VBIO News http://example.com VBIO News de Copyright Mon, 10 Aug 2026 13:05:43 +0200 Mon, 10 Aug 2026 13:05:43 +0200 TYPO3 news-39405 Mon, 10 Aug 2026 12:49:36 +0200 Stille Verluste im Berliner Stadtwasser https://www.vbio.de/aktuelles/details/stille-verluste-im-berliner-stadtwasser Eine neue Studie unter Leitung von Forschenden des Museums für Naturkunde Berlin zeigt: Die Bestände Berliner Libellen sind seit 1963 um mehr als die Hälfte zurückgegangen, die Bestände von Fröschen, Kröten und Molchen seit 1981 sogar um über drei Viertel. Für die Untersuchung wurden erstmals Jahrzehnte an Berliner Monitoringdaten mit dem international etablierten „Living Planet Index“ (LPI) ausgewertet - jenem Indikator, mit dem der WWF sonst globale Wildtierbestände misst. An der Studie waren zudem die Berliner Experten Falk Petzold und Klaus-Detlef Kühnel beteiligt, die die Datenreihen koordinieren. Die Studie, die innerhalb des von der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt geförderten Projektes “Vielfalt verstehen - Natur erforschen und erleben” entstand, wurde in der Fachzeitschrift Global Change Biology Communications veröffentlicht. Zwei Tiergruppen, ein gemeinsames Schicksal

Libellen und Amphibien leben doppelt: Als Larven im Wasser, als Erwachsene an Land. Genau diese Abhängigkeit von zwei Lebensräumen macht sie so empfindlich. Für die Studie werteten die Forschenden zwei umfangreiche, bislang unveröffentlichte Datensätze aus: die Berliner Libellendatenbank mit fast 24.000 Beobachtungen seit 1850 sowie den Berliner Amphibiendatensatz mit über 16.000 Einträgen seit 1970, zusammengetragen von Naturschutzverbänden und Fachgesellschaften. Einbezogen wurden 16 Gewässer, die über Jahrzehnte hinweg regelmäßig und vergleichbar untersucht worden waren: von Waldseen im Grunewald über Moorgewässer in Köpenick bis zu Teichen in Marienfelde und Tegel.

Das Ergebnis ist eindeutig: Zwischen 1963 und 2023 gingen die Libellenbestände im Mittel um 51 Prozent zurück. Bei den Amphibien war der Rückgang zwischen 1981 und 2022 mit 76 Prozent noch stärker.

„Dass beide Gruppen zurückgehen, überrascht angesichts des allgemeinen Trends beim Artenschwund leider nicht. Bemerkenswert ist aber, wie viel stärker die Amphibien betroffen sind“, sagt Silvia Keinath, Erstautorin der Studie und Wissenschaftlerin am Museum für Naturkunde Berlin. „Frösche, Kröten und Molche sind deutlich weniger mobil als Libellen und daher besonders empfindlich, wenn Wanderwege zwischen Laichgewässern und Landlebensräumen durch Straßen, Bebauung oder trockenfallende Kleingewässer unterbrochen werden.“ Libellen dagegen können als gute Flieger leichter neue Gewässer besiedeln, bleiben aber ebenfalls anfällig für Veränderungen wie zu früh austrocknende Teiche und den Verlust geeigneter Lebensräume.

Ein neuer Blick auf städtische Artenvielfalt

Der Living Planet Index fasst die Entwicklung vieler einzelner Populationen zu einem einzigen Trendwert zusammen – ähnlich einem Aktienindex, der nicht die absolute Zahl der Tiere, sondern die durchschnittliche Veränderung ihrer Bestände abbildet. Damit lässt sich sichtbar machen, wie sich die Bestände verschiedener Arten über lange Zeiträume entwickeln, selbst wenn die zugrundeliegenden Daten lückenhaft und uneinheitlich erhoben wurden.

Trockene Teiche als Warnsignal

Ein Grund für die beobachteten Rückgänge könnte im wahrsten Sinne vor der Haustür liegen: Beim Abgleich mit aktuellen Berichten zu Berliner Kleingewässern stellte das Team fest, dass 36 der ursprünglich untersuchten Gewässer inzwischen komplett ausgetrocknet sind, etwa infolge sinkender Grundwasserstände und ausbleibender Niederschläge. Solche dauerhaft verschwundenen Gewässer konnten in die Berechnung des Index gar nicht mehr einfließen, weil keine durchgehende Zeitreihe mehr vorlag. Die tatsächlichen Verluste dürften deshalb sogar noch höher liegen, als es die Studie zeigt.

