VBIO News

Wie sich Bakterien opfern, um Antibiotika unwirksam zu machen

Thu, 16 Jul 2026 12:28:53 +0200

Das Team um Professor Dr. Joachim Krug in Köln und Professor Dr. Arjan de Visser in Wageningen zeigte, dass Escherichia coli (E. coli) Bakterien ein Enzym herstellen können, welches das Antibiotikum chemisch abbaut und auf diese Weise unschädlich macht. Da das Enzym insbesondere von sterbenden Bakterien freigesetzt wird, sprechen die Forschenden von einem „altruistischen Zelltod“, der der Gesamtpopulation das Überleben sichert. Die Ergebnisse helfen, die kollektiven Überlebensmechanismen von Bakterien zu verstehen und damit auch die Wirksamkeit bestehender und zukünftiger Antibiotika zu verbessern. Sie wurden unter dem Titel „Contributions of intra- and extracellular antibiotic degradation to collective β-lactam survival“ in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1310 „Vorhersagbarkeit in der Evolution“ gefördert.

Ausgangspunkt für das Projekt war die Entdeckung des Erstautors der Studie, Dr. Rotem Gross (Universität zu Köln), dass Bakterienkulturen zwar zunächst absterben, wenn sie dem Antibiotikum ausgesetzt werden, sich aber nach einiger Zeit erholen und ungehindert weiterwachsen. Das Team untersuchte zwei verschiedene Stämme von E. coli-Bakterien, Erreger unter anderem von Harnwegsinfektionen, aber auch von Blutvergiftungen und Krankenhausinfektionen, und ihre Reaktion auf den Einsatz von Beta-Lactamen, der weltweit am häufigsten eingesetzten Klasse von Antibiotika. Die Bakterien produzieren das Enzym Beta-Lactamase, welches das Antibiotikum chemisch abbaut. Sobald dessen Konzentration durch die Enzymaktivität unter einen Schwellenwert gesunken war, begannen die Bakterienkulturen sich zu erholen. „Das Absterben eines Teils der Bakterien trägt somit maßgeblich zum langfristigen Überleben der Gesamtpopulation bei, was als Beispiel für altruistisches kollektives Verhalten interpretiert werden kann“, sagt Joachim Krug.

Neben den absterbenden Bakterien tragen auch die überlebenden Bakterien zur Abwehr bei. Auch sie produzieren das Enzym, es verbleibt jedoch im Zellinneren und baut das über die Zellmembran aufgenommene Antibiotikum dort ab. Bei den sterbenden Bakterien wird das Enzym freigesetzt. Dies passiert in beiden untersuchten E. coli-Stämmen. Doch wie die Forschenden feststellten, variiert der Beitrag des Zelltods zur Reduktion des Antibiotikums erheblich zwischen den beiden untersuchten E. coli-Stämmen. Dies lässt den Schluss zu, dass die Stämme auch unterschiedlich auf die Zugabe von Beta-Lactamase-Hemmern reagieren werden, da sie nur im Nährmedium wirksam sind und nicht in intakte Zellen eindringen können. Beta-Lactamase-Hemmer sind Zusatzstoffe, die den Resistenzmechanismus von Bakterien umgehen sollen. Ein höheres Maß an altruistischem Zelltod macht die Population deshalb anfälliger für diese Zusatzstoffe, die bereits heute routinemäßig zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden. Joachim Krug: „Die Vielfalt der Abwehrmechanismen, die die Bakterien selbst unter einfachen Laborbedingungen mobilisieren können, hat uns verblüfft.“ Entsprechend groß sei die Herausforderung, die Wirksamkeit spezifischer Antibiotika unter realistischen physiologischen Bedingungen vorherzusagen – eine Aufgabe, die das Team in Zukunft angehen möchte.

Universität Köln

Originalpublikation:

R. Gross, M. Mungan, S.G. Das, M. Yüksel, B. Maier, T. Bollenbach, J.A.G.M. de Visser, & J. Krug: Contributions of intra- and extracellular antibiotic degradation to collective β-lactam survival, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (29) e2526410123, https://doi.org/10.1073/pnas.2526410123 (2026).

Weltweit größte Studie deckt genetische Vielfalt bei Parkinson auf

Thu, 16 Jul 2026 12:19:53 +0200

Parkinson ist nach Alzheimer die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung weltweit und zählt laut Weltgesundheitsorganisation zu den am schnellsten zunehmenden neurologischen Erkrankungen. Die genetische Forschung dazu stützte sich bislang jedoch fast ausschließlich auf Menschen europäischer Abstammung. Dies ist ein Problem, denn welche genetischen Ursachen hinter der Erkrankung stecken, hängt stark davon ab, woher ein Mensch stammt.

Die Arbeit ist Teil des Global Parkinson’s Genetics Program (GP2), eines internationalen Konsortiums, das genetische Daten von Menschen mit Parkinson aus aller Welt zusammenführt, um Diagnostik und Präzisionsmedizin weiterzuentwickeln. „GP2 ermöglicht die Einbindung zahlreicher Kohorten aus unterschiedlichen Weltregionen und damit eine bislang unerreichte Breite und Tiefe der genetischen Analysen“, erläutert Prof. Dr. Christine Klein vom Institut für Neurogenetik der Universität zu Lübeck und betont: „Ohne die enge Zusammenarbeit mit den zahlreichen GP2-Partnerzentren und deren Kohorten wäre eine Studie dieser Größe und Vielfalt nicht möglich gewesen.“

Große regionale Unterschiede in der Häufigkeit von Genvarianten

Im Mittelpunkt stehen zwei Gene, GBA1 und LRRK2, die bereits Ziel neuer Medikamente sind. Beide liefern Bauanleitungen für Enzyme, die für die „Müllentsorgung“ in Nervenzellen zuständig sind. Funktionieren sie nicht richtig, können sich schädliche Eiweißablagerungen anhäufen und somit zur Entstehung von Parkinson führen. Die Studie zeigt: Diese Gene sind zwar weltweit von Bedeutung, doch welche Veränderungen wo auftreten, unterscheidet sich von Region zu Region teils erheblich.

