immunantwort schaffte es nicht, das Virus während der persistierenden Infektion erfolgreich zu eliminieren. „Wir beobachteten erhöhte Immun- und Entzündungsreaktionen in den späten Stadien der Hirnorganoidkultur. Wir schließen daraus, dass eine persistente Ebola-Virusinfektion in immunprivilegierten Geweben zu einer lokalen Entzündung führen kann. Diese Beobachtung passt dazu, dass bei einigen Überlebenden der Ebola-Viruserkrankung Monate nach der Infektion mit dem Ebola-Virus Entzündungen des Auges, der Hirnhäute oder des Gehirns auftreten“, sagt Prof. César Muñoz-Fontela, Leiter der Arbeitsgruppe Virus-Immunologie am BNITM und Co-Letztautor der Studie.

Wie sich Ebola anpasst, um zu überleben

Defekte Virusgenome gelten als ein bekannter Mechanismus vieler Viren, um ihre Vermehrung zu unterdrücken. So können die Viren im Körper in einer abgeschwächten Form langfristig überleben. Es ist auch bekannt, dass die Genome des Ebola-Virus mutieren, wenn sie sich über einen langen Zeitraum vermehren. Ihre genetische Maschinerie kann das Erbgut nicht so korrigieren, wie es die menschliche Maschinerie tun würde. Das Forschungsteam hat nun defekte virale Genome und Partikel sowie Mutationen im Erbgut des Ebola-Virus in späten Stadien der persistent infizierten Hirnorganoide identifiziert.

„Von vielen dieser Mutationen wird angenommen, dass sie die Virusvermehrung bei natürlich auftretenden Infektionen verringern oder verhindern. Das Ebola-Virus verhält sich in unserem Modellsystem also ähnlich wie bei Infektionen im Menschen. Dies unterstreicht, dass sich unsere Hirnorganoide für die Untersuchung der Persistenz von Filoviren eignen“, erklärt Prof. Gustavo Palacios, Experte für Ebola-Virus-Genomik, Professor für Mikrobiologie an der ISMMS in New York (USA) und weiterer Letztautor der Publikation. Die Forschenden identifizierten zudem Mutationen, die bei Überlebenden der Ebola-Viruserkrankung bislang nicht beschrieben wurden. Nun sind weitere Untersuchungen erforderlich, um festzustellen, ob diese Mutationen ursächlich mit der Persistenz von Filoviren zusammenhängen.

„Unsere Arbeit an menschlichen Hirnorganoiden unterstreicht das Potenzial dieses Modellsystems, persistierende Infektionen in immunprivilegierten Geweben zu untersuchen“, fasst Muñoz-Fontela zusammen. „Weitere Studien sind nun wichtig, um die langfristigen Wechselwirkungen zwischen Virus und Wirt zu untersuchen, unsere Studien auf weniger erforschte Filoviren wie das Reston-, Taï-Forest-, Bombali- und Bundibugyo-Virus auszuweiten und unser Verständnis der Persistenzmechanismen von Filoviren zu vertiefen.“

Neben BNITM, ISMMS und IRF-Frederick/NIH waren auch Wissenschaftler:innen des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE), des Leibniz-Instituts für Virologie (LIV) sowie des Friedrich-Loeffler-Instituts (FLI) beteiligt. Finanzielle Unterstützung kam unter anderem vom Sonderforschungsbereich 1648 „Neu auftretende Viren: Pathogenese, Struktur, Immunität“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) und dem Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF).

Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

Originalpublikation:

Widerspick L. et al. Host-virus determinants of Ebola virus persistence in a human cerebral organoid model. Nature Microbiology 2026, DOI: https://www.nature.com/articles/s41564-026-02388-2

Warum Hühner so viele Farben haben

Fri, 12 Jun 2026 12:42:45 +0200

Ein Forschungsteam der Universität Leipzig, Charité – Universitätsmedizin Berlin und Uppsala Universität in Schweden hat gezeigt, wie die erstaunliche Farbenvielfalt bei Haushühnern auf molekularer Ebene entsteht. Untersucht wurde der sogenannte Melanocortinrezeptor 1 (MC1R): Ein Eiweißmolekül, das in den Hautzellen von Wirbeltieren die Farbbildung steuert. Das Gen, das die Bauanleitung für diesen Pigmentierungsrezeptor enthält, ist beim Haushuhn seit dessen Domestizierung ungewöhnlich stark verändert worden. Das Forschungsteam identifizierte 18 verschiedene Varianten dieses Gens – eine Vielfalt, die bei Wildvögeln so nicht vorkommt. „Wir zeigen, dass durch die Anhäufung und Neukombination von Mutationen innerhalb eines einzigen Gens zahlreiche neue Varianten entstanden sind, mit direkt sichtbaren Folgen für das Erscheinungsbild der Tiere", sagt PD Dr. Claudia Stäubert, Wissenschaftlerin am Rudolf-Schönheimer-Institut für Biochemie der Universität Leipzig.