Stadtnatur braucht dauerhafte Beobachtung

Die Untersuchung reiht sich ein in ein wachsendes Engagement des Museums für Naturkunde Berlin für die Erforschung und den Erhalt der Berliner Stadtnatur. Erst 2024 hat ein Team des Museums berechnet, dass in Berlin seit dem Jahr 1700 rund 16 Prozent aller einst heimischen Arten bereits komplett verschwunden sind. Die aktuelle Studie ergänzt dieses Bild um eine zeitlich viel feinere Perspektive: Sie zeigt nicht nur, welche Arten verschwinden, sondern wie sich ihre Bestände über Jahrzehnte hinweg entwickeln – lange bevor eine Art ganz aus der Stadt verschwindet.

„Unsere Ergebnisse sind ein Werkzeug“, so Keinath. „Sie zeigen, dass sich Bestandstrends auch auf der Ebene einer einzelnen Stadt sinnvoll erfassen lassen. Vorausgesetzt, es gibt kontinuierliche, gut dokumentierte Langzeitdaten und diese werden auch zur Analyse zur Verfügung gestellt. Genau solche Daten sind in Berlin bislang selten, weil ein strukturiertes, dauerhaftes Biodiversitätsmonitoring fehlt.“ Das Museum für Naturkunde Berlin setzt sich dafür ein, ein solches Monitoring gemeinsam mit Naturschutzverbänden, Bürgerwissenschaftler:innen und der Stadt aufzubauen – auch als Beitrag zur „Berliner Strategie zur biologischen Vielfalt 2030+“ des Landes Berlin.

Museum für Naturkunde Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung


Originalpublikation:

Keinath, S., Griesbaum, F., Sommerwerk, N., Petzold, F., Kühnel, K.-D., & Freyhof, J. (2026). Long-term population declines of habitat-shifting species in urban waters: A Living Planet Index approach for Berlin, Germany. Global Change Biology Communications 1(3), e70039. https://doi.org/10.1002/gcb4.70039

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Wissenschaft Berlin
news-39404 Mon, 10 Aug 2026 12:16:23 +0200 Kluft zwischen Gesetz und Realität:Wissenschaftlicher Beirat des NAP fordert Umsetzung des Integrierten Pflanzenschutzes https://www.vbio.de/aktuelles/details/kluft-zwischen-gesetz-und-realitaetwissenschaftlicher-beirat-des-nap-fordert-umsetzung-des-integrierten-pflanzenschutzes Der Wissenschaftliche Beirat des Nationalen Aktionsplans zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (NAP) fordert eine stringente Umsetzung des Integrierten Pflanzenschutzes (IPS) in Deutschland. In seiner aktuellen Stellungnahme „Integrierter Pflanzenschutz: Kluft zwischen Anspruch und Realität“ kommt das Gremium zu dem Schluss, dass die seit 2012 gesetzlich vorgeschriebene Umsetzung des Integrierten Pflanzenschutzes bislang nicht die erhoffte Entlastung für die Natur entfaltet hat. Ohne ein konsequentes und sofortiges Umsteuern seien die internationalen Umwelt- und Biodiversitätsziele bis zum Jahr 2030 nicht mehr zu erreichen.  Der Integrierte Pflanzenschutz verfolgt das Ziel, Schädlinge und Krankheiten vorrangig durch vorbeugende, biologische und kulturtechnische Maßnahmen zu kontrollieren. Chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel sollen nur als letztes Mittel eingesetzt werden. Nach Einschätzung des zwölfköpfigen Expertengremiums wird dieses Prinzip jedoch in vielen Bereichen der landwirtschaftlichen Praxis nicht ausreichend umgesetzt. 

„Trotz der gesetzlichen Verankerung des Integrierten Pflanzenschutzes vor mehr als einem Jahrzehnt ist weder eine deutliche Verringerung der eingesetzten Wirkstoffmengen an Pflanzenschutzmitteln noch eine umfassende Reduktion der Risiken für Umwelt und Biodiversität festzustellen“, betont Carsten Brühl, federführender Autor der Stellungnahme und Professor an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Verkaufszahlen und Anwendungsdaten zeigten, dass der Einsatz chemisch-synthetischer Pflanzenschutzmittel weiterhin auf hohem Niveau liege. Gleichzeitig habe sich die toxische Belastung für einige Organismengruppen, darunter Fische, Bodenlebewesen und Pflanzen, sogar erhöht, wie aktuelle Studien belegen.

