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Wie sehr leiden Tiere unter biologischen Invasionen?

Tue, 05 May 2026 14:47:51 +0200

Unter dem Titel „Quantifying and categorising the animal welfare impacts caused by biological invasions” haben Biologen der Freien Universität Berlin, des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der University of Bristol (England) nun erstmals ein Bewertungsschema zur Einschätzung von Tierleid durch biologische Invasionen veröffentlicht. Erste Auswertungen zeigen: Besonders eingeschleppte Ameisen fügen heimischen Tieren schweres Leid zu.

Mit dem „Animal Welfare Impact Classification for Invasion Science“ (AWICIS) legen Dr. Thomas Evans vom Institut für Biologie der Freien Universität Berlin und Prof. Mike Mendl von der Bristol Veterinary School ein Bewertungsschema zur Messung von Tierleid infolge biologischer Invasionen vor, das die körperliche und mentale Verfassung einzelner Tiere in den Blick nimmt. Dazu werden Merkmale wie Ernährungszustand, Gesundheit und Verhalten von Tieren erfasst, die unter invasiven Arten leiden. Die Schwere des Tierleids wird dabei in fünf Stufen eingeordnet, jede Bewertung durch physische (etwa Größe oder Gewicht), physiologische (etwa Stoffwechsel oder Nervenreaktionen) und verhaltensbezogene Indikatoren gestützt. Zur Demonstration wendeten die Autoren das Rahmenwerk auf publizierte Datensätze zu eingeführten Vögeln sowie auf eine systematische Auswertung der Literatur zu invasiven Ameisen wie der Argentinischen Ameise (Linepithema humile) an, die durch Schifffahrt nach Europa eingeschleppt wurde und vor allem in mediterranen Küstengebieten oder Gärten Superkolonien etabliert, einheimische Ameisen verdrängt und Ökosysteme stört.

„Für Forschung und Politik liefert das neue Bewertungsschema AWICIS wichtige Anhaltspunkte zur Bewertung der Bedrohung von Tierwohl durchbiologische Invasionen“, sagt Studienautor Dr. Thomas Evans vom Institut für Biologie der Freien Universität Berlin und dem IGB. „Wir empfehlen die Auswirkungen biologischer Invasionen konsequent in Feldstudien zu erforschen und dabei gezielt bislang wenig untersuchte, oft weniger wohlhabende Regionen, in den Blick zu nehmen. Zudem sollten verstärkt Maßnahmen entwickelt werden, um das Einschleppen bekanntermaßen schädlicher Ameisenarten zu verhindern.“

Unter invasiven Ameisen wie der Argentinischen Ameise (Linepithema humile) oder der Roten Feuerameise (Solenopsis invicta) leiden der Auswertung zufolge heimische Tiergruppen von Vögeln über Reptilien wie Jungschildkröten und Eidechsen bis zu Krustentieren wie Landkrabben. Typisch sind neben Verhaltensstörungen wie verringerten Ruhezeiten oder exzessiver Körperreinigung vor allem Verletzungen durch aggressive oder giftige Stiche verschiedener invasiver Ameisenarten. Diese führen in vielen Fällen zu langwierigen, qualvollen Todesverläufen bei einheimischen Tieren. Invasive Vogelarten fressen einheimische Tiere oder konkurrieren mit ihnen um Beute. Betroffen waren in den vorliegenden Studien vor allem Wat‑ und Seevögel sowie Vögel auf Inseln. Insgesamt waren die Auswirkungen durch invasive Vögel aber weniger schwerwiegend als jene durch Ameisen.

Die Autoren betonen, dass gerade für weniger offensichtliche oder längerfristige Belastungen vermehrte physiologische Messungen hilfreich wären, um Intensität und Dauer von Leiden genauer zu quantifizieren. Weiterhin weisen sie auf eine systematische Verzerrung der verfügbaren Daten hin: Publizierte Fälle beschreiben eher gravierende Auswirkungen, sodass weniger dramatische Folgen vermutlich untererfasst sind.

FU Berlin

Originalpublikation:

Evans, T., Mendl, M. Quantifying and categorising the animal welfare impacts caused by biological invasions. Nat Commun 17, 3899 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72154-9

Stammzellforschung: Genetische Vorgänge zerstörungsfrei aus Zellen ablesen

Tue, 05 May 2026 14:42:24 +0200

Normalerweise müssen Zellen für eine sogenannte Transkriptom-Analyse, die zeigt, welche Gene gerade aktiv abgelesen werden, aufgelöst werden, was eine wiederholte Messung an denselben Zellen unmöglich macht. Die Forschenden um Gil Westmeyer, Professor für Neurobiological Engineering an der TUM, nutzen für ihren neuen, NTVE (Non-destructive Transcriptomics via Vesicular Export) genannten, Untersuchungsprozess virusähnliche Partikel. Diese schleusen Boten-RNA – also die aktiven Genprodukte – in winzigen Bläschen aus der lebenden Zelle hinaus.

Die RNA wird dann außerhalb der Zelle aus den Transportbläschen extrahiert und analysiert. Die Forschenden können so feststellen, welche Gene gerade aktiv sind. Die Ergebnisse der mit dem neuen Prozess gewonnenen Informationen stimmen hervorragend mit Vergleichsmessungen nach der herkömmlichen Standardmethode überein – ohne den gravierenden Nachteil der dauerhaften Zerstörung der untersuchten Zelle.

Die neue Methode erlaubt dadurch Probenahmen über mehrere Tage hinweg, etwa um die Entwicklung von Stammzellen zu Herzmuskelzellen oder Keimblättern engmaschig zu überwachen. Sie funktioniert auch bei Neuronen und Mischungen verschiedener Zelltypen, sodass sich die Kommunikation zwischen den Zellen analysieren lässt.