Warum das für Betroffene zählt

Für die Untersuchung wertete das Team genetische Daten von fast 100.000 Menschen aus elf Weltregionen aus. Knapp ein Drittel stammt davon aus Bevölkerungsgruppen, die in der bisherigen Forschung kaum vorkamen, etwa aus Afrika, Lateinamerika und Asien. Das Ergebnis hat unmittelbare Folgen, denn wird die genetische Diagnostik nur auf die in Europa bekannten Varianten ausgerichtet, bleiben Krankheitsursachen bei Menschen anderer Herkunft oft unentdeckt. Sie fallen damit auch durch das Raster, wenn es um neue, genetisch gezielte Therapien geht – die bislang fast ausschließlich in Europa und Nordamerika erprobt werden.

„Unsere Studie ist ein wichtiger erster Schritt hin zu einer wirklich globalen Präzisionsmedizin bei Parkinson. Bevor wir genetisch zielgerichtete Therapien weltweit verfügbar machen können, müssen wir verstehen, welche genetischen Ursachen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen eine Rolle spielen und wo sich potenziell für zukünftige genetisch stratifizierte klinische Studien geeignete Patientinnen und Patienten befinden“, ergänzt Dr. Lara M. Lange.

Lübecker Beteiligung

Aus Lübeck flossen Daten aus eigenen Patientenkohorten in die Analysen ein. Darüber hinaus leitet Prof. Klein vom Institut für Neurogenetik das Monogenic Network innerhalb von GP2, über das genetisch besonders gut charakterisierte Parkinson-Fälle aus vielen internationalen Kohorten in die Studie eingebracht wurden. Dr. Lange war bereits als Postdoktorandin am Institut für Neurogenetik in Lübeck maßgeblich am Aufbau dieses Monogenic Network beteiligt und hat dessen Struktur und wissenschaftliche Ausrichtung entscheidend mitgeprägt. GP2 und die Vielzahl der beteiligten Kohorten bilden so die Basis dafür, dass die Studie die genetische Vielfalt von Parkinson über elf Bevölkerungsgruppen hinweg sichtbar machen konnte.

Universität Lübeck

Originalpublikation:

Lange L, Fang Z, Makarious M et al.: Parkinson's disease genetics across diverse ancestries: an observational genetic study of causal and risk variants with translational implications, The Lancet Neurology, 25, 741-754, DOI: 10.1016/S1474-4422(26)00198-5

Quizze zu Igel, Zitronenfalter und Co. – Leibniz-IZW startet Forschungsprojekt zum Wissen über heimische Tierarten

Thu, 16 Jul 2026 12:10:00 +0200

Das Aussehen von heimischen „Allerweltsarten“ ist nahezu allen Menschen in Deutschland bekannt und viele können einen Spatzen, eine Meise, einen Igel, einen Marienkäfer oder einen Zitronenfalter erkennen und benennen. Doch sagen diese Kenntnisse noch wenig darüber aus, was der Mehrheit der Bevölkerung tatsächlich zur Lebensweise dieser Tiere, zu ihrem Verhalten, zur Interaktion mit anderen Tierarten oder zur Bedrohung durch den Menschen bekannt ist. Dieses biologische und ökologische Wissen zu sehr bekannten Tierarten systematisch zu erfassen und wissenschaftlich auszuwerten, ist das Ziel eines neuen institutseigenen Forschungsprojekts am Leibniz-IZW. Ab dem 15. Juli 2026 sind Bürgerinnen und Bürger aufgerufen, sich am großen Artenquiz auf der Website des Instituts zu beteiligen und Wissensquizze auszufüllen – um ihre Kenntnisse über heimische Wildtiere zu testen und Daten für die wissenschaftliche Auswertung zu generieren. Die Quizze liegen in deutscher Sprache vor und können von Jung und Alt ausgefüllt werden – auch im Rahmen naturwissenschaftlichen Unterrichts in Schulen.

Zum Start des Projekts wird je ein Quiz zum Igel und zum Zitronenfalter verfügbar sein. Über einen Zeitraum von einem Jahr folgen jeden Monat zwei neue Quizze zu weiteren Tierarten; jedes Tierart-Quiz wird genau zwei Monate online zur Verfügung stehen. Nach Abschluss der Quizserie werden die Antworten wissenschaftlich systematisiert und ausgewertet. Die Teilnahme ist anonym, alle abgefragten Daten zu den Teilnehmenden sind nicht auf die Person rückführbar und dienen allein der wissenschaftlichen Analyse.

Link zu den Quizzen

https://www.izw-berlin.de/de/das-grosse-artenquiz-wildtiere-in-deutschland.html

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

Nacktmulle: Der Duft des Erfolgs

Thu, 16 Jul 2026 11:49:52 +0200

Man stelle sich das Szenario vor: Ein Staatsoberhaupt verströmt einen Duft, der dafür sorgt, dass mögliche Konkurrenz erst gar nicht auf dumme Gedanken kommt, sondern ruhig und pflichtbewusst der ihr zugeteilten Arbeit nachgeht. Klingt nach einer etwas düsteren Utopie? Im Nacktmull-Staat ist es die Realität.

Ein internationales Team um Professor Gary Lewin, Leiter der Arbeitsgruppe „Molekulare Physiologie der somatosensorischen Wahrnehmung“ am Max Delbrück Center in Berlin, hat herausgefunden, dass die Königin der in Kolonien lebenden Nacktmulle, einer afrikanischen Säugetierart, eine flüchtige Substanz namens Isopropylmyristat absondert. Sie bewirkt, dass alle anderen Weibchen der Gruppe unfruchtbar bleiben.

„Das funktioniert sogar dann, wenn die Königin selbst gar nicht anwesend ist, sondern die Tiere nur diesem Duftstoff ausgesetzt sind“, erklärt der Erstautor der Studie, Dr. Mohammed Khallaf aus Lewins Team. Veröffentlicht ist die Publikation, an der Arbeitsgruppen aus Berlin, Frankfurt, Jena, München und Paris sowie aus Ägypten, Südafrika, Tansania, Tschechien und den USA beteiligt waren, in der Zeitschrift „Nature“.