Der Beirat sieht die Ursachen unter anderem in einer unzureichenden Förderung nicht-chemischer Verfahren, mangelnder Beratung, wirtschaftlichen Zwängen sowie fehlenden Anreizen für resiliente Anbausysteme. Er fordert daher ein Bündel aus ordnungsrechtlichen und förderpolitischen Maßnahmen, um die Umsetzung des IPS flächendeckend zu stärken. Dazu zählen vielfältigere Fruchtfolgen, der verstärkte Einsatz resistenter Sorten, der Ausbau biologischer Verfahren sowie die Nutzung neuer Technologien wie Robotik, Drohnen und Präzisionslandwirtschaft. 

Besondere Bedeutung misst der Beirat dem flächenmäßigen Ausbau und der Entwicklung von Anbausystemen bei, die vollständig ohne chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel auskommen, wie in der Ökologischen Landwirtschaft seit Jahrzehnten erfolgreich praktiziert, oder die in einzelnen Kulturen darauf verzichten. Gleichzeitig müsse Landwirtinnen und Landwirten die wirtschaftliche und technische Umsetzung entsprechender Maßnahmen ermöglicht und Umstellungen gefördert werden. 

Mit Blick auf die europäischen und internationalen Biodiversitätsziele warnt der Beirat vor weiterem Zeitverlust. Sowohl die Europäische Union als auch das globale Biodiversitätsabkommen von Kunming-Montreal sehen eine Halbierung der Risiken durch Pflanzenschutzmittel bis 2030 vor. Nach Einschätzung des Gremiums sind diese Ziele ohne eine konsequente Umsetzung des Integrierten Pflanzenschutzes und eine stärkere politische Unterstützung der Landwirtschaft nicht erreichbar.

RPTU Kaiserslautern-Landau


Zur Stellungnahme (PDF)

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Wissenschaft Politik & Gesellschaft Bundesweit
news-39403 Mon, 10 Aug 2026 11:35:44 +0200 Genaktivität schwankt über die Zeit stärker als gedacht – und das hat Folgen für die Medizin https://www.vbio.de/aktuelles/details/genaktivitaet-schwankt-ueber-die-zeit-staerker-als-gedacht-und-das-hat-folgen-fuer-die-medizin Eine Blutprobe im Januar, eine im Juli – dieselbe Person, dasselbe Labor. Und dennoch unterscheiden sich die biologischen Signaturen überraschend deutlich. Eine aktuelle Studie zeigt, zeitliche Schwankungen der Genexpression, also der Aktivität von Genen, sind keine Ausnahme, sondern ein grundlegendes Merkmal menschlicher Biologie. Das hat Konsequenzen für die Entwicklung und Anwendung medizinischer Biomarker. Forschende des Exzellenzclusters Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen (PMI) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der KU Leuven und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn haben dafür 333 Personen aus Flandern über sechs Monate jeweils dreimal Blut abgenommen und anhand dieser Proben die Aktivität von rund 14.000 Genen bestimmt. Das Ergebnis: Für 85 Prozent der untersuchten Gene schwankt die Aktivität innerhalb einer Person über die Zeit stärker als zwischen verschiedenen Menschen. Anders gesagt: Der größte Unterschied liegt häufig nicht zwischen zwei Personen, sondern zwischen zwei Zeitpunkten derselben Person. Die Ergebnisse bestätigten sich in zwei unabhängigen Datensätzen: einer britischen Zwillingsstudie, die dazu beitrug, genetische von umweltbedingten Einflüssen zu unterscheiden, und einer Querschnittsstudie des DZNE in Bonn mit 3.480 Teilnehmenden.

