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Düngemittel aus Cyanobakterien ermöglicht Pflanzenanbau auf dem Mars

Tue, 24 Mar 2026 12:08:49 +0100

Die Grundlage zur Herstellung des Düngers bilden Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen. Sie bringen gleich mehrere Eigenschaften mit, die sie für den Einsatz auf dem Roten Planeten besonders geeignet machen: Sie können Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre binden, Sauerstoff produzieren und wichtige Nährstoffe direkt aus dem Marsboden extrahieren.

Die verwendeten Cyanobakterien wurden mit simulierten Marsressourcen gezüchtet, u.a. mit einem künstlich produzierten Regolith, das dem Marsgestein nachempfunden ist. Anschließend werden die Cyanobakterien in einem anaeroben Vergärungsprozess von Mikroben in einen nährstoffreichen Gärrest umgewandelt – ganz ohne Sauerstoff und ausschließlich mit potenziell vor Ort verfügbaren Materialien.

In der nun im Chemical Engineering Journal veröffentlichten Studie wurde der Vergärungsprozess gezielt optimiert. So führte das Erwärmen der Biomasse vor der Verarbeitung zu einer schnelleren Zersetzung, wobei sich eine Betriebstemperatur von 35 Grad Celsius als ideal für den Vergärungsprozess erwies. Zudem bleibt das Verhältnis zwischen der Menge der eingesetzten Biomasse und der Ammoniumausbeute konstant. Mehr Cyanobakterien erzeugen also auch mehr Ammonium, welches ein zentraler Bestandteil für die spätere Nutzung als Düngemittel ist. Als Hauptquelle für Mineralstoffe im Dünger wurde ein Marsstaubsimulans (MGS-1) verwendet, was zeigt, dass die Fermentation mit lokalen Ressourcen durchgeführt werden kann.

Der entstandene Dünger wurde für den Anbau der Wasserlinse (Lemna sp.) eingesetzt, einer schnellwachsenden, proteinreichen Wasserpflanze, die in Südostasien bereits seit Jahrhunderten als Nahrungsmittel genutzt wird. Besonders bemerkenswert: Aus nur einem Gramm getrockneter Cyanobakterien konnten 27 Gramm frische, essbare Pflanzenmasse gewonnen werden.

Perspektiven für künftige Marsmissionen

„Man kann sich das vorstellen wie einen Gemüsegarten auf dem Mars, der komplett mit lokalen Ressourcen betrieben wird – ohne mitgebrachte Erde, Dünger oder Wasser“, erklärt Tiago Ramalho von der Universität Bremen. „Unsere Ergebnisse zeigen: Kreislaufwirtschaft im All ist möglich.“
Die verwendete Pflanze Lemna spp. hat nicht nur in der Raumfahrt Potenzial: Sie wächst schnell, ist nährstoffreich, leicht anzubauen und vollständig essbar. In der EU ist sie bereits als Lebensmittel zugelassen und gilt als Anwärter für das nachhaltige Superfood der Zukunft – auf der Erde wie im Weltall.
Neben der Produktion von Nahrungsmitteln bietet das System einen weiteren Vorteil: Bei der Vergärung entsteht Methan, das als Energiequelle genutzt werden kann.

„Diese Arbeit zeigt, wie Pflanzen aus natürlichen Ressourcen auf dem Mars unter Verwendung von Mikroben als Zwischenprodukt gezüchtet werden könnten. Sie kann auch als Grundlage für eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion dienen“, sagt Prof. Cyprien Verseux, Leiter des Labors für angewandte Weltraum-Mikrobiologie am ZARM.

Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation

Originalpublikation:

Tiago P. Ramalho, Jess M. Bunchek, Daniel Schubert, Sven Kerzenmacher, Cyprien Verseux, Guillaume Pillot: Sustainable Mars agriculture: Fertilizer production from cyanobacterial biomass via anaerobic digestion, Chemical Engineering Journal, 2026, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174922

Wie die Lunge ihre Immunabwehr lokal organisiert

Tue, 24 Mar 2026 11:27:06 +0100

Die meisten Impfstoffe wirken über das Blut. Infektionen wie die Grippe beginnen jedoch direkt in den Atemwegen. «Um ein Virus zu stoppen, muss man es direkt an der Eingangstüre abfangen», sagt Prof. Dr. Carolyn King. Ihr Forschungsteam am Departement Biomedizin der Universität Basel untersucht die lokale Immunabwehr in der Lunge bei mit Grippe infizierten Mäusen.

In der Fachzeitschrift «Immunity» berichten die Forschenden nun über eine bisher unterschätzte Untergruppe von Helfer-T-Zellen, einer Art Steuerzellen des Immunsystems. Ähnliche Helfer-T-Zellen kennt man bereits aus den Lymphknoten. Bei einer Influenza-Infektion bildet sich in der Lunge jedoch eine spezialisierte Untergruppe, in der das Protein HIF-1α besonders aktiv ist; ein Molekül, das bei zellulärem Stress und Immunreaktionen eine wichtige Rolle spielt.

Einsatztrupp in der Lunge

Mithilfe einer Methode, die Genaktivität im Gewebe sichtbar macht, untersuchte das Team, wo sich die Immunzellen in der Lunge der Mäuse befinden. Während einer Infektion entstehen dort kleine, temporäre Immunzentren. Diese Strukturen ähneln Lymphknoten und dienen als vorübergehende Einsatzzentrale: Hier sammeln sich verschiedene Abwehrzellen und stimmen sich ab.

Die Forschenden fanden heraus, dass die HIF-1α-produzierenden T-Zellen an den Aussenrändern dieser Immunzentren sitzen, wo sie ein Signalmolekül namens Interleukin-21 (IL-21) freisetzen. Dieser Botenstoff aktiviert benachbarte Immunzellen – etwa Fresszellen (Makrophagen), antikörperproduzierende B-Zellen und natürliche Killerzellen – und koordiniert so die lokale Abwehr.