Hoffnung für bessere Behandlungsmethoden von schweren Krankheiten

Prof. Gil Westmeyer betont: „Diese Methode stellt der biomedizinischen Forschung ein mächtiges neues Instrument zur Verfügung. Wir werden tagesgenaue Einblicke in die Reifung und Funktionalität von Stammzellen erhalten. Das könnte zukünftige Zelltherapien zielgenauer und effektiver machen.“

Erstautor Niklas Armbrust und Co-Corresponding-Autor Dr. Jeffery Truong ergänzen: „Unsere neue Methode ermöglicht es auch, Zellen genetisch auf die Implantation in Gewebe vorzubereiten. Zudem lässt sich NTVE potenziell für die Langzeitanalyse von Organoiden sowie für die weitere Erforschung von Tumoren und ihrer Kommunikation nutzen.“

TUM

Originalpublikation:

Niklas Armbrust, Martin Grosshauser et al: Non-destructive transcriptomics via vesicular export, erschienen in: Nature Communications 17, 3812 (2026), https://doi.org/10.1038/s41467-026-72072-w

Evolution einer außergewöhnlichen Photosynthese in tropischen Bäumen entschlüsselt

Tue, 05 May 2026 12:29:56 +0200

Um 1800 machte Alexander von Humboldt eine ungewöhnliche Beobachtung. Er tauchte das Blatt eines tropischen Baumes ins Wasser und stellte fest, dass trotz Sonneneinstrahlung keine Sauerstoffblasen – wie bis dahin bekannt – entstanden. Diese Pflanze hält Blattöffnungen, die eigentlich der Aufnahme von CO2 und der Abgabe von Sauerstoff am Tage dienen, tagsüber geschlossen und vermeidet so Wasserverlust durch Verdunstung. CO₂ wird dann nachts aufgenommen und chemisch gebunden und gespeichert in Form der Apfelsäure . Dieses Prinzip wird als “CAM-Photosynthese” (Crassulacean Acid Metabolism) bezeichnet. Wie sich diese Strategie bei der Gattung Clusia evolutionär differenziert hat und warum sie in unterschiedlichen Ausprägungen vorkommt, war bislang nur unzureichend verstanden.

Über die Studie

Im Rahmen der Studie unter Leitung von Wolfram Weckwerth an der Universität Wien wurde das Erbgut von drei Clusia-Arten analysiert, die unterschiedliche CAM-Ausprägungen repräsentieren: Clusia rosea, Clusia minor und Clusia major. Dabei kombinierte das Forschungsteam molekulare Daten mit physiologischen Messungen unter realitätsnahen Umweltbedingungen.

Vom Erbgut zur Photosynthese

Die Gattung Clusia umfasst die einzigen bekannten Bäume, die CAM betreiben und zeigt eine außergewöhnliche Bandbreite an Photosynthese – von klassischer C₃-Photosynthese, bei der Pflanzen tagsüber Kohlendioxid aufnehmen, bis zu stark ausgeprägtem CAM. Diese Vielfalt macht sie zu einem idealen Forschungsmodell für evolutionäre Übergänge zwischen verschiedenen Photosyntheseformen. Die Analysen zeigten, dass alle drei Clusia-Arten uralte Polyploide sind – ihre Genome wurden im Laufe der Evolution vervielfacht (Polyploidisierung) und anschließend über lange Zeiträume hinweg umgebaut (Diploidisierung). "Dabei gehen Genkopien verloren, werden deaktiviert oder übernehmen neue Funktionen", erklärt Erstautor Hannes Kramml von der Abteilung Molekulare Systembiologie, Department für funktionelle und evolutionäre Ökologie, an der Universität Wien. Johannes Herpell, weiterer Erstauthor der Studie, fügt hinzu: "Besonders betroffen sind Gene, die für die nächtliche CO₂-Speicherung im CAM-Stoffwechsel entscheidend sind." Studienleiter Wolfram Weckwerth erklärt: "Die Genome haben sich nicht einfach nur vervielfacht; sie wurden über Millionen von Jahren reorganisiert, reduziert und funktionell neu verdrahtet. Diese enorme Plastizität erklärt die physiologische Vielfalt des CAM in der Gattung Clusia."

CAM unter realistischen Umweltbedingungen

Um die Auswirkungen dieser genetischen Unterschiede zu untersuchen, analysierte das Team die Pflanzen im Tagesverlauf unter naturnahen Gewächshausbedingungen mit variierender Wasserverfügbarkeit. Dabei kombinierten sie physiologische Messungen mit Analysen von Genaktivität, Proteinen und Stoffwechselprodukten. Clusia rosea betreibt starkes CAM mit ausgeprägter nächtlicher Speicherung von Kohlendioxid in Form von Apfelsäure. Clusia minor aktiviert CAM vor allem unter Stressbedingungen, während Clusia major eine Mischform aus C₃-Photosynthese und CAM zeigt. Diese Unterschiede zeigen sich konsistent in Genaktivität und Stoffwechselprofilen und lassen sich mit den nun identifizierten genetischen Veränderungen in Verbindung bringen. CAM erscheint hier nicht als einmaliges evolutionäres Ereignis, sondern als Ergebnis wiederholter genomischer Umgestaltung, die es den Arten ermöglichte, sich an sehr unterschiedliche ökologische Nischen anzupassen.

Bedeutung für Landwirtschaft und Klimaresilienz

CAM-Pflanzen benötigen deutlich weniger Wasser und gelten daher als mögliche Vorbilder für klimaresistente Nutzpflanzen. Die neuen Genomdaten ermöglichen es, Stoffwechselprozesse zu identifizieren, die mit effizienter CO₂-Speicherung und hoher Wassernutzungseffizienz verbunden sind. Langfristig könnten diese Erkenntnisse dazu beitragen, Nutzpflanzen gezielter an trockene Umweltbedingungen anzupassen.