Für Menschen geruchlos, für Nacktmulle nicht

Seit rund einem Vierteljahrhundert erforscht Lewin die Biologie der Nacktmulle, die auch aus medizinischer Sicht äußerst interessant sind: Die Nagetiere, von denen am Max Delbrück Center derzeit rund 450 Exemplare ähnlich wie in ihrer Heimat in Tunnelsystemen leben, werden uralt, erkranken nicht an Krebs und empfinden wenig Schmerzen. Darüber hinaus zählen sie zu den ganz wenigen Säugetierarten, die eusozial sind, also wie Bienen oder Ameisen in festen Staaten leben – mit einer sich stetig fortpflanzenden Königin an der Spitze und vielen unfruchtbaren Arbeiter*innen, die zusammen Futter beschaffen, den Nachwuchs aufziehen und anderen Aufgaben, die der Gemeinschaft dienen, nachgehen.

„Für unsere aktuelle Studie wollten wir herausfinden, über welche biologischen Mechanismen die Königin ihre Alleinherrschaft aufrechterhält“, erklärt Lewin. „Wir hatten vermutet, dass Duftstoffe ähnlich wie bei Insekten eine wichtige Rolle spielen – auch weil wir festgestellt hatten, dass Nacktmulle mit ihrem Geruchssinn Tiere der eigenen und einer fremden Kolonie unterscheiden.“ Deshalb haben er und sein Team zunächst per Massenspektrometrie jene flüchtigen Substanzen charakterisiert, die ausschließlich die Königinnen im Unterschied zu den Arbeiter*innen verströmen.

Die Forschenden stießen auf eine bekannte Chemikalie namens Isopropylmyristat, die unter anderem in vielen Kosmetikprodukten enthalten ist – als Lösungsmittel und feuchtigkeitsspendende Substanz. Für Menschen ist sie nahezu geruchlos, für Nacktmulle offenbar nicht: „Mit elektrophysiologischen Methoden und funktionellem Ultraschall, der die Durchblutung und damit die Aktivität einzelner Hirnregionen erfasst, konnten wir nachweisen, dass ihre Riechrezeptoren die Substanz wahrnehmen und dass deren Signale im Geruchszentrum des Gehirns verarbeitet werden“, erläutert Khallaf. „Hochrangige Tiere mieden den Geruch zudem, wenn sie die Möglichkeit dazu erhielten – wahrscheinlich weil er sie an die Dominanz ihrer Königin erinnert.“

Der Duft der Königin beeinflusst die Hormone

Stirbt eine Nacktmull-Königin oder wird sie aus der Kolonie entfernt, kommt es innerhalb weniger Tage zu heftigen Kämpfen und neuen Sexualkontakten. Sobald das erste Weibchen trächtig ist, wird es zur neuen Königin und im Staat kehrt wieder Ruhe ein. „Wir haben in unseren Experimenten allerdings festgestellt, dass für die Harmonie in der Gruppe die Anwesenheit der Königin nicht zwingend notwendig ist“, sagt Lewin. „Es reicht aus, wenn wir dort täglich Isopropylmyristat versprühen.“ Ohne den Duft der Königin beginnen die Kämpfe nach kurzer Zeit erneut.

Ihre Wirkung entfaltet die Substanz auch in Zweiergruppen. „Bringt man ein Weibchen und ein Männchen einer Kolonie in einem Käfig zusammen, werden sie nach ein paar Tagen sexuell aktiv“, berichtet Khallaf. „Das passiert nicht, wenn sie jeden Tag Kontakt zur Einstreu und damit zum Geruch ihrer Königin haben. Erstaunlicherweise erwacht ihr sexuelles Interesse auch dann nicht, wenn wir täglich Isopropylmyristat in ihrem Käfig verteilen.“

Wie die Forschenden in weiteren Experimenten herausfanden, bewirkt die Substanz in den Nacktmullen einen Anstieg des Hormons Prolaktin, das bei Säugetieren die Fruchtbarkeit reduziert. Gleichzeitig hält sie den Progesteron-Spiegel auf einem niedrigen Niveau. Dieses Hormon erhöht die Fruchtbarkeit. „Beide Befunde erklären, warum Nacktmulle, die dem Duft der Königin ausgesetzt sind, sich nicht fortpflanzen“, sagt Lewin.

Unterschiedliche Arten, ähnliche Strategien

Die Wissenschaftler*innen konnten zudem zeigen, dass die Königin nur dann Isopropylmyristat produziert, wenn sie trächtig ist. „Kann sie sich nicht mehr fortpflanzen, steigen bei den anderen Tieren die Progesteron-Werte und die Prolaktin-Werte sinken“, berichtet Lewin. In der Kolonie komme es dann erneut zu Kämpfen um die Thronfolge.

„Der Gedanke, dass allein ein Geruch den Frieden sichern und Gewalt verhindern kann, mag an Science Fiction erinnern“, sagt Khallaf. „In der Nacktmull-Welt ist er verwirklicht.“ Das gesamte Team sei überrascht gewesen, dass ein so komplexes soziales System von einem einzigen chemischen Signal reguliert werde – und nicht wie bei den Insekten von einem Cocktail an Pheromonen. „Doch offenbar greift die Evolution auch bei extrem unterschiedlichen Arten gerne auf bewährte und dann noch vereinfachte Strategien zurück.“

Max Delbrück Center

Originalpublikation:

Khallaf, M.A., Hart, D.W., Luo, W. et al. A queen odour mediates reproductive suppression in a eusocial mammal. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10772-5

Wie „gute“ Immunzellen bei der Regeneration von Rückenmarksverletzungen helfen

Thu, 16 Jul 2026 11:43:28 +0200

Rückenmarksverletzungen beim Menschen führen meist zu bleibenden Schäden. Der Grund: Das körpereigene Immunsystem gerät nach der Verletzung oft völlig aus dem Gleichgewicht. Diese überschießende Entzündungsreaktion lässt permanentes Narbengewebe entstehen, das das Nachwachsen von Nervenzellen und die Reparatur ihrer Verbindungen blockiert. Zebrafische hingegen haben die biologische Kunst perfektioniert, dieses zelluläre Chaos zu bändigen und Schäden am Rückenmark vollständig zu heilen. In einer neuen Studie, veröffentlicht im Journal of Neuroinflammation, entschlüsselt ein Forschungsteam um Prof. Thomas Becker am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) der Technischen Universität Dresden (TUD) und der Universität Edinburgh nun diesen Mechanismus: Die Fische setzen gezielt einen bestimmten Typ von Immunzellen ein, um die Entzündung sanft herunterzuregeln und den Weg für die Nervenregeneration freizumachen.