Zeit als biologischer Faktor 

„Wenn wir Blutproben vergleichen, denken wir meistens in Kategorien: krank versus gesund, dieser Mensch versus jener“, sagt Prof. Philip Rosenstiel vom Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) an CAU und UKSH, Campus Kiel, einer der leitenden Autoren der Studie. „Was wir hier sehen, ist, dass der größte biologische Abstand oft nicht zwischen zwei Menschen liegt, sondern zwischen ein und derselben Person zu verschiedenen Zeitpunkten.“
Die zeitlichen Veränderungen der Genaktivität werden von mehreren Faktoren beeinflusst. Die Jahreszeit spielt eine erhebliche Rolle – die Forschenden identifizierten mehr als 4.000 Gene, die ihre Aktivität systematisch zwischen Winter und Sommer verschieben. In den kälteren Monaten dominieren Immunsignale; mit dem Sommer rücken Gene der inneren Uhr in den Vordergrund, die Schlaf, Stoffwechsel und Hormonhaushalt regulieren. Auch die Tageszeit spielt eine Rolle, ebenso kleinere Infektionen, die sich nicht einmal als Krankheit bemerkbar machen. Und dann ist da noch etwas Subtileres: alternatives Spleißen – ein Prozess, bei dem dasselbe Gen je nach Zeitpunkt funktionell verschiedene Proteine produzieren kann. Diese Ebene der Variation, so die Autorinnen und Autoren, wurde in der medizinischen Forschung bislang kaum berücksichtigt.
„Das Ausmaß der saisonalen Verschiebungen hat uns wirklich überrascht“, sagt Franziska Kimmig, eine der Erstautorinnen. „Mehr als 4.000 Gene verändern ihr Aktivitätsmuster zwischen Winter und Sommer. Eine Blutabnahme im Januar und eine im Juli erfassen biologisch unterschiedliche Zustände desselben Menschen.“

Bestimmte Muster bleiben stabil

Doch die Geschichte hat noch eine zweite, faszinierende Seite. Rund 15 Prozent der Gene – vor allem solche, die mit T- und B-Zellen des Immunsystems zusammenhängen – bleiben innerhalb einer Person über die Zeit bemerkenswert stabil. Diese Gene unterscheiden sich dafür stark zwischen verschiedenen Menschen. Sie bilden so etwas wie eine molekulare Persönlichkeit, die trotz aller zeitlichen Variation erhalten bleibt. „Jeder Mensch trägt offenbar eine Art immunologischen Fingerabdruck in sich, stabil über die Zeit, unverwechselbar von Person zu Person. Genau das ist die Grundlage, auf der Präzisionsmedizin aufbauen kann: nicht der Durchschnittspatient, sondern das individuelle Immunprofil“, sagt Prof. Stefan Schreiber, Sprecher des Exzellenzclusters PMI und Direktor der Klinik für Innere Medizin I am UKSH Kiel.

Geschlecht macht einen Unterschied

Auch zwischen Frauen und Männern zeigt die Studie bemerkenswerte Unterschiede – nicht nur darin, welche Gene aktiv sind, sondern wie stabil diese Aktivität über die Zeit ist. Frauen weisen insgesamt mehr zeitliche Schwankung in der Genexpression auf als Männer. Nach der Menopause nimmt diese Schwankung zwar teilweise ab – bei einem Großteil der Gene aber bleibt sie erhöht. Der Menstruationszyklus erklärt den Unterschied also nur zum Teil. „Dass Frauen generell mehr zeitliche Schwankung zeigen als Männer, hatten wir erwartet – und den Menstruationszyklus als Erklärung im Blick. Was uns überrascht hat: Auch nach der Menopause bleibt ein Großteil dieser erhöhten Variabilität bestehen. Das bedeutet, dass wir die Ursachen noch nicht vollständig verstehen“, sagt Dr. Neha Mishra, auch Erstautorin der Studie, ebenfalls vom IKMB.
Männer hingegen sind als Individuen über die Zeit stabiler, unterscheiden sich dafür aber stärker untereinander. Und genau hier liegt ein lange übersehenes Problem. Viele klinische Studien wurden lange Zeit überwiegend an männlichen Probanden durchgeführt; ihre Ergebnisse wurden anschließend häufig auch auf Frauen übertragen. Diese Studie liefert nun erstmals systematische Daten dafür, dass sich Genexpressionsprofile bei Männern und Frauen fundamental anders über die Zeit verhalten. Die höhere zeitliche Variabilität könnte dazu führen, dass Biomarker bei Frauen anders interpretiert oder zeitlich differenzierter erhoben werden müssen.

Zeit zum Umdenken

Die Konsequenzen dieser Befunde sind weitreichend. Viele klinische Studien nehmen Blut nur einmal ab und schließen daraus auf den Gesundheitszustand. Die neue Studie zeigt, dass dabei ein erheblicher Teil der Variation, die als krankheitsassoziiert interpretiert wird, schlicht physiologisches Rauschen sein könnte. Besonders betroffen: Biomarkerstudien zu Herzerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Entzündungskrankheiten wie chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen.
„Das bedeutet nicht, dass bisherige Forschung falsch ist“, betont Prof. Jeroen Raes von der KU Leuven und VIB, Leiter des flämischen Darmflora-Projekts, der Kohorte, aus der die Proben für diese Studie stammten. „Aber es bedeutet, dass wir bei der Entwicklung von Blutbiomarkern die zeitliche Dimension viel ernster nehmen müssen – und Geschlecht, Jahreszeit und Tageszeit der Blutabnahme konsequent berücksichtigen sollten.“ 
Es ist also weniger eine Frage der Technologie als der Denkgewohnheit: Mehrfachmessungen statt Einmalabnahmen sowie Studiendesigns, die Geschlecht, Tages- und Jahreszeit der Blutabnahme systematisch berücksichtigen. Die Ergebnisse sprechen dafür, zeitliche Variation künftig nicht als Störgröße, sondern als biologischen Einflussfaktor zu verstehen.