Universität Wien

Originalpublikation:

Kramml, H.M., Herpell, J.B., Priemer, C. et al. Clusia genomes shed light on the evolution and diversity of crassulacean acid metabolism physiotypes. Nat Commun 17, 3937 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-71958-z

Weniger Tierleid in der Krebsforschung durch FKS-freie Zellkulturmodelle

Tue, 05 May 2026 10:20:45 +0200

Vier häufig genutzte menschliche Krebszelllinien angepasst

Um den Wechsel zu einer FKS-freien Zellkultur voran zu treiben, hat die Arbeitsgruppe von Dr. Sonja Eberth, die am Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH die Arbeitsgruppe Tumorbiologie der Abteilung Menschliche und Tierische Zellkulturen leitet, vier häufig genutzte menschliche Krebszelllinien (HELA, HL-60, K-562, JIMT-1) an verschiedene tierkomponentenfreie Medien angepasst. Als Ersatz für das problematische Kälberserum kamen humanes Plättchenlysat, aber auch verschiedene vollständig chemisch definierte Medien zum Einsatz. Mittels umfassender makroskopischer und molekularer Charakterisierung konnte gezeigt werden, dass die für die Krebserkrankungen charakteristischen Merkmale in den FKS-freien Zellkulturen erhalten geblieben sind. In geeigneten Alternativmedien sind die Zelllinien folglich ebenso gut für die Forschung einsetzbar wie die FKS-haltigen Kulturen. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Alternatives to Animal Experimentation publiziert.

FKS-freie Zelllinien im DSMZ-Portfolio

Um als erste Zelllinienbank nachhaltig den Wechsel zu einer FKS-freien und gleichzeitig reproduzierbareren Zellkultur zu fördern, werden die erfolgreich adaptierten und charakterisierten Krebszelllinien jetzt auch über den Katalog der DSMZ der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt. Die erste Zelllinie aus dieser Reihe ist die Leukämiezelllinie HL-60, die an ein vollständig chemisch definiertes Medium adaptiert wurde https://www.dsmz.de/collection/catalogue/details/culture/ACC-11010). „Somit müssen von einzelnen Arbeitsgruppen nicht mehr Zeit und Geld in die Hand genommen werden, um eine Krebszelllinie auf ein FKS-freies Medium umzustellen und zu charakterisieren. Da die von uns adaptierten Zellen und ihre molekularen Daten verfügbar sind, kann datenbasiert entschieden werden, ob sich auch die FKS-freie Kultur für das jeweilige Forschungsprojekt eignet“, so Dr. Sonja Eberth.

Leibniz-Institut DSMZ

Originalpublikation:

Koelz, A. L., Pommerenke, C., Woitschewski, P., Merkhoffer, Y., Dirks, W. G., & Eberth, S. (2026). Multiparametric evaluation of different FBS-free replacement media for widely used human cancer cell lines. ALTEX - Alternatives to Animal Experimentation. https://doi.org/10.14573/altex.2512111

Lichtgesteuert – Fischlarven im Bodensee

Tue, 05 May 2026 10:03:51 +0200

Wie finden winzige Fischlarven in einer komplexen und gefährlichen Umwelt ihren Weg? Und welche Rolle spielen dabei unterschiedliche Lichtfarben? Diese Fragen sind kaum erforscht. Eine neue Studie der Fischereiforschungsstelle (FFS) Langenargen und der Universität Konstanz zeigt nun erstmals detailliert, wie junge Blaufelchen Licht nutzen, um geeignete Lebensräume zu finden – und wie empfindlich dieses System auf Umweltveränderungen reagiert.

Schon kurz nach dem Schlüpfen orientieren sich die Larven am Licht. Besonders stark werden sie dabei von grünem und gelbem Licht angezogen. Dieses Verhalten ist überlebenswichtig: Es führt sie aufgrund der speziellen Lichtverhältnisse unter Wasser gezielt in flache Uferbereiche – ihre „Kinderstuben“, in denen sie Nahrung finden und vergleichsweise gut geschützt aufwachsen können.

Um dieses Verhalten genauer zu untersuchen, prüften die Forschenden, wie die Tiere in einem künstlichen Y-förmigen Labyrinth auf unterschiedliche Lichtfarben reagieren. Gleichzeitig analysierten sie, wie sich erhöhte Wassertemperaturen – wie sie im Zuge der Klimakrise vermehrt auftreten – auf ihre Orientierung auswirken.

Die Ergebnisse zeigen: Ganz junge Fischlarven folgen gezielt Licht im grün-gelben Bereich. Mit fortschreitendem Alter nimmt diese Anziehung wieder ab – ein Mechanismus, der die Jungfische später wieder in tiefere Bereiche des Gewässers lenkt. Unter erhöhten Temperaturen verändert sich dieser Ablauf jedoch: Die Entwicklung beschleunigt sich, und die Lichtorientierung wird früher und weniger zielgerichtet angepasst. Dadurch könnten Larven ihre geschützten Aufwuchsgebiete verfrüht verlassen.

Auch künstliches Licht beeinflusst dieses empfindliche System. Straßenbeleuchtung entlang des Bodenseeufers kann Fischlarven in ungeeignete Bereiche locken, wo sie schlechtere Nahrungsbedingungen vorfinden und stärker Fressfeinden ausgesetzt sind. Zudem kann künstliches Licht ihren natürlichen Tag-Nacht-Rhythmus stören.

„Derzeit ist dieser Effekt im Bodensee vermutlich noch von begrenzter Bedeutung“, sagt Alexander Brinker von der Fischereiforschungsstelle Langenargen. Der Professor der Universität Konstanz warnt indes: „Doch mit dem fortschreitenden Klimawandel – insbesondere häufigeren Hitzewellen – könnte sich das Zusammenspiel aus Temperaturstress und Lichtverschmutzung künftig zu einem ernstzunehmenden Problem entwickeln.“

Gleichzeitig zeigen die Ergebnisse auch vergleichsweise einfache Lösungsansätze auf, so Brinker: Da Fischlarven besonders auf bestimmte Wellenlängen reagieren, könnte eine gezielte Anpassung von Lichtfarben im Uferbereich helfen, negative Effekte deutlich zu reduzieren.