Um die Rolle von HIF-1α besser zu verstehen, nutzten die Forschenden ein spezielles Mausmodell. Bei diesem konnten sie dieses Molekül zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Influenza-Infektion ausschalten. «So konnten wir untersuchen, welche Funktion HIF-1α tatsächlich in der Lunge erfüllt, und nicht nur während der anfänglichen Immunantwort an anderen Stellen im Körper», erklärt Jean de Lima, Erstautor der Studie.

Als das Team HIF-1α in den Helfer-T-Zellen ausschaltete, funktionierte die lokale Zusammenarbeit der Immunzellen nicht mehr richtig: Die T-Zellen bildeten weniger des Signalmoleküls IL-21, dadurch ging auch die Anzahl anderer wichtiger Immunzellen in der Lunge zurück. Sie war deshalb schlecht darauf vorbereitet, eine zweite Infektion mit einem anderen Influenzastamm abzuwehren – etwas, das ein trainiertes Immunsystem normalerweise mühelos bewältigen würde.

Interessanterweise scheint diese koordinierte Reaktion über Virusinfektionen hinauszugehen. Die Forschenden fanden diese HIF-1α-gesteuerten T-Zellen auch in einem Mausmodell für Lungenkrebs. In diesem Zusammenhang unterstützten diese Zellen das Immunsystem auch im Kampf gegen Tumorzellen.

Ein Schritt in Richtung inhalierbarer Impfstoffe

Die aktuelle Studie zeigt genauer, welche Rolle diese winzigen Immunzentren in der Lunge spielen. Solche Strukturen bilden sich bei Infektionen, Krebs und chronischen Entzündungen im Gewebe des gesamten Körpers, doch ihre Funktion war bislang ein Rätsel. Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass sie mehr sind als nur lokale Antikörperfabriken: Sie sind Kommandozentralen für einen umfassenden und gut abgestimmten Immunschutz.

Diese Erkenntnis könnte den Weg für die Entwicklung inhalierbarer Impfstoffe weisen, die den Schutz direkt am Ort des Viruseintritts aufbauen. Sie eröffnet zudem neue Perspektiven für Krebs-Immuntherapien, die gezielt in der Lunge wirken.

Universität Basel

Originalpublikation:

Jean de Lima et al.: HIF-1α⁺ CD4⁺ T cells coordinate a tissue-resident immune cell network in the lung. Immunity (2026). DOI: 10.1016/j.immuni.2026.01.023

Hummeln sind Wirte für gefährliches Bienenvirus

Tue, 24 Mar 2026 10:40:32 +0100

Honigbienen, Wildbienen und andere Insektenarten sind durch ihre gemeinsamen Blütenbesuche miteinander verbunden. „Eine blühende Sommerwiese ist also zugleich Nahrungsquelle und ein möglicher Übertragungsort für virale Infektionen. Denn dort kommen die Insekten auf der Suche nach Nahrung mit eventuell virenbelastetem Material in Kontakt, zum Beispiel Pollen und Nektar“, sagt der Biologe Prof. Dr. Robert Paxton von der MLU. Bislang sei man in der Forschung davon ausgegangen, dass nur Honigbienen als Wirte für verschiedene Viren dienen und so Hummeln und andere Wildbienen damit anstecken können. Die neue Studie zeichnet jedoch ein anderes Bild: Demnach können auch Wildbienen Wirte für Viren sein und damit theoretisch zur Infektion von Honigbienen beitragen.

Dieses Ergebnis basiert auf Daten, die das Team bei Feldversuchen an 32 Standorten in Niedersachsen und Hessen gesammelt und umfangreich ausgewertet hat. Die Forschenden beobachteten zunächst, ob verschiedene Bienenarten die gleichen Blumen besuchten. Außerdem analysierten sie mithilfe eines Virus-Screenings bei 1.725 Insekten für verschiedene Bienenarten, wie stark jede Art zur Verbreitung verschiedener Viren beiträgt. „Um herauszufinden, welche Bienenart am meisten zur Verbreitung eines Virus beiträgt, haben wir die sogenannte artspezifische Basisreproduktionszahl R? genutzt. Damit können wir berechnen, wie viele Insekten ein Insekt der gleichen Art anstecken kann“, erklärt Patrycja Pluta von der MLU, Erstautorin der Studie. So berechnete das Team für jede Kombination aus Virus und Bienenart punktgenau, wie leicht sich das Virus ausbreiten kann und wie stark jede Bienenart potenziell zur Verbreitung der Viren beiträgt.

Für drei bekannte Bienenviren identifizierten die Forschenden die wichtigsten Wirtsinsekten. Es zeigte sich, dass an den untersuchten Standorten Honigbienen zwar die Hauptträger für das Flügeldeformationsvirus (DWV) und das sogenannte Black Queen Cell Virus (BQCV) sind. „Beim Akuten Bienenlähmungs-Virus ist das hauptsächliche Wirtsinsekt aber eine Wildbiene: die Steinhummel Bombus lapidarius“, sagt Patrycja Pluta. Infizieren sich Honigbienen mit dem Virus, können sie nach kurzer Zeit nicht mehr fliegen, zittern und sterben innerhalb weniger Tage. Das kann zu einem raschen Zusammenbruch eines ganzen Volkes führen.