Der MC1R funktioniert wie ein molekularer Schalter: Je nachdem, wie aktiv er ist, produziert eine Zelle mehr dunkles oder mehr helles Pigment. Die Wissenschaftler:innen konnten in Zellkulturen zeigen, dass einzelne Genmutationen die Aktivität des Schalters entweder steigern oder mindern. Treten mehrere Mutationen gemeinsam auf, können sie sich gegenseitig verstärken oder abschwächen und so Farbmuster erzeugen, die keine der einzelnen Veränderungen allein hervorbringen würde.

Ausgangspunkt war eine Genomstudie der Universität Uppsala in Schweden, bei der das Erbgut von mehr als 10.000 Hühnern analysiert wurde. Dabei fiel der MC1R als besonders variabler Genort auf. Die Forscherinnen am Rudolf-Schönheimer-Institut der Universität Leipzig, PD Dr. Claudia Stäubert und Dr. Aenne-Dorothea Liebing, brachten ihre langjährige Expertise in der funktionellen Analyse von Rezeptormolekülen ein, um den Zusammenhang zwischen genetischen Varianten des MC1R, deren Auswirkungen auf die Rezeptorfunktion und den daraus resultierenden Gefiederfarben aufzuklären. Das Team von Dr. Patrick Scheerer, Wissenschaftler am Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Charité, untersuchte ergänzend dazu die strukturellen Konsequenzen der identifizierten Mutationen.

Die Zusammenarbeit für diese Publikation zwischen Leipzig und Berlin entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1423 „Strukturelle Dynamik der GPCR-Aktivierung und Signaltransduktion“, der an der Universität Leipzig angesiedelt ist.

Die Studie zeigt exemplarisch, wie neue genetische Varianten entstehen und sich ausbreiten können – ein Grundprinzip der Evolution, das hier in einem evolutionär kurzen Zeitraum von wenigen Jahrtausenden besonders deutlich zu beobachten ist. Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung wertvoll, sondern könnten auch in der Tierzucht dabei helfen, Farbmerkmale besser vorherzusagen und gezielt zu steuern. Die Forscher:innen planen, in künftigen Studien zu untersuchen, ob ähnliche Evolutionsmuster wie beim Haushuhn auch bei anderen Wirbeltieren auftreten.

Universität Leipzig

Originalpublikation:

C. Ma et al.: Ultrarapid MC1R protein and associated plumage color evolution in the domestic chicken, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (24) e2605288123, https://doi.org/10.1073/pnas.2605288123 (2026).

Die Vermessung der Natur

Fri, 12 Jun 2026 11:15:09 +0200

Über 3,6 Millionen Herbarbelege – getrocknete und wissenschaftlich dokumentierte Pflanzenproben – befinden sich in den Sammlungsschränken am Senckenberg Institut für Pflanzenvielfalt in Jena (SIP). „Das Herbarium Haussknecht gehört zu den europaweit bedeutendsten Herbarien und ist zugleich die größte botanische Regionalsammlung Deutschlands“, erklärt Dr. Sebastian Gebauer vom SIP und fährt fort: „Naturhistorische Sammlungen wie diese liefern einzigartige zeitlich und räumlich aufgelöste Daten darüber, wo Arten vorkommen, wie Ökosysteme vernetzt sind und zur Wechselwirkung zwischen der Natur und uns Menschen. Mit dem rasch zunehmenden Verlust der Biodiversität steigt auch die Erwartung, dass diese Sammlungen einen stärkeren Beitrag zur Planung von nachhaltigen Schutzmaßnahmen und zur Umweltpolitik leisten.“