Universität Konstanz

Originalstudie:

Roberts, B. J., J.Baer, A.Ros, and A.Brinker. 2026. “Heatwaves and Anthropogenic Light May Disrupt Phototaxis-Based Behaviours That Regulate Early-Life Migrations of Fish.” Freshwater Biology71, no. 4: e70219. https://doi.org/10.1111/fwb.70219

Wie Pflanzen ihre Energie unter Stress neu ausbalancieren

Tue, 05 May 2026 09:57:47 +0200

Wenn Proteine aus dem Gleichgewicht geraten

In jeder Zelle müssen Tausende Proteine korrekt hergestellt, gefaltet und reguliert werden. Unter Stressbedingungen gerät dieses Gleichgewicht – die sogenannte Proteostase – ins Wanken. Fehlgefaltete oder beschädigte Proteine sammeln sich an und können die Zelle schädigen. Um dem entgegenzuwirken, nutzen Zellen das Proteasom, eine Art molekulare Recyclinganlage, die defekte Proteine abbaut. Bislang war jedoch unklar, wie Zellen diese Aktivität an unterschiedliche Stresssituationen innerhalb der Zelle anpassen.

Ein Kontrollzentrum im endoplasmatischen Retikulum

Das Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Suayb Üstün konnte zeigen, dass zwei zentrale Regulatoren diese Anpassung steuern: die Transkriptionsfaktoren NAC53 und NAC78. Sie befinden sich am endoplasmatischen Retikulum (ER), einem wichtigen Ort für die Proteinproduktion. „Wir haben herausgefunden, dass diese Faktoren wie eine Schaltzentrale fungieren“, erklärt Gautier Langin, Erstautor der Studie. „Sie integrieren Stresssignale aus verschiedenen Zellbereichen und entscheiden, wie die Zelle darauf reagiert.“ Unter normalen Bedingungen werden NAC53 und NAC78 schnell abgebaut. Bei Stress hingegen werden sie aktiviert, wandern in den Zellkern und schalten dort Gene ein, die den Proteinabbau verstärken.

Ein neuer Mechanismus: ERAS

Ein zentraler Durchbruch der Arbeit ist die Entdeckung eines neuen Regulationsmechanismus, der als ER-assoziierte Sortierung (ERAS) bezeichnet wird. Dieser Prozess bestimmt, ob NAC53 und NAC78 abgebaut oder aktiviert werden. „Das ist ein grundlegender Mechanismus der Zellregulation“, sagt Suayb Üstün, Letztautor der Studie. „Die Zelle nutzt einen einzigen Kontrollpunkt, um zwischen Abbau und Aktivierung dieser Faktoren zu entscheiden.“

Überraschend zeigte die Studie, dass NAC53 und NAC78 nicht nur den Proteinabbau aktivieren, sondern gleichzeitig die Photosynthese unterdrücken – also den Prozess, mit dem Pflanzen Energie gewinnen. Damit wird ein zentraler Zielkonflikt sichtbar: Unter Stress stellt die Zelle Wachstum und Energieproduktion zurück, um ihre Stabilität zu sichern. „Wenn sich beschädigte Proteine ansammeln, reduziert die Zelle gezielt energieintensive Prozesse wie die Photosynthese“, erklärt Langin. „Das hilft, weiteren Schaden zu vermeiden.“

Kommunikation innerhalb der Zelle

Die Ergebnisse zeigen zudem, dass dieser Mechanismus verschiedene Zellkompartimente miteinander verbindet – insbesondere den Zellkern und die Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet. So wird eine koordinierte Stressantwort über die gesamte Zelle hinweg ermöglicht.

Perspektiven für robustere Pflanzen

Die Studie liefert ein neues Verständnis dafür, wie Zellen unter Stress ihr Gleichgewicht bewahren. Da ähnliche Mechanismen auch in anderen Organismen existieren, könnten die Ergebnisse weit über die Pflanzenbiologie hinaus relevant sein. „Diese Art der Regulation ist vermutlich evolutionär konserviert“, sagt Üstün. „Sie eröffnet neue Perspektiven darauf, wie Zellen Proteinkontrolle und Stoffwechsel miteinander verknüpfen.“ Ein besseres Verständnis dieser Prozesse könnte dazu beitragen, Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegenüber Umweltstress wie Hitze, Trockenheit oder Krankheitserregern zu machen. „Wenn wir diese Zusammenhänge verstehen, können wir gezielt eingreifen und Pflanzen robuster machen“, so Üstün.

Ruhr-Universität Bochum

Originalpublikation:

Gautier Langin, Margot Raffeiner, David Biermann, Mirita Franz, Daniela Spinti, Frederik Börnke, Boris Macek, Suayb Üstün: Proteotoxic Stress Response is Governed by ER-associated Sorting of Proteasome Transcriptional Activators, in: Molecular Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.molcel.2026.04.004, https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(26)00238-8

Gewässer in Städten sind stark mit antibiotika-resistenten Bakterien belastet, doch auch ländliche Seen sind betroffen

Mon, 04 May 2026 17:34:24 +0200

Das Team vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) und vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (Leibniz-IGB) untersuchte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Potsdam und Wien Wasser- und Sedimentproben aus dem Weißen See und dem Müggelsee in Berlin, dem Stechlinsee und dem Dagowsee in Brandenburg, dem Haussee in Mecklenburg-Vorpommern, aus einem Teich inmitten von Feldern in Brandenburg sowie aus dem Zu- und Abfluss einer großen Wasseraufbereitungsanlage in Berlin. Anschließend wurde die DNA der in den Proben vorhandenen Bakterien untersucht. Die dabei entdeckten Antibiotika-Resistenzgene (ARG) wurden sogenannten Resistenzgen-Klassen zugeordnet. Dafür setzten die Forschenden unterschiedliche bioinformatische Methoden und genetische Datenbanken ein. „Dieser breite methodische Ansatz erlaubte es uns, im Erbgut der in den Proben vorkommenden Bakterienarten jene Gene zu identifizieren, die für Antibiotikaresistenzen verantwortlich sind“, erklärt Pau de Yebra Rodó, Erstautor der Studie und Doktorand am Leibniz-IZW und am Leibniz-IGB. „Die nachgewiesenen Resistenzgene gekörten zu insgesamt 18 Klassen dieser Resistenzgene – in unterschiedlicher Vielfalt und Häufigkeit an den verschiedenen Standorten.“