Ein weiteres Ergebnis: Die Zusammensetzung der Bienenarten an einem Standort beeinflusst die Verbreitung von Viren weniger als bisher angenommen. Dagegen spielt der direkte Kontakt zu Bienen, die viele Viren übertragen, eine entscheidende Rolle. Und der geschieht bei Blütenbesuchen. Laut Robert Paxton sind diese Erkenntnisse wichtig, um zu verstehen, wie sich Krankheiten in der Natur ausbreiten und wie man dem womöglich entgegenwirken kann. „Je mehr Platz und Nahrungsangebot Bienen haben, desto unwahrscheinlicher werden Infektionen. Um das Risiko zur weiteren Ausbreitung der Krankheiten zu minimieren, wären also zum Beispiel mehr Blühstreifen mit vielen unterschiedlichen Pflanzenarten sehr hilfreich“, so Paxton.

Die Studie wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) auf Grundlage eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über das Bundesamt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Originalpublikation:

Pluta P. et al. Multiple Key Hosts and Network Structure Shape Viral Prevalence Across Multispecies Communities of Bees. Ecology Letters (2026). doi: 10.1111/ele.70327, https://doi.org/10.1111/ele.70327

Späte Neandertaler in Europa gehen auf eine einzelne Gruppe zurück

Tue, 24 Mar 2026 10:27:01 +0100

Hinweise darauf, dass die weitverbreiteten früheren Neandertalerpopulationen in Europa weitgehend verschwunden waren, existierten bereits. Die neue Studie ergab, dass eine lokale Gruppe die rauen Bedingungen des Eiszeitklimas vor rund 75.000 Jahren durch Rückzug in ein Refugium im heutigen Südwestfrankreich überlebt hatte – und dass die Nachkommen dieser Überlebenden sich nach 65.000 Jahren vor heute über Europa ausbreiteten. Genetisch gesehen stammten fast alle späten Neandertaler von dieser einen Linie ab.

Posth und sein Team stellten auch fest, dass diese späten Neandertaler vor rund 45.000 Jahren einen weiteren starken Rückgang ihrer Population erlitten. Die Zahlen gingen sehr schnell zurück und erreichten ein Minimum vor rund 42.000 Jahren – kurz bevor die Neandertaler endgültig ausstarben. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Genetisch lassen sich die Neandertaler klar von modernen Menschen, dem Homo sapiens, unterscheiden, die vor rund 40.000 Jahren an die Stelle der Neandertaler traten. „Wir haben Belege, dass die Neandertaler Europa durchgehend zwischen 400.000 bis 40.000 Jahren vor heute besiedelten. Doch im Einzelnen ist ihre Bevölkerungsgeschichte nur bruchstückhaft bekannt“, berichtet Cosimo Posth. „Wir wissen bisher vor allem wenig darüber, welche evolutionäre Entwicklung ihrem Aussterben vor rund 40.000 Jahren vorausging.“ Ihn und das Forschungsteam interessierten daher besonders die späten Neandertaler, die im Zeitraum von etwa 60.000 bis 40.000 Jahre vor heute lebten.

Zehn seltene neue Individuen

In ihrer Studie konzentrierten sich die Forscherinnen und Forscher in unterschiedlichen Proben von Neandertalerzähnen und -knochen, die aus Höhlen und Felsdächern geborgen wurden, auf die Mitochondrien. Diese Zellorganellen, das sind die kleinen Organe in der Zelle, besitzen eigene DNA, die unabhängig von der Haupt-DNA im Zellkern vererbt wird. „Die Mitochondrien-DNA enthält lange nicht so viele genetische Informationen wie das gesamte Erbgut eines Menschen, aber sie bleibt in der Regel länger erhalten und kann leichter gewonnen werden“, erklärt die Erstautorin der Studie Charoula Fotiadou aus Posths Arbeitsgruppe.

Das Forschungsteam sequenzierte die mitochondriale DNA von zehn neuen Neandertalerindividuen aus sechs archäologischen Fundstätten in Belgien, Frankreich, Deutschland und Serbien. Sie wurden neben 49 weiteren Proben mitochondrialer DNA analysiert, deren Daten bereits veröffentlicht waren. Die Analyseergebnisse wurden zusammengeführt mit Daten zum Vorkommen von Neandertalern in Europa aus der umfassenden Datenbank ROAD des Projekts ROCEEH (The Role of Culture in Early Expansions of Humans) der Heidelberger Akademie der Wissenschaften, des Senckenberg Forschungsinstituts und Naturmuseums Frankfurt sowie der Universität Tübingen. „Auf diese Weise konnten wir die beiden Beweislinien kombinieren und die demografische Geschichte der Neandertaler räumlich und zeitlich rekonstruieren“, sagt der Studienmitautor Jesper Borre Pedersen vom Projekt ROCEEH.

Eine gemeinsame Abstammungslinie

Die Studie ergab, dass die rauen Klimabedingungen der Eiszeit vor rund 75.000 Jahren den europäischen Neandertalern stark zusetzten und ihre genetisch vielfältigen Populationen dezimierten. Aus diesem Zeitraum seien weniger archäologische Fundstätten bekannt, die sich zudem auf das südwestliche Europa konzentrieren, sagt Posth: „Aus unseren Daten ließ sich geografisch rekonstruieren, dass sich die Neandertaler in das heutige Südwestfrankreich zurückgezogen hatten. Dort entstand vor rund 65.000 Jahren eine neue Population, die sich später über ganz Europa ausbreitete. So ist zu erklären, warum fast alle späten Neandertaler von der Iberischen Halbinsel bis zum Kaukasus, deren Gene bisher sequenziert wurden, zur gleichen Vererbungslinie mitochondrialer DNA gehören.“ Es habe also einen enormen Umbruch in der genetischen Geschichte der europäischen Neandertaler gegeben.