Das Immunsystem gleicht einem komplexen Orchester aus vielen verschiedenen Zelltypen, von denen jeder seinen ganz eigenen Teil beiträgt. Nach einer Verletzung eilen die sogenannten Neutrophile als allererste an den Ort des Geschehens. Bisher dachte man, diese Zellen räumen lediglich an der Wunde auf. Das Becker-Team entdeckte nun jedoch, dass eine ganz bestimmte Untergruppe dieser Neutrophile eine entscheidende Aufgabe hat: Wie ein Dirigent im Orchester signalisieren diese Zellen dem restlichen Immunsystem, seine Reaktion herunterzuregeln in einen harmonischen Rhythmus der Regeneration. Ihr Werkzeug dabei ist ein Signalmolekül namens Il-4.

„Ersthelfer“ bringen das System in Balance

Die Forschenden untersuchten die Rolle der Neutrophilen und des Signalmoleküls Il-4 bei Rückenmarksverletzungen von Zebrafischlarven. Wurde diese spezielle Zellgruppe im Experiment ausgeschaltet, geriet die Situation an der Wunde komplett aus der Balance: Andere Immunzellen produzierten entzündungsfördernde Proteine im Übermaß. Diese unkontrollierte Überreaktion blockierte die Fähigkeit der Fische, neue Nervenfasern zu bilden und ihre Bewegungsfähigkeit zurückzuerlangen. Als die Forschenden das Signalmolekül Il-4 jedoch künstlich an die Verletzungsstelle verabreichten, beruhigte sich die Entzündung sofort. Das Rückenmark regenerierte sich perfekt – selbst, wenn die Neutrophile physisch gar nicht vor Ort waren.

„Zum ersten Mal konnten wir zeigen, dass Neutrophile eine massiv aktive Rolle bei der erfolgreichen Reparatur des Rückenmarks spielen“, erklärt Prof. Thomas Becker, der die Studie geleitet hat. „Sie sind kein reines Aufräumkommando. Sie agieren wie Taktgeber, die anderen Immunzellen signalisieren, wieder einen harmonischen Rhythmus einzulegen. Ohne sie gerät das Immunsystem in eine zerstörerische Eigendynamik und verhindert jede Heilung. Mithilfe des Il-4-Moleküls dämmen die Neutrophile die Entzündung ein, sodass die empfindlichen Nervenfasern direkt durch die Verletzungszone wachsen können.“

Lehren für den Menschen

Warum Zebrafische das schaffen, was dem Menschen verwehrt bleibt, ist ein großes Rätsel der regenerativen Medizin. Während unsere eigene Immunantwort oft bleibende Schäden im Zentralnervensystem hinterlässt, liefert der Zebrafisch den Fahrplan für bisher ungenutzte medizinische Potenziale. Die Studie beweist nicht nur, wie wichtig die feine Regulation einer Entzündung für den Heilungsprozess ist, sondern zeigt auch exakt, wie das richtige Signal zum richtigen Zeitpunkt die Nervenregeneration reaktivieren kann.

„Natürlich stellt sich die Frage, inwieweit unsere Ergebnisse auf den Menschen zutreffen. Es bleibt abzuwarten, ob Il-4 beim Menschen eine ähnliche Rolle spielt und ob es die Entzündung so ausbalancieren kann, dass eine bessere Heilung an der Verletzungsstelle möglich wird“, sagt Xiaobo Tian, treibende Kraft hinter der Durchführung der Studie. „Es ist definitiv ein sehr vielversprechender Weg für zukünftige Studien am Menschen.“

TU Dresden

Originalpublikation:

Tian Xiaobo, X., Docampo-Seara, A., Heilemann, K. et al. A reparative neutrophil subpopulation accelerates spinal cord regeneration in zebrafish by controlling macrophage inflammation via Il-4. J Neuroinflammation (2026). doi.org/10.1186/s12974-026-03878-0

Entdeckung: Photosynthese ist mit nur einem Photosystem möglich

Thu, 16 Jul 2026 11:37:07 +0200

Es gibt nur wenige biologische Konzepte, die als so gesichert gelten, dass sie seit Jahrzehnten nahezu unverändert in jedem Lehrbuch stehen. Eines davon lautet: Für die sauerstoffbildende Photosynthese werden zwingend zwei Photosysteme benötigt. Die nun vorgelegten Ergebnisse zeigen, dass dieses grundlegende Prinzip offenbar nicht universell gilt.

Ein zentrales Dogma der Biologie

„Wenn ein Lehrbuchparadigma fällt, betrifft das nicht nur ein Detail unseres Wissens – es verändert unseren Blick auf einen fundamentalen biologischen Prozess“, sagt Professor Dario Leister, Inhaber des Lehrstuhls für Molekularbiologie der Pflanzen an der LMU und Leiter der Studie. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Natur deutlich flexibler ist, als wir bislang angenommen haben.“

Die Photosynthese versorgt die Erdatmosphäre mit Sauerstoff und bildet die Grundlage nahezu aller Nahrungsketten. Pflanzen, Algen und Cyanobakterien wandeln Sonnenlicht in chemische Energie um. Nach dem bisherigen Verständnis gelingt dies nur durch das Zusammenspiel zweier großer Proteinkomplexe: Photosystem II und Photosystem I. Dieses Prinzip gehört seit mehr als 50 Jahren zum Grundwissen der Biologie.

Die Entdeckung war reiner Zufall

Die Gruppe von Dario Leister wollte ursprünglich gar keinen alternativen Photosyntheseweg finden. Ziel war vielmehr, ein pflanzliches Photosystem I in das Cyanobakterium Synechocystis einzubauen. Mithilfe gentechnischer Methoden und adaptiver Labor-Evolution entstanden dabei Organismen, denen das Photosystem I vollständig fehlt.