Spur der bakteriellen Antibiotika-Resistenzgene auch nach Wasseraufbereitung noch überdeutlich

Im Zufluss der Wasseraufbereitungsanlage kamen Antibiotika-Resistenzgene aller 18 Resistenzgen-Klassen vor, im Abfluss immerhin noch 16, wenngleich auch in etwas reduzierter Häufigkeit. Die Aufbereitung konnte offenkundig nur die ARGs zweier Resistenzgen-Klassen entfernen oder ausreichend stark verdünnen (ARGs gegen Glykopeptid-Antibiotika und gegen Nitroimidazole), alle anderen Resistenzgen-Klassen waren im aufbereiteten Wasser weiterhin vertreten. An zweiter Stelle im Ranking rangieren die städtischen Gewässer: im Oberflächenwasser des Müggelsees wurden neun Klassen von antibiotikaresistenten Genen nachgewiesen, im Sediment des Weißen Sees – also Bodenschichten, die Oberflächen- und Grundwasser filtern – waren es noch neun. Hingegen waren die Oberflächenwasser des Haussees, des Stechlinsees und des Dagowsees frei von nachweisbaren ARGs.

„Interessant und besorgniserregend ist hingegen der Nachweis von bakteriellen Resistenzgenen in Sedimentproben der Seen im ländlichen Raum“, sagt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten am Leibniz-IZW und Seniorautor der Studie. „Wassernahe Bodenschichten speichern offenbar Belastungen mit antibiotikaresistenten Bakterien und halten diese in der Umwelt vor, auch wenn das Oberflächenwasser keine nachweisbare Belastung (mehr) aufweist.“ Insbesondere Vertreter der gegen Aminoglykosid-Antibiotika gerichteten Resistenzgen-Klasse waren in den Sedimenten in höherer Gesamtlast präsent als im Wasser.

Teiche im ländlichen Raum sind ebenfalls stark belastet

In den Wasserproben des inmitten von Feldern im westlichen Brandenburg gelegenen Teiches wurden mit lediglich sechs zwar weniger unterschiedliche Resistenzgen-Klassen nachgewiesen als im Müggelsee-Wasser und in den Zu- und Abflüssen der Aufbereitungsanlage, es waren aber mehr als im Wasser von Stechlinsee, Haussee oder Dagowsee. Die Resistenzgen-Klassen der Teichbakterien deckten sich größtenteils mit jenen, die auch in den städtischen Gewässern nachgewiesen wurden: Aminoglykoside, Phenicole and Tetracycline. Dies sind Antibiotika, die sowohl beim Menschen als auch in der Nutztierhaltung eingesetzt und durch menschliche und landwirtschaftliche Abwässer in die Umwelt eingetragen werden.

Dass bei städtischen Gewässern nicht nur deren unmittelbare Nähe zu menschlichen Siedlungen für den Eintrag antibiotika-resistenter Bakterien entscheidend ist (in dieser Hinsicht sind sich Müggelsee, Weißer See und Haussee relativ ähnlich), sondern auch die Intensität der Gewässernutzung, berichtet Prof. Hans-Peter Grossart, Leiter der Abteilung für Plankton- und Mikrobielle Ökologie am Leibniz-IGB. „Im Wasser des Müggelsees wurden erheblich mehr Resistenzgen-Klassen nachgewiesen als in den beiden anderen städtischen Seen, was sehr wahrscheinlich an der intensiveren Nutzung durch die Fischerei, den Schifffahrtsbetrieb und viele Badende liegt.“

Weitere Studien zu antibiotikaresistenten Bakterien im Wasser sind erforderlich

Antibiotikaresistente Bakterien werden in medizinischen Fachkreisen als große globale gesundheitliche Herausforderung angesehen. „Mit unserer Forschung versuchen wir zu verstehen, wie sich antibiotikaresistente Bakterien in der Umwelt verbreiten und dort möglicherweise auch längerfristig überdauern“, fasst de Yebra Rodó zusammen. „Der Eintrag durch menschliche Aktivitäten ist sicher die Hauptquelle für ARG-tragenden Bakterien in der Umwelt. Dies geschieht vor allem über das Abwasser von Krankhäusern, landwirtschaftlichen Betrieben und privaten Haushalten.“

In ihrer Studie sahen sich die Forschenden mit großen methodischen Herausforderungen konfrontiert. So konnten sie im Vergleichen zwischen Wasserproben, Proben aus Sedimenten und Proben aus der Wasseraufbereitungsanlage unterschiedliche Sequenzierungstiefen (ein Gütegrad der DNA-Analyse) erzielen. Die gefundenen Unterschiede in der Vielfalt und Häufigkeit der Resistenzgene in den Bakteriengenomen waren jedoch groß genug, um belastbare Aussagen zuzulassen. Weitere Studien, die ein breiteres Spektrum an Gewässern, mehr Proben pro Gewässer und einen längeren Zeitraum umfassen, seien jedoch erforderlich, um Unterschiede in den bakteriellen Antibiotikaresistenzprofilen städtischer und ländlicher Süßwasserökosystemen genauer charakterisieren zu können.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW)

Originalpublikation:

De Yebra P, Zoccarato L, Galdindo JA, Numberger D, Abdulkadir N, Grossart HP, Greenwood AD (2026): Diversity of antibiotic resistance genes increases in urbanized lakes: a multi-tool screening. iScience 115892. DOI: 10.1016/j.isci.2026.115892