Exzellenzcluster „Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen" PMI und KU Leuven


Originalpublikation:

Mishra, N., Kimmig, F., Vandeputte, D. et al. Large-scale analysis of temporal gene expression variation in peripheral blood. Nat Commun 17, 6992 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-73218-6

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Wissenschaft Schleswig-Holstein
news-39402 Mon, 10 Aug 2026 10:10:44 +0200 Überraschende Hilfe durch Vitamin B12 https://www.vbio.de/aktuelles/details/ueberraschende-hilfe-durch-vitamin-b12 Die Grundlagenforschung an Würmern liefert neue Einblicke in das Verheij-Syndrom. Diese seltene genetische Erkrankung verursacht bei Kindern unter anderem Entwicklungsverzögerungen, Wachstumsstörungen und eine geringe Körpergröße. Im Wurm-Modell stellte die Gabe von Vitamin B12 zentrale Stoffwechselprozesse wieder her und korrigierte Entwicklungsstörungen der Würmer. Die Forschung an C. elegans liefert somit neue Einblicke in Mechanismen und Hinweise auf mögliche therapeutische Strategien. Das Verheij-Syndrom ist eine seltene genetische Erkrankung, die durch fehlerhaftes Spleißen, einem zentraln Prozess der RNA-Verarbeitung, ausgelöst wird. Forschende des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns zeigen nun im Modellorganismus Caenorhabditis elegans, dass diese Störung Stoffwechselwege beeinflusst, die auf Vitamin B12 angewiesen sind. Die Gabe von Vitamin B12 stellte im Wurm-Modell zentrale Stoffwechselprozesse wieder her und korrigierte Entwicklungsstörungen der mutierten Tiere. Analysen menschlicher Zellen und Blutproben von Patientinnen und Patienten liefern Hinweise auf vergleichbare Stoffwechselveränderungen. Die Ergebnisse könnten neue Ansatzpunkte für mögliche gezielte Therapien beim Verheij-Syndrom eröffnen.

Beim Spleißen wird Boten-RNA weiterverarbeitet, bevor daraus Proteine hergestellt werden. Dabei werden nicht benötigte Abschnitte entfernt und die übrigen Abschnitte korrekt zusammengesetzt. Ist dieser Prozess gestört, kann das weitreichende Folgen für die Zelle haben. Veränderungen in Genen, die am Spleißen beteiligt sind, können beim Menschen seltene Entwicklungsstörungen wie das Verheij-Syndrom verursachen. Betroffene Kinder zeigen unter anderem Entwicklungsverzögerungen, Wachstumsstörungen und eine geringe Körpergröße.
Die Studie begann mit Experimenten am Fadenwurm C. elegans, bei denen es darum ging, neue Gene zu identifizieren, die die Lebensdauer beeinflussen. Dabei rückte eine Mutation in einem Gen in den Fokus, das eine wichtige Rolle beim Spleißen spielt und beim Menschen mit dem Verheij-Syndrom in Verbindung steht. Die mutierten Würmer zeigten Eigenschaften, die zentrale Merkmale der Erkrankung widerspiegeln, so wuchsen sie langsamer und blieben kleiner.

Genetische Screens und Stoffwechselanalysen zeigten, dass in den mutierten Würmern Stoffwechselwege verändert sind, die auf Vitamin B12 angewiesen sind und für Wachstum und Zellfunktion wichtig sind. Die Gabe von Vitamin B12 normalisierte zentrale Stoffwechselprozesse weitgehend und korrigierte die Verheij-ähnlichen Entwicklungsdefekte der mutierten Würmer.