„Eigentlich wollten wir etwas völlig anderes erreichen“, sagt Leister. „Dass daraus Organismen entstehen würden, die ohne Photosystem I wachsen, Kohlendioxid fixieren und Sauerstoff produzieren können, war vollkommen unerwartet.“ Die neuen Cyanobakterienstämme betreiben trotz des fehlenden Photosystems I vollständige sauerstoffbildende Photosynthese. Damit widerlegen sie die bislang geltende Annahme, dass Photosystem I für die Bildung des Reduktionsmittels NADPH unverzichtbar ist.

Ein alternativer Weg der Energieumwandlung

Das Team konnte außerdem einen Mechanismus identifizieren, der erklärt, wie die Bakterien das fehlende Photosystem kompensieren: Durch mehrere evolutionäre Anpassungen wird der photosynthetische Elektronentransport grundlegend umorganisiert. Ein besonders starker Protonengradient ermöglicht es dem NDH-1-Komplex, in umgekehrter Richtung zu arbeiten und so das Reduktionsmittel NADPH bereitzustellen – eine Funktion, die bislang ausschließlich Photosystem I zugeschrieben wurde.

Bedeutung weit über die Photosynthese-Forschung hinaus

Die Entdeckung verändere, so Leister, das Verständnis der Evolution der Photosynthese grundlegend und zeige, dass selbst einer der am besten untersuchten Prozesse der Biologie noch grundlegende Überraschungen bereithalte. Sie eröffnet neue Perspektiven auf die evolutionären Wege, über die sich sauerstoffbildende Photosynthese entwickeln konnte, und wirft grundlegende Fragen zur Entstehung und Anpassungsfähigkeit photosynthetischer Systeme auf. Langfristig könnten die Ergebnisse zudem neue Ansätze für die Entwicklung effizienterer photosynthetischer Systeme und biotechnologischer Anwendungen ermöglichen.

„Unsere Arbeit erinnert daran, dass selbst scheinbar unumstößliche Lehrbuchkonzepte durch neue experimentelle Befunde infrage gestellt werden können. Genau das macht Grundlagenforschung so spannend“, sagt Leister.

LMU München

Originalpublikation:

Ludwiczak, M., Dann, M., Figueroa-Gonzalez, T. et al. Photosystem I-independent oxygenic photosynthesis in cyanobacteria. Nat Commun 17, 6081 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-74903-2

Ältester fossiler Nachweis einer Kloake in der Säugetierlinie

Wed, 15 Jul 2026 12:18:33 +0200

Die Kloake ist ein gemeinsamer Ausführungsgang für Verdauungs-, Harn- und Geschlechtsorgane. Sie kommt heute bei Amphibien, den meisten Reptilien und Vögeln sowie bei wenigen Säugetieren, etwa den Kloakentieren, vor. Da Weichteilgewebe nur äußerst selten fossil erhalten bleiben, sind fossile Nachweise dieser anatomischen Struktur bislang eine große Ausnahme.

Das nun untersuchte Fossil stammt aus der weltberühmten Bromacker-Fundstelle und zeigt neben zahlreichen fossilen Trittsiegeln auch einen außergewöhnlich gut erhaltenen Schwanzabdruck. Im vorderen Bereich des Abdrucks befinden sich zwei Reihen erhöhter Schuppen, die durch einen senkrechten Schlitz getrennt werden. Diese Strukturen interpretieren die Forschenden als die Lippen und die Öffnung einer Kloake.

Anhand der Form des Schwanzabdrucks sowie der unmittelbar zugehörigen Fußspuren der Fährte Dimetropus konnte der Spurenerzeuger einer frühen Gruppe der Synapsiden zugeordnet werden. Besonders wahrscheinlich ist, dass die Spur von einem Vertreter der Caseiden stammt – pflanzenfressenden frühen Verwandten der Säugetiere, die während des Permokarbons vor etwa 305 bis 260 Millionen Jahren lebten. Die Entdeckung stellt den ersten fossilen Nachweis einer Kloake innerhalb der Synapsiden dar und erweitert unser Verständnis der Anatomie früher Säugetierverwandter erheblich.

Neue Erkenntnisse zur Evolution der Kloakenöffnung
Der Fund liefert zugleich wichtige Hinweise auf die Evolution der Kloakenöffnung bei Landwirbeltieren. Während frühere Untersuchungen an fossilen Reptilien auf eine waagerechte Ausrichtung der Kloakenöffnung hindeuteten, zeigt das neue Fossil erstmals eine deutlich senkrechte Orientierung bei frühen Synapsiden.

Durch den Vergleich mit heute lebenden Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren rekonstruierte das Forschungsteam die Entwicklung dieser anatomischen Struktur über fast 300 Millionen Jahre. Die Analysen sprechen dafür, dass eine vertikale Kloakenöffnung ursprünglich für die ersten modernen Landwirbeltiere charakteristisch war. Im Verlauf der Evolution änderte sich ihre Orientierung mindestens dreimal unabhängig voneinander: zunächst zu einer horizontalen Öffnung bei frühen Reptilien, später erneut zu einer vertikalen Ausrichtung bei den Vorfahren der Krokodile und Dinosaurier sowie schließlich wieder zu einer horizontalen Orientierung bei den Vögeln.

Warum diese Veränderungen stattfanden, ist bislang nicht eindeutig geklärt. Die Forschenden diskutieren verschiedene mögliche Ursachen, darunter Unterschiede in der Fortpflanzungsbiologie, Anpassungen an trockene Lebensräume, Thermoregulation durch Verdunstung über die Kloake oder Veränderungen der Körpergestalt wie die Verkürzung von Schwanz und Gliedmaßen.