Das Innenohr – ein weißer Fleck der Forschung

Mon, 04 May 2026 12:27:38 +0200

Das Innenohr, welches das Hör- und Gleichgewichtsorgan beherbergt, ist in gewisser Weise noch immer eine „Terra Incognita“, ein unbekannter Bereich. Trotz medizinischer Fortschritte ist überraschend wenig über die Ursachen von plötzlich auftretenden Erkrankungen wie dem Hörsturz oder Störungen des Gleichgewichtsorgans bekannt. Dieser geringe Kenntnisstand liegt darin begründet, dass das Innenohr im Gegensatz zum Auge nicht einsehbar ist. Es liegt geschützt im härtesten Knochen des Menschen, im Felsenbein. Auch wenn wir die Anatomie des Innenohrs prinzipiell kennen, ist es bisher kaum möglich, seine physiologischen und pathophysiologischen Vorgänge zu beobachten.

Ein neues Untersuchungsverfahren der Universität Konstanz und der Charité-Universitätsmedizin Berlin erlaubte nun, physiologische Vorgänge im Innenohr von Zebrafischen – einer Tierart, deren Innenohr dem des Menschen sehr ähnelt – sichtbar zu machen. Die Forscherinnen und Forscher um Valentin Wittmann (Universität Konstanz) und Hans Scherer (Charité Berlin) schleusen hierfür markierte Zuckermoleküle in den Körper der Fische ein. Die Untersuchung wurde am Sensor für Drehbeschleunigungen, der Cupula, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen: Die Cupula der Zebrafische ist nicht etwa eine konstante Struktur, sondern sie wird kontinuierlich innerhalb von rund 60 Tagen erneuert. Die Forschungsergebnisse wurden nun als Titelbeitrag des Wissenschaftsjournals „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

Die Spur der Zuckermoleküle
Die Cupula ist eine membranartige Struktur, die eine Ausbuchtung eines kreisförmigen Kanals des Gleichgewichtsorgans abschließt. Wir haben pro Ohr drei Kanäle, die in den drei Achsen des Raums stehen. Sie dienen der Erfassung von Beschleunigungen in allen Ebenen. Flüssigkeiten in diesen Kanälen werden bei Drehbeschleunigungen verschoben. Dadurch wird die Cupula geringfügig bewegt. Haarzellen unterhalb der Cupula wandeln die Dreh-Bewegungsenergie in elektrische Energie um, die zum Zentralnervensystem geleitet wird. Diese Sensoren dienen dem Zweck, bei Kopfbewegungen und -drehungen das Gleichgewicht zu bewahren. Bestehende Untersuchungen legen nahe, dass Beschädigungen der Cupula zu Gleichgewichtsstörungen führen. Bisher war es nicht machbar, die physiologischen Vorgänge der Cupula zu beobachten.

Der Chemiker Valentin Wittmann und der Mediziner Hans Scherer entwickelten nun ein Verfahren, um genau dies zu leisten. Sie verwendeten dafür eine chemische Methode, das sogenannte „Metabolische Glycoengineering“. Vereinfacht gesagt werden winzige Zuckermoleküle chemisch markiert und den Zebrafischen verabreicht, wodurch es zum Einbau der Moleküle u. a. in die Cupula des Innenohrs kommt. Per Fluoreszenz-Verfahren können diese markierten Moleküle anschließend histologisch sichtbar gemacht werden. Auf diese Weise lassen sich physiologische Prozesse im sonst nicht einsehbaren Innenohr anhand der Spur der Zuckermoleküle beobachten.

Die Regeneration der Cupula
Offen war bisher die Frage, ob die Cupula eine permanente Struktur ist oder ob sie sich beständig selbst erneuert. Die Studie aus Konstanz und Berlin konnte diese Frage nun klären: „Unsere Untersuchungen zeigen zum ersten Mal, dass die Erneuerung der Cupula ein kontinuierlicher Prozess ist“, freut sich Wittmann über den Erfolg der neuen Untersuchungsmethode. „Eine Langzeit-Beobachtung über mehrere Wochen hinweg legt nahe, dass sich die Cupula des Zebrafisches innerhalb von acht bis zehn Wochen komplett erneuert.“

„Die Gleichgewichtsorgane beim Fisch sind den menschlichen sehr ähnlich“, ergänzt Scherer. „Deshalb können Erkenntnisse beim Fisch weitgehend auch auf den Menschen übertragen werden.“ Die neue Methode bildet somit einen vielversprechenden Startpunkt, um bisher unverstandene Störungen im Innenohr weiter zu ergründen. So könnte die Regeneration der Cupula erklären, warum sich der Gleichgewichtssinn nach plötzlich auftretenden Störungen in manchen Fällen nach wenigen Tagen erholt. Analoges gilt für den Hörsturz, dessen Ursache ebenfalls unbekannt ist und der sich auch manchmal nach wenigen Tagen erholen kann.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

H.Scherer, A.Jüngst, V. F.Schöwe, A.-K.Gronewald, V.Wittmann, Investigation Into the Dynamics of the Cupula in the Vestibular Organ of Adult Zebrafish Using Metabolic Glycoengineering, Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e15593, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202515593.