„Überraschend war für uns, dass eine Veränderung in einem grundlegenden Prozess der RNA-Verarbeitung so gezielt den Vitamin-B12-abhängigen Stoffwechsel beeinflusst“, sagt Jonathan Kölschbach, Erstautor der Studie. „Noch spannender war, dass wir die Folgen dieser Veränderung im Wurm-Modell durch Vitamin B12 weitgehend korrigieren konnten.“

Die Forschenden fanden zudem Hinweise auf entsprechende Stoffwechselveränderungen in Daten von Menschen. Zu diesem Zweck analysierte das Team öffentlich zugängliche Daten von menschlichen Zellen und arbeitete mit Hormos Dafsari, Neuropädiater am Universitätsklinikum Köln, zusammen, um Blutproben von Patienten mit Verheij-Syndrom zu erhalten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die im Wurm-Modell identifizierten Stoffwechselwege auch beim Menschen eine Rolle spielen könnten. 

Ob Vitamin B12 auch Patientinnen und Patienten mit Verheij-Syndrom helfen kann, müssen zukünftige Studien zeigen. Die Ergebnisse legen jedoch nahe, dass Stoffwechselveränderungen bei Erkrankungen mit gestörtem Spleißen eine wichtigere Rolle spielen könnten als bisher angenommen. Damit könnte die Studie auch über das Verheij-Syndrom hinaus neue Ansatzpunkte für die Erforschung möglicher Therapien liefern.

„Unsere Studie ist ein gutes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung an Modellorganismen neue Einsichten in menschliche Erkrankungen liefern kann“, sagt Adam Antebi, Direktor am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns und Leiter der Studie. „Aus einer grundlegenden biologischen Frage kann so ein neuer Ansatz entstehen, der langfristig auch medizinisch relevant werden könnte.“

Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns


Originalpublikation:

Kölschbach, J., Dafsari, H.S., Baum, E. et al. Vitamin B12 alleviates spliceosomopathy via phospholipid remodeling. Nat Commun 17, 8011 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-76295-9

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Wissenschaft Nordrhein-Westfalen
news-39401 Mon, 10 Aug 2026 10:04:06 +0200 Gehirn besitzt mehr Selbstheilungskraft als bisher angenommen https://www.vbio.de/aktuelles/details/gehirn-besitzt-mehr-selbstheilungskraft-als-bisher-angenommen Nach Verletzungen oder bestimmten Autoimmunerkrankungen kann sich das Gehirn offenbar besser regenerieren als bisher angenommen. Forschende zeigen im Mausmodell, dass spezielle Stütz- und Versorgungszellen geschädigte Hirnregionen neu besiedeln, indem zunächst nur die neu gebildeten Zellkerne dorthin wandern.  Gliazellen sind die Stütz- und Versorgungszellen im Gehirn. Die sternförmigen Vertreter dieser Zellen – Astrozyten genannt – sind für das Funktionieren der Neuronen unerlässlich. Sie versorgen die Nervenzellen mit Nährstoffen, helfen, den Blutfluss zu steuern, und halten das Hirngewebe gesund. Lange ging man davon aus, dass das erwachsene Gehirn Astrozyten, die verloren gehen, nicht vollständig ersetzen kann. Etwa bei Hirnverletzungen oder Autoimmunerkrankungen wie der seltenen Neuromyelitis-optica-Spektrum-Erkrankung, bei der körpereigene Antikörper diese Zellen zerstören.

Regenerative Astrozyten reparieren defektes Gewebe

Nun widerlegt eine neue Studie der beiden Co-Erstautoren Marina Herwerth und Matthias Wyss vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Zürich (UZH) diese Annahme: Das Team unter der Leitung von Bruno Weber entdeckte im Gehirn von lebenden Mäusen eine spezialisierte Gruppe «regenerativer» Astrozyten, die am Rand der geschädigten Hirnregion den Wiederaufbau der Zellen übernehmen. «Unsere Ergebnisse offenbaren eine bislang unbekannte Selbstheilungsfähigkeit des erwachsenen Gehirns. Sie zeigen neue Wege auf, um die Erholung bei Erkrankungen mit Astrozytenverlust zu unterstützen», sagt Weber.

Nur die Zellkerne wandern

Dazu haben die Forschenden lebende Mäusehirne über mehrere Wochen mit Zwei-Photonen-Mikroskopie in Echtzeit beobachtet und kartiert, welche Gene in welchen Regionen aktiv werden. Auf diese Weise identifizierten sie die speziellen Astrozyten, die den Wiederaufbau des verletzten Gewebes übernehmen. Doch diese Zellen teilen sich nicht nur, sie vollbringen eine bemerkenswerte Leistung: «Die neu gebildeten Zellkerne der Tochterzellen gleiten über weite Strecken, um die geschädigte Hirnregion wieder zu besiedeln und das Astrozyten-Netzwerk neu zu verknüpfen», so Weber.