Bedeutung für die Paläontologie
„Das Fossil belegt die Einzigartigkeit von Spurenfossilien, da sie Einblicke in Weichteile ermöglicht, die ansonsten nur selten im Fossilbericht erhalten bleiben“, sagt Erstautor Dr. Lorenzo Marchetti vom Museum für Naturkunde Berlin. Prof. Jörg Fröbisch, Co-Autor der Studie und Projektleiter am MfN ergänzt: „Diese Entdeckung zeigt außerdem, dass es besonders wichtig ist, neben neuen Funden aus laufenden Grabungen auch historische Funde mit neuen Methoden erneut zu untersuchen.“

„Der außergewöhnliche Erhaltungszustand des Fossils unterstreicht den wissenschaftlichen Wert der Bromacker-Fundstelle, die weltweit zu den bedeutendsten Fundorten für paläozoische Landwirbeltiere zählt“, sagt Dr. Tom Hübner, BROMACKER-Projektpartner von der Friedenstein Stiftung in Gotha, wo die außergewöhnlichen Bromacker-Funde aufbewahrt werden.

Mit dem ersten fossilen Nachweis einer Kloake bei frühen Synapsiden eröffnet die Entdeckung neue Perspektiven für die Erforschung der Evolution der Fortpflanzungs- und Ausscheidungsorgane sowie der Lebensweise der frühen Vorfahren der Säugetiere. Sie verdeutlicht zugleich, wie außergewöhnliche Fossilien bislang verborgene Aspekte der Evolution sichtbar machen können.

Museum für Naturkunde Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung

Originalpublikation:
Marchetti, L., Logghe, A., Rebillard, A., MacDougall, M. J. and Fröbisch, J. 2025. The evolutionary significance of the earliest cloacal opening in Synapsida. iScience. https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.116752

Mikrobiom im Darm: Gesamtmenge scheint wichtiger als genaue Zusammensetzung

Wed, 15 Jul 2026 12:09:45 +0200

Ob Stoffwechsel-, Herz-Kreislauf- oder chronisch-entzündliche Darmerkrankungen – zahlreiche Studien haben in den vergangenen Jahren Zusammenhänge zwischen dem Darmmikrobiom und der Gesundheit beschrieben. Doch viele dieser Befunde lassen sich bislang nur schwer reproduzieren. Trotz intensiver Forschung fehlen deshalb nach wie vor belastbare Mikrobiom-Merkmale, die eindeutig mit bestimmten Ernährungsweisen oder Erkrankungen verknüpft sind.

Dabei konzentriert sich die Mikrobiomforschung bislang vor allem auf qualitative Veränderungen: Welche Bakterienarten treten bei einer bestimmten Erkrankung auf? Welche nehmen zu, welche ab?

„Diese Sichtweise könnte jedoch unvollständig sein“, erklärt Studienleiter Prof. W. Florian Fricke vom Fachgebiet Mikrobiom und Angewandte Bioinformatik an der Universität Hohenheim. Denn neben der Zusammensetzung des Mikrobioms könnte auch dessen Quantität eine wichtige Rolle spielen – also, wie viele Mikroorganismen tatsächlich im Darm leben, wie stark sie sich vermehren und welche Konzentrationen sie dort erreichen.

Ernährung beeinflusst auch die Menge der Darmbakterien

In ihrer Studie untersuchten die Arbeitsgruppen von Prof. W. Florian Fricke vom Fachgebiet Mikrobiom und Angewandte Bioinformatik und von Prof. Axel Lorentz vom Fachgebiet Ernährungsmedizin und Prävention, wie unterschiedliche Ernährungsformen und Essensmuster die quantitativen Eigenschaften des Darmmikrobioms von Mäusen beeinflussen. Dazu verglichen sie die Effekte einer ballaststoffreichen Ernährung, des Intervallfastens sowie einer fettreichen Ernährung.

Das Ergebnis: Eine ballaststoffreiche Ernährung und eine zeitlich begrenzte Nahrungsaufnahme übten vergleichbare quantitative Effekte auf das Darmmikrobiom aus. Beide Ernährungsformen gingen mit einer verkürzten Darmpassage, einer geringeren mikrobiellen Dichte im Stuhl sowie einer reduzierten Ausscheidung von Mikroorganismen einher. Eine fettreiche Ernährung hingegen zeigte gegenteilige Effekte und war mit längeren Transitzeiten sowie einer erhöhten mikrobiellen Dichte verbunden.

Ähnliche entzündungshemmende Effekte trotz unterschiedlicher Zusammensetzung

Besonders bemerkenswert war, dass beide − eine ballaststoffreiche Ernährung und Intervallfasten − mit vergleichbaren entzündungshemmenden Reaktionen im Darm einhergingen und die Ausbildung von Entzündungsmarkern reduzierten. Dies ist ein Befund, der mit den bereits bekannten positiven Effekten der beiden Ernährungsformen übereinstimmt. Gleichzeitig unterschied sich die bakterielle Zusammensetzung des Mikrobioms jedoch deutlich bei den einzelnen Ernährungsformen.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Wirkungen des Mikrobioms auf den Organismus möglicherweise weniger von seiner exakten Zusammensetzung abhängen als bislang angenommen. Stattdessen könnten quantitative Eigenschaften entscheidend sein – also wie viele Mikroorganismen vorhanden sind und wie schnell sie sich vermehren können“, so Prof. Fricke.

Potenzial für Diagnostik und Therapie

Damit liefert die Studie einen neuen Ansatz, um die bislang häufig widersprüchlichen Ergebnisse der Mikrobiomforschung besser zu verstehen: „Wenn wir die Rolle des Mikrobioms für Gesundheit und Krankheit vollständig erfassen wollen, reicht es wahrscheinlich nicht aus zu fragen, welche Bakterien vorhanden sind. Wir müssen auch berücksichtigen, in welchen Mengen sie im Darm auftreten“, so der Wissenschaftler. Langfristig könnten quantitative Mikrobiomparameter dazu beitragen, robustere Biomarker für mikrobiomvermittelte Erkrankungen zu entwickeln und neue therapeutische Strategien zu erschließen. Damit könnten Erkenntnisse aus der Mikrobiomforschung künftig leichter den Weg in die klinische Praxis finden.