Darüber hinaus ließen die Forscherinnen und Forscher ein Statistikprogramm berechnen, ob die genetischen Veränderungen innerhalb der mitochondrialen DNA über die Zeit mit der Annahme einer Population gleichbleibender Größe übereinstimmen. Das war nicht der Fall: Vielmehr ging die Zahl der Neandertaler der Berechnung zufolge vor 45.000 bis 42.000 Jahren schnell und stark zurück. „Die späten Neandertaler bildeten genetisch gesehen eine sehr homogene Gruppe“, sagt Posth. „Denkbar ist, dass die geringe genetische Vielfalt – und möglicherweise auch die anschließende Isolation kleiner Gruppen – zum Verschwinden der Neandertaler beigetragen haben.“

Universität Tübingen

Originalpublikation:

Charoula M. Fotiadou, Jesper Borre Pedersen, Hélène Rougier, Mirjana Roksandic, Maria A. Spyrou, Kathrin Nägele, Ella Reiter, Hervé Bocherens, Andrew W. Kandel, Miriam N. Haidle, Timo P. Streicher, Nicholas J. Conard, Flora Schilt, Ricardo Miguel Godinho, Thorsten Uthmeier, Luc Doyon, Patrick Semal, Johannes Krause, Alvise Barbieri, Dušan Mihailović, Isabelle Crevecoeur, Cosimo Posth: Archaeogenetic insights into the demographic history of Late Neanderthals. PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2520565123

Neue Erkenntnisse zu den ersten Schritten der Proteinsynthese

Tue, 24 Mar 2026 10:05:55 +0100

Die Forschungsergebnisse liefern nach Angaben dem internationalen Forschungsteam unter Federführung von Wissenschaftlern des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg nicht nur neue Erkenntnisse zur Proteinsynthese, sondern auch Einblicke in zelluläre Strategien zur Vermeidung von Fehlfaltungen, die zu schweren Krankheiten führen können.

Der Proteinkomplex NAC – kurz für Nascent Polypeptide-Associated Complex – kommt in allen Eukaryoten vor und übernimmt auch in menschlichen Zellen überlebenswichtige Aufgaben im Zusammenhang mit der Proteinsynthese. Dazu bindet NAC an die Proteinfabrik der Zellen, das Ribosom, wo er mithilfe von Enzymen und anderen molekularen Faktoren die verschiedenen Schritte der Herstellung von Proteinen koordiniert. Nicht bekannt war nach Angaben des Heidelberger Molekularbiologen Prof. Dr. Bernd Bukau bislang, inwiefern der NAC-Komplex auch direkt eine Rolle bei der Proteinfaltung spielt. Während dieses Faltungsprozesses nehmen die ursprünglich linearen Aminosäureketten ihre für jedes Protein spezifische dreidimensionale Struktur an. Erst danach sind die Proteine funktionstüchtig. Fehler bei der Faltung werden in Zusammenhang mit vielen Krankheiten gebracht, einschließlich neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Chorea Huntington.

Das internationale Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass der Proteinkomplex NAC bereits in die sehr frühen Stadien der Proteinfaltung eingreift, das heißt sobald die im Ribosom hergestellten Aminosäureketten den ribosomalen Tunnel verlassen. In ihren Untersuchungen stellten die Wissenschaftler fest, dass NAC an einen Großteil aller in einer menschlichen Zelle hergestellten, naszierenden Proteine bindet, also bereits während ihrer noch laufenden Synthese durch das Ribosom. In biophysikalischen Analysen mit Einzelmolekülen konnten sie nachweisen, dass der NAC-Komplex dadurch die korrekte Faltung von Proteinen bewirkt. „Gleichzeitig verhindert NAC damit, dass unvollständige Zwischenprodukte zu Fehlfaltungen führen“, erläutert Prof. Bukau, der am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH) die Forschungsgruppe „Biogenese und Qualitätskontrolle von Proteinen“ leitet.

Mithilfe von Kryo-Elektronen-Mikroskopie konnte das internationale Forschungsteam außerdem zeigen, wie der NAC-Komplex an die gerade entstandenen Aminosäureketten bindet. NAC besitzt eine dem ribosomalen Tunnel zugewandte Bindestelle, die auf bestimmte Bereiche in den naszierenden Proteinen ausgelegt ist. Eine im Zuge der Experimente künstlich erzeugte Variante des Proteinkomplexes, der diese Bindestelle fehlt, konnte die Faltungsfunktion von NAC nicht mehr erfüllen. Das Team hat auch herausgefunden, dass NAC dynamisch auf die jeweilige Beschaffenheit der naszierenden Proteine reagiert und seine Position am Tunnelausgang des Ribosoms verändert. Dadurch kann der NAC-Komplex seine Rolle als Faltungshelfer an die Bedürfnisse des Faltungsvorgangs anpassen. „In der Forschung ist schon lange bekannt, dass der NAC-Komplex auf vielfältige Art und Weise in die verschiedenen Prozesse der Proteinsynthese eingreift und dabei als molekulare Schaltzentrale eine ganz bedeutende Rolle spielt. Mit unseren Ergebnissen können wir dem noch unvollständigen Bild ein weiteres Puzzleteil hinzufügen“, so Dr. Günter Kramer, Leiter der an dieser Studie beteiligten ZMBH-Gruppe „Kotranslationale Proteinreifung“.