Ansatzpunkte für gezielte Regeneration

Die Entdeckung, wie Zellkerne erwachsener Hirnzellen durch die langen, sternartigen Zellfortsätze der Astrozyten zum verletzten Gewebe wandern, erweitert das Verständnis, wie sich das Gehirn nach bestimmten Verletzungen selbst organisiert und regeneriert. Falls sich die Mechanismen gezielt aktivieren liessen, könnte dies helfen, geschädigtes Hirngewebe besser zu reparieren, Astrozyten-Netzwerke wiederherzustellen und so die Erholung nach bestimmten Hirnerkrankungen zu verbessern. «Wir konnten zahlreiche Gene und Signalwege identifizieren, die während der Reparatur vorübergehend aktiviert werden. Sie könnten künftig als Ansatzpunkte dienen, um diese Regenerationsprozesse bei Krankheiten zu beeinflussen», betont Bruno Weber.

Universität Zürich


Originalpublikation:

Herwerth, M., Wyss, M.T., Schmid, N.B. et al. Focal astrocyte loss reveals nuclear translocation during lesion repopulation. Nat Neurosci 29, 1826–1840 (2026). doi.org/10.1038/s41593-026-02354-5

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Wissenschaft International
news-39400 Mon, 10 Aug 2026 09:14:18 +0200 Ökosysteme lesen wie ein Buch: KI-Methode macht verborgene Muster in mikrobiellen Gemeinschaften der Warnow sichtbar https://www.vbio.de/aktuelles/details/oekosysteme-lesen-wie-ein-buch-ki-methode-macht-verborgene-muster-in-mikrobiellen-gemeinschaften-der-warnow-sichtbar Mikrobielle Gemeinschaften reagieren sensibel auf Umweltveränderungen, doch ihre enorme Vielfalt macht ökologische Muster schwer erkennbar. Ein Forschungsteam zeigt nun, dass sich eine ursprünglich für Textanalysen entwickelte KI-Methode erfolgreich zur Untersuchung komplexer Umweltproben einsetzen lässt. Das Verfahren identifizierte in der Warnow-Mündung fünf jahreszeitlich aufeinanderfolgende mikrobielle Teilgemeinschaften, bewahrte dabei ökologische und funktionelle Informationen ähnlich gut wie klassische Verfahren und war diesen teilweise sogar überlegen.  Mikroorganismen sind nahezu überall zu finden und übernehmen zentrale Aufgaben in Ökosystemen: Sie setzen organisches Material um, beeinflussen Stoffkreisläufe und reagieren häufig sehr schnell auf veränderte Umweltbedingungen. Insbesondere in der aquatischen Ökologie kann die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften daher wertvolle Hinweise auf den Zustand eines Gewässers geben. Ihre Untersuchung erzeugt jedoch äußerst umfangreiche Datensätze. In einer einzigen Wasserprobe lassen sich oft bis zu Hunderttausende unterschiedlicher genetische Signaturen mikrobieller Lebewesen nachweisen, deren Vorkommen zudem durch Temperatur, Salzgehalt, Nährstoffe, Jahreszeit und zahlreiche weitere Faktoren beeinflusst wird.

Ein Forschungsteam um Anna Kujat, Doktorandin am Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) und Erstautorin der jetzt publizierten Studie, und den wissenschaftlichen Korrespondenzautor Theodor Sperlea untersuchte deshalb, ob sich sogenanntes Topic Modeling für die Analyse solch komplexer Daten eignet. Diese Gruppe von Verfahren des unüberwachten maschinellen Lernens wurde ursprünglich entwickelt, um in großen Textsammlungen Muster zu erkennen. Dabei werden Wörter, die häufig gemeinsam auftreten, zu Themen – auf Englisch „Topics“ – zusammengefasst, die vorher nicht erkannt werden konnten. Übertragen auf mikrobielle Lebensgemeinschaften – sogenannte Mikrobiome – werden anstelle gemeinsam auftretender Wörter Mikroorganismen gruppiert, die in den untersuchten Proben ähnliche Muster bezüglich ihres Vorkommens zeigen. „Wir haben so die Grundidee der Textanalyse auf ein ökologisches Problem übertragen, um aus einer kaum überschaubaren Biodiversität eine kleine Zahl biologisch interpretierbarer Muster zu extrahieren“, erläutert Kujat den Ansatz.