Universität Hohenheim

Originalpublikation:

Ruple HK, Schintgen L, Haasis E et al.: Distinct compositional changes but shared quantitative microbiome and anti-inflammatory modulations by diet, Cell Reports, doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117624

Immunantwort auf eigentlich harmlosen Hefepilz wird bei Morbus Crohn zum Problem

Wed, 15 Jul 2026 11:52:10 +0200

Fast jeder Mensch trägt Candida albicans in sich. Der Hefepilz besiedelt menschliche Schleimhäute wie beispielsweise im Mund oder im Darm: und das meist still und meist ohne Beschwerden. Das Immunsystem lernt früh, mit ihm umzugehen. Es bildet spezialisierte Abwehrzellen, sogenannte Th17-Zellen, die den Pilz in Schach halten. Was diese Zellen im gesunden Körper genau tun, wo sie entstehen und warum sie bei Morbus Crohn gefährlich werden können, hat ein Forschungsteam des Exzellenzclusters „Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel nun erstmals systematisch aufgedeckt. Die Studie ist heute in der Fachzeitschrift Immunity erschienen.

Präzise Abwehr gegen einen alten Bekannten
Das Immunsystem hält Candida albicans mit einer bestimmten Klasse von Abwehrzellen in Schach: den Th17-Zellen. Sie patrouillieren an menschlichen Schleimhäuten und schütten Botenstoffe aus, die den Pilz kontrollieren. Jede dieser Th17-Zellen reagiert dabei auf ein bestimmtes Ziel, ein sogenanntes Antigen.
Der Hefepilz Candida albicans besitzt Tausende solcher möglichen Zielstrukturen. Man würde erwarten, dass die Th17 Zellen viele davon erkennen und so eine breite, diversifizierte Immunantwort gegen viele verschiedene Pilzproteine entsteht. Doch das Gegenteil ist der Fall: Die Th17-Antwort richtet sich auf eine überraschend kleine Auswahl von Pilzproteinen und diese stammen vor allem aus extrazellulären Vesikeln. Das sind winzige Partikel, die Candida aktiv nach außen abgibt – gewissermaßen seine Botschaften an die Umgebung. Dass genau diese Vesikel die Th17 Antwort so stark beeinflussen, war bisher nicht bekannt. „Wir haben nicht erwartet, dass die Immunantwort gegen Candida albicans so fokussiert ist. Dass sich das gesamte Candida-spezifische Th17-Repertoire auf eine Handvoll Proteine aus extrazellulären Vesikeln konzentriert, war für uns ein echter Überraschungsbefund", sagt Gabriela Rios Martini, Erstautorin der Studie. Diese fokussierte Antwort hängt vermutlich mit den Vesikeln selbst zusammen. „Die Schleimhautbarriere wirkt vermutlich als Filter: Im gesunden Zustand können vor allem die Vesikel passieren, wodurch wahrscheinlich nur diese Proteine dem Immunsystem zur Verfügung stehen“, sagt Philipp Hofmann, ebenfalls Erstautor der Studie.

Die Mundschleimhaut als Ursprungsort?
Wo genau diese Candida albicans-spezifischen Th17-Zellen ihren Ursprung haben, war bisher ungeklärt. Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mundschleimhaut dabei eine wichtige Rolle spielt. Dort lassen sich besonders viele dieser Th17-Zellen nachweisen. Das macht biologisch Sinn: Die Mundschleimhaut ist ein wichtiger Kontaktpunkt zwischen Candida und dem menschlichen Körper. Dort begegnet das Immunsystem dem Pilz vermutlich häufig, was zur Prägung und Aktivierung entsprechender Immunantworten beitragen könnte.

Gemeinsame Immunzellen in Mund und Darm
Um zu verstehen, ob dieselben Th17 Zellen auch anderswo im Körper auftauchen, analysierte das Forschungsteam die T-Zell-Rezeptoren von Zellen aus verschiedenen Geweben. Jeder T-Zell-Rezeptor ist einzigartig: Er funktioniert wie ein molekularer Fingerabdruck, der verrät, welches Antigen eine Zelle erkennt. Taucht derselbe Fingerabdruck in zwei verschiedenen Geweben auf, stammen die Zellen höchstwahrscheinlich aus derselben Immunreaktion.
Das Team konnte genau das nachweisen: Identische Immunzellklone tauchen sowohl in der Mundschleimhaut als auch im Darm auf. Und als wichtigster Treiber dieser Überschneidung erwies sich Candida albicans. Mund und Darm sind immunologisch also enger miteinander verbunden als bisher angenommen.

Wenn die Kontrolle verloren geht
Bei gesunden Menschen bleiben die Candida-spezifischen Th17-Zellen in einem stabilen, kontrollierten Zustand. Im entzündeten Darm von Morbus-Crohn-Patientinnen und -Patienten verändert sich das. Dort reichern sich diese Zellen an und tragen dabei molekulare Merkmale, die auf eine Prägung in der Mundschleimhaut hinweisen. Sie sind also keine neu entstandenen Zellen, sondern die alt bekannten Immunzellklone in einer neuen Umgebung.
Allerdings verändert diese Umgebung die Immunzellen. Sie behalten zwar ihre ursprüngliche Spezifität und erkennen nach wie vor dieselbe kleine Auswahl von Pilzproteinen. Doch sie nehmen zusätzliche Eigenschaften an, die mit einer potenziell gewebsschädigenden Immunreaktion in Verbindung stehen. Was sich verändert, ist nicht das Ziel der Immunantwort – sondern die Art, wie sie ausgeführt wird.

Ein neuer Ansatzpunkt
Die Ergebnisse eröffnen eine neue Perspektive auf die chronische Entzündung bei Morbus Crohn. Bisherige Therapien dämpfen oft große Teile des Immunsystems. Ein so präziser Befund wie dieser könnte künftig einen gezielteren Ansatz ermöglichen: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass bereits vorhandene, eigentlich homöostatische Th17-Zellen im Krankheitskontext funktionelle Veränderungen durchlaufen, anstatt infolge der Entzündung im Darm neu zu entstehen“ sagt Prof. Petra Bacher, Direktorin des Institutes für Medizinische Immunologie und Seniorautorin der Studie. „Das gibt uns einen konkreten Ausgangspunkt für gezieltere Therapieansätze".