Universität Heidelberg

Originalpublikation:

J. Santos, M. Günnigmann, R. J. Gora, M. Iljina, M. Predin, I. E. Kotan, P. De, D. Choudhary, J. Jang, F. Tippmann, C. Hins, N. Ban, S. J. Tans, S. Shan, G. Kramer, and B. Bukau: NAC promotes co-translational protein folding at the ribosomal tunnel exit. Molecular Cell (23 March 2026), https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.02.022

Insektenschädliche Pilze: Per „Raumschiff“ durch Pilzgenome

Tue, 24 Mar 2026 09:59:42 +0100

Starships beschleunigen die Genomevolution

Das Team um Dr. Michael Habig untersuchte die Rolle sogenannter transponierbarer Elemente (TEs). Diese „springenden Gene“ können ihre Position im Genom einer Art verändern. Die Forschenden fanden heraus, dass diese TEs große mobile genetische Einheiten als Transportmittel zwischen verschiedenen Pilzarten nutzen: die sogenannten Starships („Raumschiffe“). „Man kann sich diesen Prozess tatsächlich als eine Reise im Raumschiff vorstellen, bei der TEs als Fracht von Pilzart zu Pilzart transportiert werden“, erklärt Habig. Die Forschenden konnten eine explosionsartige Zunahme der TE-Aktivität bei der Art Metarhizium anisopliae beobachten. Diese TEs wurden offenbar zuvor durch ein Starship eingeschleust und lösten eine drastische strukturelle Umgestaltung der Chromosomen aus. Dass dies kein Einzelfall ist, belegt die Studie eindrucksvoll: In 75 Prozent der über 500 untersuchten Starships wurde eine solche TE-Fracht gefunden - was darauf hindeutet, dass der Transfer durch Starships ein weit verbreitetes Phänomen im Pilzreich ist.

Verlust der Pathogenität

Diese genomische Instabilität hat Folgen für die Praxis. Während die Pilze vor dem Transfer der TEs Zecken hochwirksam infizieren und abtöten konnten, verloren sie nach der TE-Übertragung die Fähigkeit, bestimmte Wirte zu infizieren. „Im Fall von M. anisopliae kann dies bedeuten, dass der Pilz seine Schädlichkeit für die südliche Rinderzecke einbüßt. Damit geht ein bedeutender Nutzen für die biologische Schädlingsbekämpfung verloren“, so Habig, Mitglied im Kiel Evolution Center (KEC).

Die nun veröffentlichte Arbeit zeigt, dass horizontaler Gentransfer die Wirksamkeit nützlicher Pilze unerwartet verändern kann – eine wichtige Erkenntnis für die zukünftige Entwicklung stabiler biologischer Schädlingsbekämpfung.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Originalpublikation:

Griem-Krey, H., de Fraga Sant’Ana, J., Oggenfuss, U. et al. Transposable elements hitchhike on Starships across fungal genomes. Nat Commun 17, 2634 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-69410-3

Fledermausmännchen singen im Rotorbereich von Windrädern

Mon, 23 Mar 2026 11:55:52 +0100

Fledermausmännchen singen, ähnlich wie Singvögel, um Weibchen anzulocken und Konkurrenten abzuschrecken und fliegen dabei oft um markante Landschaftselemente herum. In homogenen, strukturell armen Landschaften wie z.B. Ackerflächen stellen Windkraftanlagen attraktive Strukturen dar, die Männchen wahrscheinlich als „Gesangswarten“ nutzen. Damit bringen sie sich nicht nur selbst in Gefahr – ihr vergleichsweise weit zu hörender Gesang kann Weibchen zu den Anlagen locken.
Die Forschenden konnten an allen untersuchten Standorten und im gesamten Untersuchungszeitraum Fledermausgesang nachweisen, es handelt sich also nicht um ein lokales Phänomen oder einen Einzelfall. Bemerkenswerterweise wurde der Gesang des Großen Abendseglers und der Rauhautfledermaus auf häufigsten aufgenommen. Diese beiden Arten kollidieren in Deutschland am häufigsten mit Windrädern – ein klarer Verhaltenslink zu den bekannten Schlagopfermustern.

„Aus einer Untersuchung von Kolleg:innen im nordwestdeutschen Küstenraum geht hervor, dass während der Paarungszeit häufiger weibliche als männliche Rauhaut-fledermäuse tot unter Windenergieanlagen gefunden werden“, so Martina Nagy, die Erstautorin der Studie. „Unsere Ergebnisse liefern eine schlüssige mögliche Erklärung für die vielen Weibchen unter den Schlagopfern.“

Die Forschenden konnten aus der Dauer des aufgenommenen Gesangs, der Reichweite der verwendeten Mikrofone und dem bereits vorhandenem Wissen über artspezifische Fluggeschwindigkeiten ableiten, dass Fledermäuse nicht einfach singend an den Anlagen vorbeiflogen, sondern stattdessen um die Gondeln oder den Turm kreisten. Passend dazu schwankte die Lautstärke des Gesangs periodisch (lauter/leiser), wie es beim Kreisen um ein stationäres Mikrofon zu erwarten ist.

Auch die mit zwei Wärmebildkameras erstellten 3D-Rekonstruktionen zeigten ein äußerst eindeutiges Bild. Die Dichte an detektierten Fledermäusen fiel mit wachsendem Abstand zur Gondel stark ab. Das spricht für eine aktive Annäherung der Fledermäuse an die Turbinenstruktur selbst. In der Vergangenheit wurde bereits vermutet, dass Fledermäuse sich Windkraftanlagen nähern könnten, weil sie auf der Suche nach Quartieren oder Nahrung sind. Die neu gewonnenen Ergebnisse zeigen nun, dass Windkraftanlagen für paarungsbereite Fledermäuse interessant sind.