Frühzeitliche Tierreservoire von Zoonosen

Mon, 04 May 2026 11:48:12 +0200

Ein unerforschter Weg – frühzeitliche Erreger-DNA aus dem zooarchäologischen Archiv

Die Mehrheit der heutigen Infektionskrankheiten beim Menschen hat einen zoonotischen Ursprung, was bedeutet, dass sie von Tieren auf Menschen übergesprungen sind. Verschiedene Indizien deuten darauf hin, dass die vor etwa 5 000 Jahren beginnende eurasische Bronzezeit eine entscheidende Periode war, in der viele Zoonosen auftraten, die bis heute bestehen. Anne Kathrine W. Runge, Hauptautorin der Studie, erklärt: „Die Bronzezeit war geprägt von großen Völkerwanderungen und, was besonders wichtig ist, von der weit verbreiteten Einführung der Weidewirtschaft – einer Lebensweise, die auf domestizierten Tieren basiert. Während die Hypothese besteht, dass dies den Weg für das Auftreten von Zoonosen geebnet haben könnte, fehlen bisher weitgehend Untersuchungen der alten Erreger-DNA in Tierresten.“

Die Rekonstruktion alter Erregergenome aus Tierresten – den zooarchäologischen Funden – steht vor zusätzlichen Herausforderungen im Vergleich zur etablierteren Rekonstruktion alter Erregergenome aus menschlichen Überresten. „In der Vorgeschichte wurde der Großteil der Tiere geschlachtet, während sie noch gesund waren; geschlachtete Tiere wurden bei der Zubereitung von Speisen erhitzt und weggeworfene Tierteile waren stärker der Umwelt ausgesetzt – was insgesamt die Wahrscheinlichkeit der Identifizierung von Erreger-DNA verringert“, sagt Felix M. Key, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie und leitender Autor der Studie. „Allerdings“, fügt er hinzu, „birgt die Rekonstruktion alter Krankheitserreger anhand zooarchäologischer Funde ein einzigartiges Potenzial für die Aufklärung der Reservoirs prähistorischer Zoonosen, ihrer geographischen Ausbreitung sowie der genetischen Mechanismen, die den Übergang auf den Menschen begünstigen.“

Hier hat sich ein internationales, interdisziplinäres Expertenteam daran gemacht, die Möglichkeit der Identifizierung alter Erreger-DNA anhand zooarchäologischer Funde zu untersuchen. In einer nun in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie untersuchten die Autor*innen 346 Proben von überwiegend domestizierten Tieren aus 34 archäologischen Fundstätten in ganz Eurasien – viele davon aus der Bronzezeit – auf erhaltene alte Erreger-DNA.

Paläopathologien zur Priorisierung der Probenentnahme

Die Gewinnung alter DNA ist kostspielig, und die Analyse wird durch archäologische Proben ohne DNA-Signatur von Krankheitserregern erschwert – ein Aspekt, der bei der Untersuchung von Tierproben wahrscheinlich noch stärker ins Gewicht fällt. In dieser Studie wurde Skelettmaterial vor allem von domestizierten Tieren aus Fundstätten in ganz Eurasien ausgewählt, darunter Polen, Deutschland, Tschechien, Rumänien und Usbekistan, um zu testen, ob DNA von zoonotischen Krankheitserregern aus prähistorischen Tierresten gewonnen werden kann. Um das Screening gezielter zu gestalten, wurden Proben ausgewählt, die Anzeichen für das Vorliegen von Krankheiten und Traumata aufwiesen, sogenannte paläopathologische Läsionen. „Ich habe Hunderte von Proben untersucht, um potenzielle Infektionsherde, die als Läsionen erkennbar sind, zu identifizieren und so die Chancen zu erhöhen, alte pathogene DNA von zoonotischen Krankheiten Krankheitserregern zu gewinnen“, betont Kamilla Pawłowska, Paläopathologie-Expertin an der Adam-Mickiewicz-Universität in Posen und leitende Autorin der Studie. Sie fügt hinzu: „Ich habe unter anderem Läsionen entzündlichen und traumatischen Ursprungs entdeckt, was entscheidend war, um die molekulare Untersuchung durchführbar zu halten.“ Insgesamt wurden 215 Skelettelemente für die Analyse ausgewählt, von denen 188 Knochen Läsionen aufwiesen. Da zudem die Zahnmarkkammer eine bekannte Quelle für alte DNA von systemischen Krankheitserregern ist, die oft keine paläopathologischen Läsionen hinterlassen, wurden zusätzlich 131 Zähne für die Untersuchung auf alte Krankheitserreger-DNA ausgewählt.

Identifizierung und Authentifizierung von Erreger-DNA

Im Anschluss an die Archivierungsarbeiten wurden alle ausgewählten Proben zur molekularbiologischen Untersuchung in eine Reinraumanlage am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie gebracht. „Die Extraktion alter DNA aus Skelettelementen erfordert einen Reinraum und persönliche Schutzausrüstung – eine aufwendige Vorsichtsmaßnahme, die notwendig ist, um das Risiko einer Kontamination der Proben mit moderner DNA zu minimieren“, erklärt die Expertin für alte DNA, Anne Kathrine W. Runge. Nach der Sequenzierung der aus jeder Probe extrahierten DNA wurden die genetischen Daten mithilfe einer zuvor entwickelten, hochsensiblen computergestützten Methode auf DNA-Fingerabdrücke alter Krankheitserreger untersucht. „Wir waren erfreut, alte DNA-Signaturen für viele verschiedene zoonotische Krankheitserreger zu entdecken, obwohl die Menge an alter DNA meist nicht ausreichte, um ein Genom zu rekonstruieren und eingehende Vergleiche mit der Vielfalt derselben Krankheitserreger bei modernem Vieh und Menschen anzustellen“, sagt Ian Light-Maka, Mitautor und Bioinformatiker. Dennoch wiesen zwei zoonotische Erreger, Streptococcus lutetiensis, der Mastitis verursacht, und Erysipelothrix rhusiopathiae, der zu Hautinfektionen führt, ausreichende alte DNA-Fragmente für eine solche Analyse auf. „Die abgeleiteten Verwandtschaftsbeziehungen bestätigen die historische Authentizität und untermauern die Möglichkeit, prähistorische Pathogen-Genome aus Tierresten zu identifizieren“, fügt Light-Maka hinzu.