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, gewinnt der neue Forschungsansatz „Collectomics“ zunehmend an Bedeutung. Unter „Collectomics“ versteht man die großskalige Erfassung, Verknüpfung und Auswertung von Daten, die direkt aus Sammlungsobjekten und allen dazugehörigen Informationen jetzt und in Zukunft gewonnen werden. Objekte und zugehörige Metadaten werden zum „Extended Specimen“, also zu einem erweiterten Sammlungsobjekt, das neben dem physischen Exemplar sämtliche damit verbundenen Informationen und Forschungsdaten umfasst. Diese Daten stammen aus naturhistorischen Sammlungen, deren vielfältige Sammlungsobjekte künftig in verschiedenen, räumlich verteilten Datenbanken verknüpft werden. Der Zugang zu diesen vernetzten Forschungsinfrastrukturen orientiert sich an den FAIR-Prinzipien (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable). Zum Einsatz kommen moderne Technologien wie Digitalisierung, Bildanalyse, Genomik, Spektroskopie, vernetzte Dateninfrastrukturen, automatisierte Arbeitsabläufe – und Künstliche Intelligenz. „KI eröffnet viele neue Möglichkeiten, um wichtige globale Probleme besser zu verstehen, etwa den Verlust von Artenvielfalt, die Veränderung von Lebensräumen oder Fragen der Ernährungssicherheit. Gleichzeitig wirft diese technologische Entwicklung auch viele ethische Fragen auf“, erläutert Gebauer. „Ohne sorgfältige Aufsicht birgt KI-gestützte Forschung das Risiko, historische Ungleichheiten in Bezug auf Zugang, Autorität und wissenschaftliche Nutzung zu reproduzieren und zu verfestigen“, gibt er zu Bedenken.

In der neu veröffentlichten Studie fasst der Jenaer Botaniker und Kurator am Herbarium Haussknecht gemeinsam mit dem Erstautor Dr. Kamil E. Frankiewicz von der Universität Warschau und einem internationalen Forschungsteam die Ergebnisse einer Konferenz zusammen, die Ende 2025 an der Universität Warschau stattfand und an der Forschende aus einigen der weltweit bedeutendsten Pflanzensammlungen teilnahmen – darunter die Royal Botanic Gardens Kew, das Muséum National d’Histoire Naturelle in Paris und der Missouri Botanical Garden.
„Eines unserer Ergebnisse ist, dass viele Objekte in wissenschaftlichen Sammlungen aus kolonialen und imperialen Kontexten stammen. Deshalb stellt sich heute die Frage, wer über Objekte und Daten verfügen darf, wer von ihrer Nutzung profitiert und wie die rechtlichen und ethischen Ansprüche der Herkunftsgesellschaften berücksichtigt werden können. Besonders in Zeiten politischer und gesellschaftlicher Umbrüche gewinnt die Verantwortung der beteiligten Institutionen an Bedeutung“, fasst Gebauer den Kern der Arbeit zusammen. Mit dem Einsatz von KI bestehe zudem die Gefahr, dass frühere Ungleichheiten unbewusst fortgeführt oder sogar neue Ungerechtigkeiten geschaffen werden, so die Forschenden.

Die Autor*innen fordern in ihrer neuen Publikation eine „ethische Sammlungsmobilisierung“ und betonen dabei Transparenz, gleichberechtigte Partnerschaften, die Rechte indigener Gruppen und lokaler Gemeinschaften, faire Vorteilsteilung sowie langfristige Investitionen in Expertise und Infrastruktur in biodiversitätsreichen Regionen. Als Beispiel verweisen sie auf erfolgreiche Initiativen der „digitalen Rückgabe“ wie das brasilianische REFLORA-Programm oder das „African Plants Portal“, die einen digitalen Zugang zu Sammlungsobjekten im Sinne des Konzepts des „shared heritage“ ermöglichen, der Forschenden aus den Herkunftsregionen zuvor oft verwehrt war. „Wir empfehlen zudem eine stärkere Einbindung der Herkunftsländer durch vertrauensvolle gemeinsame Sammlungsarbeit, den Aufbau einheitlicher Standards und Schulungsprogramme, die konsequente Prüfung rechtlich-ethischer Rahmenbedingungen sowie den Schutz sensibler Fundortdaten bei zugleich möglichst offenem Zugang zu Forschungsdaten“, so Gebauer. Ergänzend sollen auch bislang wenig beachtete Materialien wie Bodenproben oder Begleitorganismen systematisch erhalten werden, da sie künftig durch neue Technologien zusätzliche Erkenntnisse liefern können. In der Forschung sollen Projekte auf Partnerschaften, gemeinsame Autorenschaft und transparente Datenpraktiken nach FAIR- und CARE-Prinzipien setzen, heißt es in der Studie. Förderinstitutionen und Politik werden von dem Forschungsteam aufgefordert, naturhistorische Sammlungen als globales Kulturerbe anzuerkennen, langfristig in Infrastruktur und Sicherheit zu investieren und internationale Kooperationen zu stärken.