Die Forschenden hoffen, dass sich diese neuen Erkenntnisse mittelfristig in effektivere Schutzstrategien umwandeln lassen. „Windenergie leistet einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz, aber dies darf nicht auf Kosten des Artenschutzes geschehen“, sagt Mirjam Knörnschild, Seniorautorin der Studie. Wenn wir verstehen, warum Fledermäuse Windkraftanlagen gezielt anfliegen, können Betreiber präziser und artsensibler als bisher abschalten, um die Schlagopferzahl zu minimieren.“

Museum für Naturkunde Berlin, Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung

Originalpublikation:

Nagy, M., Hochradel, K., Haushalter, C. et al. Song flight and 3D thermal detection provide evidence for bat attraction to wind turbines in Central Europe. Commun Biol (2026). doi.org/10.1038/s42003-026-09882-7

Eisenbindende „Protein-Rubine“ beim mikrobiellen Methan-Abbau

Mon, 23 Mar 2026 11:45:32 +0100

Kein Alleingang beim Methan-Abbau

Mikroorganismen sind beeindruckende Chemiker. Sie führen Reaktionen aus, die biologisches Material wiederverwerten, die Umwelt entgiften und die biogeochemischen Stoffkreisläufe der Erde beeinflussen. Unter den Mikroorganismen finden sich sogenannte anaerobe Methanotrophe, die in sauerstofffreien Lebensräumen Methan nutzen und verbrauchen. Dadurch verhindern sie, dass dieses starke Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt und übernehmen so eine wichtige Rolle bei der Eindämmung des Klimawandels. Es ist aber sehr schwierig, die chemischen Reaktionen dieser Mikroorganismen zu erforschen: Sie gedeihen nur in Mikrobengemeinschaften und können nicht isoliert werden. In einer solchen Gemeinschaft, die auch Methanotrophe enthielt, hat Tristan Wagner vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen gemeinsam mit Forschenden aus den Niederlanden und Frankreich nun unverhofft eine neue Art von Protein entdeckt, das Eisen enthält, berichtet er in Communications Biology.

Mysteriöse Rubine

Die Geschichte beginnt in einem Bioreaktor an der Universität Radboud in den Niederlanden, in dem eine methanverbrauchende Mikrobengemeinschaft ohne Sauerstoff gut gedieh. Nachdem die Zellen geerntet und nach Bremen gebracht worden waren, begannen die Forschenden am dortigen Max-Planck-Institut, die molekularen Mechanismen hinter dem Methanabbau zu untersuchen. Sie brachen die Zellen auf und trennten die unterschiedlichen Proteine und bemerkten dabei eine auffällige rubinrote Färbung. „Wir hatten schon mit einer solchen Färbung gerechnet, da wir wussten, dass diese Organismen Häme verwenden – ringförmige, eisenhaltige Moleküle, die sich für die Atmung an Proteine binden“, sagt Martijn Wissink von der Universität Radboud, Erstautor der Veröffentlichung. „Wir waren aber überrascht, das Rubinrot in so vielen verschiedenen Proteinen zu finden.“ Deswegen isolierten die Bremer Forschenden eines der auffälligen Rubinproteine und kristallisierten es, um seine dreidimensionale Struktur zu bestimmen. Die Experten aus Radboud ermittelten unterdessen die Identität des Proteins.

Ein Käfig aus Eisen und Häm

Mithilfe von Röntgenstrahlen an der European Synchrotron Radiation Facility kam Tristan Wagner den Rubinkristallen schließlich auf die Spur. „Auf den ersten Blick kam mir die Struktur der Proteine bekannt vor – sie ähnelte Ferritin, einem bekannten Eisenspeicherprotein“, erinnert sich Wagner, einer der leitenden Autoren der Studie. „Aber dann fiel mir etwas Außergewöhnliches auf: Im Inneren befand sich ein Häm!”

Im Gegensatz zu herkömmlichen Bakterioferritinen, die eine Struktur aus 24 Kopien des Proteins bilden, formt dieses neu entdeckte Protein einen kompakten Käfig aus nur 12 Kopien und schafft so eine völlig neuartige Anordnung. „Weil es so klein ist, nannten wir es ‚Mini-Bakterioferritin‘“, erklärt Wagner. In enger Zusammenarbeit untersuchten die Forschenden der Universität Radboud und des Institut de Biologie Structurale in Grenoble, Frankreich, dann die Eigenschaften des neuen Proteins. Sie bestimmten die chemische Zusammensetzung des Häms, seine Fähigkeit, Eisen zu binden, und seine chemische Reaktion in Gegenwart von Sauerstoff – allesamt Eigenschaften, die denen von Bakterioferritinen ähneln.

Ein weit verbreitetes Protein mit geheimen Fähigkeiten

Trotz ihrer gründlichen Untersuchungen sind sich die Forschenden über die tatsächliche Funktion dieses Proteins noch immer im Unklaren. „Die natürliche Häufigkeit des Mini-Bakterioferritins in Methanotrophen lässt vermuten, dass seine Rolle über die einfache Eisenspeicherung und Kontrolle von oxidativem Stress hinausgeht“, sagt Cornelia Welte, ebenfalls leitende Autorin der Studie. „Zukünftige Forschungen sollten versuchen, seine Rolle für Methanotrophe und andere Mikroorganismen aufzudecken.“

Genomanalysen zeigten, dass Mini-Bakterioferritine nicht nur bei Methanotrophen, sondern bei vielen Mikroorganismen vorkommen. „Die Tatsache, dass ein so weit verbreitetes Ferritin erst jetzt entdeckt wurde, macht deutlich, wie viel es noch über mikrobielle Enzyme zu lernen gibt”, betonen die Koautoren Olivier Lemaire und Mélissa Belhamri, Spezialisten für die Isolierung und Charakterisierung von Enzymen aus anaeroben Mikroben in Grenoble, die zuvor am Bremer Max-Planck-Institut tätig waren.

Diese Entdeckung zeigt das enorme, noch unerschlossene Potenzial mikrobieller Gemeinschaften für wissenschaftliche und industrielle Innovationen.

Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Originalpublikation:

Wissink, M., Engilberge, S., Leão, P. et al. Mini-bacterioferritins: structural insight into a ferritin-like protein from the anaerobic methane-oxidising archaeon Candidatus Methanoperedens carboxydivorans. Commun Biol (2026). doi.org/10.1038/s42003-026-09796-4

Verstärkte Immunreaktion, verzögerte Heilung - Welche Rolle ein Genschalter nach Schädel-Hirn-Trauma spielt

Mon, 23 Mar 2026 11:40:43 +0100

Ein Sturz auf den Kopf, ein Schlag auf den Schädel oder ein Verkehrsunfall – die Ursachen eines Schädel-Hirn-Traumas sind vielfältig, doch die schweren Formen haben eines gemeinsam: Zu den eigentlichen Verletzungen an Knochen, Haut und Hirngewebe kommen Immunreaktionen und Entzündungsprozesse hinzu. Solche posttraumatischen Effekte können den Organismus erheblich schädigen. Ein Forschungsteam der Ulmer Universitätsmedizin hat nun untersucht, welche Rolle der Transkriptionsfaktor NF-κB bei derartigen Immunreaktionen spielt. Dieser Genschalter kommt in nahezu allen Zelltypen des Menschen vor und aktiviert eine Vielzahl unterschiedlicher Gene. „NF-κB beeinflusst die Immunantwort, steuert Entzündungsreaktionen und kann den programmierten Zelltod stoppen“, erklärt PD Dr. Bernd Baumann, korrespondierender Autor der Studie. Der Gruppenleiter am Institut für Physiologische Chemie der Universität Ulm forscht seit vielen Jahren zu diesem Transkriptionsfaktor, der auch an Krebsentstehungsprozessen und Autoimmunerkrankungen beteiligt ist.

Welche Rolle spielt dieser Genschalter nun nach einem Schädel-Hirn-Trauma? „Eine frühere Studie unserer Arbeitsgruppe hat gezeigt, dass die Aktivierung von NF-κB in Neuronen die Regeneration und Heilung fördert“, sagt Professor Thomas Wirth. Der Direktor des Instituts für Physiologische Chemie und Dekan der Medizinischen Fakultät hat die Studie gemeinsam mit Baumann koordiniert. Neuronen sind die „eigentlichen“ Nervenzellen des Gehirns; sie leiten Signale weiter und verarbeiten sie. Die neue Studie, die im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt jedoch ein anderes Bild für Astrozyten. Diese sternförmigen Zellen schützen, stützen und versorgen die Neuronen. Sie gehören zu den Gliazellen des zentralen Nervensystems und bilden unter anderem die Grenzmembranen zu den Blutgefäßen – also einen wichtigen Teil der Blut-Hirn-Schranke.

Die sternförmigen Gliazellen spielen außerdem eine Schlüsselrolle bei der Vernarbung von verletztem Hirngewebe. „An der geschädigten Stelle umschließen Astrozyten den Wundkern. So begrenzen sie weitere neurodegenerative Prozesse und unterstützen die Heilung“, erläutert Professorin Leda Dimou. Die Leiterin der Abteilung Molekulare und Translationale Neurowissenschaften an der Klinik für Neurologie war an der Studie federführend mitbeteiligt. In unmittelbarer Nähe der Verletzung fanden die Forschenden eine auffällige Genexpressionssignatur – ein Hinweis auf eine besonders hohe Aktivität von NF-κB in Astrozyten. Um den Einfluss dieses Genschalters genauer zu untersuchen, arbeiteten die Forschenden mit Mausmodellen. In diesen war NF-κB in Astrozyten entweder dauerhaft aktiviert oder stark gehemmt. Das Team wollte wissen: Verbessert oder verschlechtert sich dadurch die Heilung nach einer traumatischen Hirnverletzung?

Gestörte Narbenbildung hemmt Heilungsprozesse

Das Ergebnis fiel eindeutig aus: War NF-κB dauerhaft aktiv, reagierte das Immunsystem schneller und stärker auf die Verletzung. Diese überschießende Neuroimmunantwort löste Entzündungsprozesse aus und störte sowohl Wundheilung als auch Narbenbildung.
„In den Wundbereich wanderten plötzlich auch bestimmte Immunzellen wie dendritische Zellen ein. Dadurch konnte sich kein stabiles Narbengewebe bilden, was schließlich zu neurologischen Defiziten führte“, berichten die Erstautorinnen der Studie, Tabea M. Hein und Ester Nespoli. Erstaunlich: Ganz ähnliche Prozesse zeigen sich im alternden Gehirn. Wurde NF-κB in Astrozyten dagegen gehemmt, waren einzelne positive Effekte zu beobachten: So verbesserten sich die antioxidative Abwehr und die Funktion der Mitochondrien. „Diese Veränderungen reichten jedoch nicht aus, um den Heilungsprozess insgesamt deutlich zu verbessern“, erklären die Forschenden.

Auch wenn noch Fragen offen sind, liefern die Ergebnisse wichtige Hinweise für neue Therapieansätze. Besonders auffällig ist die Rolle bestimmter Glykoproteine im Knochenstoffwechsel. So wird das für Gewebebildung und Wundheilung wichtige Osteopontin (OPN) bei übermäßiger NF-κB-Aktivierung im Verletzungsbereich nur unzureichend gebildet, was die Heilung beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu wird verstärkt Lipocalin-2 (LCN2) produziert. Dieses Protein kann schädliche neuroentzündliche Prozesse fördern und etwa die Blut-Hirn-Schranke beeinträchtigen. „Hier könnten sich neue Therapieansätze ergeben, indem die Spiegel dieser beiden Faktoren gezielt reguliert werden“, sagt Bernd Baumann.