Unter den Proben, die positiv auf pathogene DNA getestet wurden, wiesen die meisten identifizierte pathologische Läsionen auf. „Dass vor allem Proben positiv getestet wurden, die Läsionen aufwiesen, die auf Infektionskrankheiten hindeuten, bestätigt unser Priorisierungsschema und hilft bei zukünftigen Untersuchungen, trotz finanzieller Einschränkungen geeignete Proben auszuwählen. Es bleibt jedoch wichtig, verschiedene Skelettteile zu untersuchen, da sich die Biologie der Erreger unterscheidet und viele Erreger, beispielsweise bei Blutbahninfektionen, möglicherweise am besten in anderen Elementen des Skelettsystems wie den Zähnen identifiziert werden können “, betont Kamilla Pawłowska. Alle Autoren heben hervor, dass diese Studie die Bedeutung paläopathologischer Untersuchungen an Tieren verdeutlicht und einen vielschichtigen Ansatz zur Rekonstruktion der Gesundheit in der Vergangenheit untermauert.

Zukünftige Arbeiten an alten Pathogengenomen, die aus tierischen, aber auch menschlichen Überresten rekonstruiert werden, versprechen ein besseres Verständnis des Ursprungs heutiger zoonotischer Krankheiten. Angesichts großer Sammlungen tierischer Überreste, die für Untersuchungen von Krankheitserregern noch unerschlossen sind, fasst Felix M. Key zusammen: „Da sich das Pendel in der Genomik alter Krankheitserreger in Richtung nicht-menschlicher Wirtsarten bewegt, liefert unsere Studie einen wichtigen Beitrag in diesem aufstrebenden Forschungsfeld, um die Entstehung menschlicher Infektionskrankheiten besser zu verstehen.“

Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Originalpublikation:

W. Runge, A.K., Light-Maka, I., Massy, K. et al. Probing the zooarchaeological record across time and space for ancient pathogen DNA. Nat Commun 17, 3469 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-71543-4

Verstehen, wie Gene zusammenwirken

Mon, 04 May 2026 11:44:35 +0200

Unter maßgeblicher Beteiligung des kanadischen Donnelly Centre, der University of Minnesota, des kanadischen Hospital for Sick Children, des Universitätsklinikums Bonn und der Universität Bonn konnte jetzt im Fachjournal Cell ein erster Entwurf veröffentlicht werden. Dieser deckt derzeit etwa 2,5 Prozent aller möglichen Genpaare ab.

Die meisten Gene im Genom können ohne Folgen für die Zelle entfernt werden – eine Beobachtung die nur Beschränkt zu unserem Verständnis von Evolution passt. Eine Erklärung wäre, dass diese Gene nur dann entbehrlich sind, wenn ein anderes Gen ihre Funktion übernimmt. In diesem Fall wären Folgen für den Organismus nur dann beobachtbar, wenn zwei Gene gleichzeitig verloren gehen. Diese sogenannte Gen-Gen-Beziehung wird als genetische Interaktion (GI) bezeichnet. Vor fast drei Jahrzehnten begannen Letztautoren Charles Boone und Brenda Andrews vom Donnelly Centre an der University of Toronto in Kanada und Chad Myers an der University of Minnesota fast alle möglichen Genpaare im genetischen Modellsystem Hefe gemeinsam auszuschalten, was die GI-Hypothese bestätigte. Mit der Entdeckung der Genschere CRISPR-Cas9 wurden ähnliche Studien im menschlichen Genom möglich, ein Feld das Letztautor Jason Moffat Hospital for Sick Children maßgeblich mit entwickelte.

Mit dem jetzt veröffentlichen ersten Entwurf der GI-Karte etablierte ein Team um Erstautor Jun-Prof. Maximilian Billmann vom Institut für Humangenetik des UKB eine Plattform zur Genbearbeitung, um Genpaare in einer kultivierten menschlichen Zelllinie in beispiellosem Umfang zu untersuchen. Das Team entwickelte zudem einen computergestützten Algorithmus, um etwa 90.000 GIs in den vier Millionen untersuchten Genpaaren zu identifizieren. Zu diesen GIs gehörten Genpaare, die Wirkstoffziele und Gene verbinden, die bei menschlichen Krankheiten mutiert sind. „Dies zeigte uns, dass Gene, die im menschlichen Genom entbehrlich erscheinen mögen, tatsächlich Teil eines komplexeren Regulationssystems sind, das die Evolution aufgebaut hat, um eine Zelle robuster zu machen“, sagt Billmann, der ein Mitglied in den Transdisziplinäre Forschungsbereichen (TRA) „Modelling“ und „Life and Health“ der Universität Bonn ist. „Wir glauben, dass unsere Karte noch viele weitere Gen-Gen-Beziehungen enthält, die ebenfalls zur Bekämpfung menschlicher Krankheiten genutzt werden können. Tatsächlich ermöglichte die GI-Karte auch die Vorhersage einer Funktion für Gene, die zuvor unbekannt waren.“

Der erste Entwurf der menschlichen GI-Karte deckt derzeit etwa 2,5 Prozent aller möglichen Genpaare ab. Es müssen noch viele weitere Genpaare untersucht werden, um unser Verständnis des menschlichen Genoms zu vervollständigen. „Wir können jedoch nicht einfach blind alle noch nicht untersuchten Genpaare messen. Stattdessen müssen wir aus den Prinzipien unseres ersten Entwurfs der GI-Karte lernen und die vielversprechendsten GIs vorhersagen“, sagt Billmann, der für dieses Ziel computergestützte Algorithmen entwickelt. „Künstliche Intelligenz hat viele Disziplinen verändert. Die funktionelle Interpretation des menschlichen Genoms war jedoch bislang durch Datenmangel eingeschränkt. Wir sind gespannt, wie die Daten, deren Erfassung wir vor fast einem Jahrzehnt begonnen haben, diese Lücke füllen können.“

Universitätsklinikum Bonn

Originalpublikation:

Maximilian Billmann, Michael Costanzo, Xiang Zhang, Arshia Z. Hassan, Mahfuzur Rahman, Kevin R. Brown et al.: A global genetic interaction network of a human cell maps conserved principles and informs functional interpretation of gene co-essentiality profiles¸ Cell; DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.03.044