„Ziel ist es, naturhistorische Sammlungen verantwortungsvoll zu nutzen –wissenschaftlichen Fortschritt zu ermöglichen, ohne Fairness, Transparenz und globale Gerechtigkeit zu vernachlässigen. Sammlungen müssen als Teil eines gemeinsamen Erbes der Menschheit betrachtet werden, ihre öffentliche Zugänglichkeit, im Sinne von ‚Ethical Collectomics‘, ist eine der drängendsten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit“, schließt Gebauer.

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

Kamil E Frankiewicz, Ana Rita Giraldes Simões, Magdalena Grenda-Kurmanow, Annika Engelhardt, Natalia M Shiyan, Sergei L Mosyakin, Marcelo R Pace, M Alejandra Jaramillo, Anthony R Magee, A Muthama Muasya, Oscar A Perez-Escobar, Carmen R Marcati, Melania Muñoz-García, Diego Sotto Podadera, Sebastian Gebauer, Ethical collectomics: A guide to the responsible and fair mobilization of natural history collections, BioScience, 2026;, biag069, https://doi.org/10.1093/biosci/biag069

Relevanz und Handlungsbereitschaft zu Umweltschutz weiterhin auf hohem Niveau

Fri, 12 Jun 2026 11:09:46 +0200

Insgesamt wurden über 1000 Personen zu ökologischen Problemen, ihrer Bereitschaft zu Verhaltensänderungen und zur Umsetzung von Umweltschutzmaßnahmen im privaten und beruflichen Umfeld befragt. Ein Blick auf die zentralen Ergebnisse:

Entwicklung im Zeitverlauf: Die Daten zeigen, dass die Relevanz ökologischer Probleme im Vergleich zu 2024 nach wie vor hoch eingeschätzt wird, große Teile der Bevölkerung notwendige Anpassungen akzeptieren und die Handlungsbereitschaft im privaten Umfeld zunimmt.

Bewertung ökologischer Herausforderungen: Weniger als ein Drittel der Befragten geben an, dass ökologische Wirkungen im Vergleich zu Themen wie innere Sicherheit oder soziale Gerechtigkeit überbewertet werden. Rund 40 Prozent sehen die ökologische Dimension als nicht überbewertet an. Diejenigen, die sie als überbewertet ansehen, sind häufig männlich.

Konsumverzicht und Zukunftserwartungen: Rund die Hälfte der Befragten (49 Prozent) hält einen deutlichen Konsumverzicht für notwendig, um schädliche Umweltwirkungen zu vermeiden. Gleichzeitig glaubt knapp die Hälfte, dass es nicht mehr gelingen wird, diese ausreichend abzuwenden – insbesondere Frauen teilen diese Einschätzung häufiger.

Handlungsbereitschaft: Über ein Drittel (37 Prozent) der Befragten hat im privaten Umfeld in den vergangenen 12 Monaten aktiv Maßnahmen zum Umweltschutz umgesetzt. Eine vergleichbare Anzahl plant dies für die kommenden 12 Monate. Im beruflichen Umfeld liegt der Anteil bei etwa 18 Prozent.

»Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Themen Umweltschutz und Nachhaltigkeit trotz aller Krisen nach wie vor als wichtig eingestuft werden«, sagt UMSICHT-Wissenschaftler Jürgen Bertling. »Im Vergleich zum Vorjahr ist die positive Einstellung zu Umweltschutz 2025 gleichbleibend hoch. Die Zahlen widersprechen der häufig geäußerten Ansicht, dass die ökologische Modernisierung Deutschlands nicht mehrheitsfähig sei.« Die nächste Umfrage ist für Oktober 2026 geplant.

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Originalpublikation:

Fraunhofer UMSICHT-Umweltindex - Relevanz von Umweltschutz in der Gesellschaft, http://www.doi.org/10.24406/publica-8836

Schlafen statt Fressen: Darm beeinflusst das Verhalten

Fri, 12 Jun 2026 10:58:49 +0200

Die ersten Stunden im Leben sind entscheidend für das Überleben und Gedeihen von Tieren. Dabei sind zwei Schritte besonders wichtig: Der erste Stuhlgang, um Abfallprodukte – das sogenannte Mekonium – auszuscheiden, sowie das erste Mal selbständig Nahrung aufzunehmen. Wie diese Schritte miteinander verknüpft sind und inwiefern der Darm das Ess- und Schlafverhalten steuert, war bislang unklar. Die Erforschung dieser Zusammenhänge ist von großem Interesse und wird auch beim Menschen intensiv untersucht, da die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn zunehmend mit Gesundheit und Krankheiten in Verbindung gebracht wird.