Universität Ulm

Originalpublikation:

Hein, T.M., Nespoli, E., Hakani, M. et al. NF-κB activation in astrocytes impairs wound healing after traumatic brain injury in male mice. Nat Commun 17, 2323 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-70304-7

Das evolutionäre Geheimnis des Kalifornischen Mohns

Mon, 23 Mar 2026 11:04:59 +0100

Charakteristische Merkmale von Pflanzen wie Inhaltsstoffe oder Blütenfarbe können durch höchst unterschiedliche Evolutionsgeschichten entstanden sein. Das zeigt eine internationale Studie zum orange blühenden Kalifornischen Mohn unter der Leitung von Forschenden der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Das Forschungsteam hat die Biosynthesen von Alkaloiden und Carotinoiden sowie von Blütenkontroll-Faktoren dieser Pflanze auf genetischer Ebene verglichen. Dabei analysierten die Forschenden erstmals ein Transkriptom, also die Gesamtheit aller durch das Übersetzen von DNA erstellten RNA-Transkripte. Ihre Ergebnisse sind nun im Fachmagazin „The Plant Cell“ erschienen. Die umfangreichen Transkriptom-Daten liefern eine wertvolle Ressource für zukünftige Evolutionsstudien sowie für die Suche nach pharmakologisch interessanten Wirkstoffen.

Extrakte der Blätter des Kalifornischen Mohns (Eschscholzia californica) werden wegen ihrer beruhigenden und schmerzstillenden Wirkungen genutzt und von den indigenen Völkern im Westen der USA für spirituelle Zwecke verwendet. Die Pflanze enthält mehr als 16 verschiedene Alkaloide etwa zur Schädlingsabwehr. „Unsere Studie belegt, dass die vielen in der Pflanze vorhandenen Benzylisochinolin-Alkaloide des Kalifornischen Mohns im Laufe der Evolution durch zahlreiche Genduplikationen entstanden sind“, sagt Le-Han Rössner aus der Arbeitsgruppe Entwicklungsbiologie der Pflanzen am Institut für Botanik der JLU und Co-Erstautorin der Studie. „Dies zeigen die Tandem-Kopien einzelner Gene.“ Die Alkaloid-Biosynthesegene bilden sogenannte phylogenetische Cluster: Gene mit ähnlicher DNA-Sequenz liegen räumlich nahe auf dem Chromosom beieinander, was auf eine zusammenhängende Funktion hinweist.

Die verschiedenen Benzylisochinolin-Alkaloide kommen in Blättern, Früchten, Spross und Wurzeln der Mohn-Pflanze in unterschiedlichen Konzentrationen vor. In ihrer Studie konnten die Forschenden mittels eines Expressions-Atlas erstmals zeigen, dass die Alkaloid-Genfamilien in den einzelnen Geweben tatsächlich unterschiedlich stark exprimiert werden, dort also unterschiedliche Mengen an Genprodukten wie RNA oder Proteine gebildet werden. „Erst durch die Transkriptom-Analyse und zusätzliche phylogenetische Analysen konnten die Co-Expression der verschiedenen Genfamilien und die gewebespezifische Expression der Gene für die Biosynthesewege belegt werden“, erklärt Clemens Rössner, Co-Erstautor der Studie.

Neben seinen Inhaltsstoffen besticht der Kalifornische Mohn durch seine spektakuläre Blüte. Carotinoide verleihen den Blüten ihre leuchtend orange Farbe. Die Samen der aus dem Südwesten der USA und Mexiko stammenden Wüstenpflanze können lange im Boden überdauern, bevor sie bei genügend Regen nach vielen Jahren alle gleichzeitig blühen. Dann formen sie riesige Blütenteppiche, die die NASA bereits aus dem Weltraum fotografiert hat.

Für die Carotinoid-Biosynthese sind – im Gegensatz zu den Biosynthesegenen für Alkaloide – erstaunlich wenige Gene im Kalifornischen Mohn zuständig. Die Studie zeigt: Während der Blütenentwicklung werden einige Carotinoid-Biosynthesegene extrem stark exprimiert. „Es hat uns sehr überrascht, dass eine Pflanze mit quietschorangen Blüten nicht mehr Carotinoid-Biosynthesegene braucht als beispielsweise die vollkommen unscheinbar blühende Acker-Schmalwand“, sagt Prof. Dr. Annette Becker vom Institut für Botanik der JLU. Ihre Arbeitsgruppe erforscht die Evolution von Blütenpflanzen und hat dazu beigetragen, dass sich der Kalifornische Mohn jüngst zu einer Modellpflanze in der Evolutionsforschung entwickelte.

Die in dieser Studie ebenfalls analysierten Blütenentwicklungs-Kontroll-Gene sind – wie die Carotinoide – auf nur wenige Genfamilien verteilt und weisen nur wenige Gen-Duplikationen auf. Sie sind hochkonserviert und weisen kaum Variationen auf.

Mit den nun vorliegenden umfangreichen Transkriptom-Daten liefern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht nur der Evolutionsforschung eine wichtige Grundlage. „Unsere Daten zeigen, dass die Mehrzahl der Biosynthesegene für die Benzylisochinolin-Alkaloide artspezifisch ist“, so Prof. Becker. „Somit gibt es ein sehr großes Potenzial, neue pharmakologische Wirkstoffe in den vielen weniger bekannten und nicht genutzten Vertretern der Mohnfamilie zu finden.“ Die Forschenden hatten in ihrer Studie auch Vergleiche mit den Genen des nah verwandten Schlafmohns durchgeführt.

Universität Gießen

Originalpublikation:

Le-Han Rössner, Clemens Rössner et al., (2026) Gene and genome duplications have contrasting impacts on biosynthetic and flower developmental pathways in California poppy. The Plant Cell. https://doi.org/10.1093/plcell/koag039