Auch bereits vorhandene Biologika könnten die veränderten Th17 Zellen gegen C. albicans modulieren. Wirkstoffe, die die Wanderung von Immunzellen beeinflussen, wie α4β7-Integrin-Antagonisten oder S1P-Modulatoren, könnten verhindern, dass sich die Candida-reaktiven Th17-Zellen im Darm anreichern. Anti-IL-23-Therapien wiederum könnten ihre krankheitsfördernden Eigenschaften abschwächen. Wie sich diese Biologika-Therapien konkret auf diese Immunzell-population auswirken, soll in weiteren Studien untersucht werden.
„Die Arbeit ist ein hervorragendes Beispiel für die Übertragung von Forschungsergebnissen in die Klinik, insbesondere im Hinblick auf die Rolle von Candida. Diese Ergebnisse dokumentieren auch die besondere Rolle immunologischer Forschung in der Entzündungsmedizin“ sagt Prof. Stefan Schreiber, Sprecher des Exzellenzclusters PMI und Direktor der Klinik für Innere Medizin I, UKSH, Campus Kiel, mit dessen Zusammenarbeit die Studie durchgeführt wurde.

PMI Exzellenzcluster Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen

Originalpublikation:

Martini G, Hofmann P, Kamps A et al.: Antigen-restricted Candida albicans Th17 cells link oral-gut immunity and adopt pathogenic features during intestinal inflammation, Immunity, 2026; DOI: 10.1016/j.immuni.2026.06.013

Schon wirbellose Tiere können sich an Krankheitserreger anpassen

Wed, 15 Jul 2026 10:58:00 +0200

Das sogenannte angeborene Immunsystem gilt als die erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Nach der klassischen Lehrmeinung reagiert es schnell, aber weitgehend unspezifisch auf eindringende Mikroorganismen. Dagegen wird dem „adaptiven Immunsystem“ der Wirbeltiere die Fähigkeit zugeschrieben, zwischen nützlichen und schädlichen Mikroorganismen gezielt zu unterscheiden. Denn erst das adaptive Immunsystem besitzt Antikörper und Gedächtniszellen, die durch den Kontakt mit Krankheitserregern im Laufe des Tierlebens trainiert werden.

In der nun in Nature Communications erschienenen Studie zeigt ein Forschungsteam um Prof. Dr. Sebastian Fraune von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) am Institut für Zoologie und Organismische Interaktionen zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, dass diese Sichtweise ergänzt werden muss. Die Forschenden wiesen nach, dass bereits ein evolutionär sehr ursprüngliches Tier, die Seeanemone Nematostella vectensis, Mikroorganismen gezielt unterscheiden kann – obwohl sie ausschließlich über ein angeborenes Immunsystem verfügt.

Im Mittelpunkt der Arbeit standen frei bewegliche Zellverbände im Inneren der Seeanemone, die sogenannten Nematosomen. Die Forschenden zeigten, dass diese Strukturen bevorzugt fremde Bakterien aufnehmen und abbauen, während sie die natürlich zur Seeanemone gehörenden und für sie nützlichen Bakterien, ihr „Mikrobiom“, weitgehend verschonen. Auf diese Weise tragen die Nematosomen dazu bei, eine stabile und gesunde Gemeinschaft im Mikrobiom zu erhalten.

Eine Schlüsselrolle spielt das Gen cJun, das die Funktion der Nematosomen steuert. Mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 schaltete die Forschenden dieses Gen gezielt aus. Die veränderten Tiere bildeten deutlich weniger Nematosomen und verloren die Fähigkeit, fremde und körpereigene Bakterien zuverlässig zu unterscheiden. Dadurch geriet das Mikrobiom aus dem Gleichgewicht und die Tiere wurden anfälliger für bakterielle Infektionen.

Dr. Nida Kaya ist Erstautorin der Studie, die Forschungen waren Schwerpunkt ihrer Promotion: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die gezielte Erkennung von Mikroorganismen kein Privileg des adaptiven Immunsystems ist. Vielmehr besitzen bereits Wirbellose hochentwickelte Mechanismen, mit denen sie ihre nützlichen Mikroorganismen fördern und potenziell schädliche Bakterien gezielt kontrollieren können.“

Prof. Fraune ergänzt: „Die Fähigkeit, Mikroorganismen selektiv erkennen zu können, ist damit vermutlich deutlich älter als bisher angenommen. Sie entwickelte sich bereits früh in der Evolution der Tiere. Dazu liefert diese Studie wichtige neue Erkenntnisse über die evolutionären Ursprünge des Immunsystems. Sie zeigt, wie Tiere seit Hunderten von Millionen Jahren das Gleichgewicht zwischen nützlichen Mikroorganismen und Krankheitserregern aufrechterhalten.“

Hieraus ergeben sich neue Perspektiven, um das angeborene Immunsystem und dessen evolutionären Entwicklung zu erforschen. Gleichzeitig wirft die Studie Frage auf, wie weit die Leistungsfähigkeit des angeborenen Immunsystems tatsächlich reicht. Die Seeanemone bietet dafür ein gutes Modellsystem, um grundlegende Prinzipien der Immunbiologie zu entschlüsseln, die bis heute in vielen Tiergruppen erhalten geblieben sein können.

Prof. Fraune: „Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang das sogenannte Immungedächtnis bei wirbellosen Tieren. Auch ohne adaptives Immunsystem scheinen sie, nach einer ersten Begegnung mit bestimmten Krankheitserregern, bei einem erneuten Kontakt schneller oder wirksamer reagieren zu können. Dieses Phänomen wird als ‚Immune Priming‘ oder angeborenes Immungedächtnis bezeichnet.“

Die in der Studie beschriebenen Nematosomen bieten ein vielversprechendes Modellsystem, um die zellulären und molekularen Grundlagen solcher Gedächtniseffekte zu untersuchen. Da die Zellen zwischen eng verwandten Bakterienstämmen unterscheiden können und ihre Aktivität durch cJUN gesteuert wird, lassen sich künftig gezielt die Signalwege erforschen, die einer verbesserten Wiedererkennung von Mikroorganismen zugrunde liegen.

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Originalpublikation:

Kaya, N.H., Abukhalaf, M., Fuentes, G. et al. c-JUN controls microbial colonization via selective phagocytosis in the sea anemone Nematostella. Nat Commun 17, 6087 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-75511-w