Fruchtfliegen, Drosophila melanogaster, müssen die beiden Aufgaben ebenfalls nach dem Schlüpfen bewältigen. Dabei ist die zeitliche Abfolge wichtig, wie das Team um Prof. Anissa Kempf vom Biozentrum der Universität Basel nun herausfand. Erst wenn die frisch geschlüpften Fliegen das Mekonium ausgeschieden haben, fangen sie an zu fressen. Bei Fliegen mit Darmverschluss geschieht dies nicht, sie verweigern die Nahrungsaufnahme, schlafen ungewöhnlich viel und sterben überdurchschnittlich früh. Die Darmfunktion beeinflusst demnach das Ess- und Schlafverhalten.

Gendefekt verursacht Darmverschluss

Der Darmverschluss lässt sich auf ein Gen zurückführen, welches bei der Entwicklung von Fruchtfliegen eine wichtige Rolle spielt. Bereits 1914 hatten Forschende beobachtet, dass Fliegen mit einem Defekt im Apterous-Gen keine Flügel entwickeln und früh sterben. «Wir haben nun den Grund dafür gefunden und damit ein über hundert Jahre altes Rätsel gelöst», sagt Kempf. «Weil sich bei den Fliegen durch den Gendefekt auch der Hinterdarm nicht normal entwickelt, kommt es zum Darmverschluss.»

Darm beeinflusst Schlaf und Verhalten

Aufgrund der Blockade im Darm können die Fliegen nach dem Schlüpfen ihr Mekonium nicht ausscheiden. Sie werden mit der Zeit immer träger, schläfriger und fressen nicht, obwohl sie hungrig sind. «Wir vermuten, dass die Fliegen vermehrt schlafen, um Energie zu sparen und so länger zu überleben», erklärt Cindy Reinger, Erstautorin der Studie. «Und im Schlaf bewegen Fliegen ihren Saugrüssel rhythmisch, was möglicherweise die Darmaktivität anregen soll. Vielleicht ist das ein verzweifelter Versuch, das Mekonium loszuwerden.»

In ihrer Studie entdeckten die Forschenden zudem den Grund für den tödlichen Darmverschluss. «Bei gesunden Fliegen entstehen in der frühen Entwicklung vier sogenannte Rektalpapillen, welche dem Kot Flüssigkeit entziehen und so den Wasserverlust minimieren», erklärt Reinger. «Durch den Gendefekt bildet sich im Hinterdarm statt der vier Papillen jedoch ein Zapfen, der den Darm komplett verschliesst. Wir haben ihn Reingers-Knoten genannt.»

Parallelen zum Menschen

Die Arbeit zeigt eindrücklich, wie eng Darmfunktion, Schlaf und Essverhalten und damit das Überleben miteinander verbunden sind. Gleichzeitig ergeben sich daraus neue Fragen: Wie kommuniziert der Darm mit dem Gehirn? Wie steuert der Darm Schlaf und Essverhalten? Und wie merkt der Körper, dass er bereit ist, Nahrung aufzunehmen? Viele der bei den Fruchtfliegen beobachteten Symptome ähneln denen eines Darmverschlusses beim Menschen, darunter Verstopfung, Appetitverlust, Müdigkeit, ein aufgeblähter Darm und schliesslich Gewebeschäden, die zum Darmdurchbruch führen. Die Studie legt nahe, dass Signale aus dem Darm einige dieser Symptome auslösen könnten. Da viele grundlegende biologische Vorgänge bei Fruchtfliegen und Menschen ähnlich sind, bietet Drosophila einzigartige Möglichkeiten, um die Folgen von Darmerkrankungen und auch die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn genauer zu untersuchen.

Universität Basel

Originalpublikation:

Cindy Reinger, Laura Blackie, Alexandra M. Medeiros, Hugo Gillet, Carolin Kring, Pedro Gaspar, Dafni Hadjieconomou, Michèle Sickmann, Markus Affolter, Irene Miguel-Aliaga, Martin Müller, Anissa Kempf. Intestinal obstruction impairs feeding and promotes sleep in Drosophila melanogaster. Science Advances; 2026, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady2183