Von mehr als 1.200 Erbgutvarianten zu interpretierbaren Mustern

Als besonders anspruchsvollen Testfall wählten die Forschenden die Warnow-Mündung und angrenzende Küstengewässer der südwestlichen Ostsee. Flusseintrag, Wind und der wechselnde Einfluss von Süß- und Ostseewasser sorgen dort mitunter täglich für Veränderungen. Gleichzeitig wirken städtische Abwässer, Industrie, Tourismus und weitere menschliche Nutzungen auf das System ein. Die Datengrundlage bildeten 1.551 Wasserproben, die zwischen April 2022 und April 2023 an 14 festen Stationen im Rahmen des Projektes OTC Genomics 2* genommen worden waren und ökologisch den Gradienten von reinen Süßwasserhabitaten bis hin zu reinen Ostseehabitaten abdeckten. Neben den mikrobiellen Gemeinschaften erfasste das Team unter anderem Salzgehalt, Wassertemperatur, Chlorophyll-a- und Nährstoffkonzentrationen und nutzte Informationen zum Süßwasserzufluss der Warnow der Staatlichen Ämter für Landwirtschaft und Umwelt Mecklenburg-Vorpommern. Nach Aufarbeitung enthielt der gesamte Datensatz 1.236 unterschiedliche bakterielle Erbgutvarianten.

Die Forschenden testeten zwei Varianten des Topic Modeling und verglichen sie mit bewährten Verfahren, die große und unübersichtliche Datensätze auf wenige zentrale Muster verdichten. Für die quantitative Bewertung prüfte das Team, wie gut die verkleinerten Datendarstellungen noch ökologische Variablen wie Salzgehalt, Chlorophyll-a-Konzentration oder Probenahmeort abbildeten. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit funktionelle Ähnlichkeiten zwischen den Mikroorganismen erhalten blieben. Dabei zeigte sich: Insgesamt war Topic Modeling den konventionellen Verfahren von der Analyseleistung mindestens ebenbürtig und schnitt in einzelnen Analysen sogar besser ab.

Fünf Teilgemeinschaften folgen dem Rhythmus der Jahreszeiten

Für eine vertiefende ökologische Auswertung wählte das Team ein Topic Modeling-Verfahren aus, das in den quantitativen Tests sowohl ökologische als auch potenziell funktionelle Informationen besonders gut herausfiltern konnte. Von insgesamt elf ermittelten mikrobiellen Teilgemeinschaften waren fünf für den Mündungsbereich der Warnow charakteristisch. Sie traten nicht gleichzeitig auf, sondern folgten in einer deutlichen saisonalen Abfolge aufeinander mit Schwerpunkten des Auftretens im Frühjahr, Sommer, Frühherbst und während kalter Bedingungen bis Ende November. Anders als in den Süßwasser-Abschnitten der Warnow und an der Küste fand das Team für die Mündung keine Teilgemeinschaft, die durchgängig das ganze Jahr dominierte.

Die fünf Gruppen unterschieden sich sowohl in ihrer taxonomischen Zusammensetzung als auch in den Umweltbedingungen, unter denen sie bevorzugt auftraten. Zwei sommerliche Teilgemeinschaften waren beispielsweise vor allem mit Temperaturen oberhalb von 20 °C und Salzgehalten zwischen 15 und 20 PSU verbunden. Die Frühjahrsgruppe trat dagegen bei Salzgehalten von 8 bis 15 PSU und Temperaturen zwischen 8 und 17 °C auf. Im Herbst nahm der Süßwasserzufluss zu und der Salzgehalt längerfristig ab. Die für die Mündung typischen Teilgemeinschaften wurden daraufhin schrittweise durch Gemeinschaften ersetzt, die eher für Süßwasser oder Küstengewässer charakteristisch waren. „Die Methode hat nicht nur gezeigt, dass sich die mikrobielle Gemeinschaft verändert, sondern macht auch sichtbar, welche Gruppen von Organismen gemeinsam auf bestimmte Umweltbedingungen reagieren. Gerade in einem so dynamischen Lebensraum wie der Warnow-Mündung eröffnet das eine zusätzliche ökologische Perspektive“, hebt Theodor Sperlea hervor.

Neue Chancen für das Umweltmonitoring

Das Neue an der Studie ist die Anwendung eines ursprünglich aus der Linguistik stammenden Verfahrens im Kontext einer ökologischen Anwendung in einem dynamischen natürlichen Lebensraum, das zudem einer systematischen methodischen Bewertung unterzogen wurde. Dabei konnte die Forschenden zeigen, dass Topic Modeling komplexe Mikrobiomdaten stark verdichten und dennoch wichtige ökologische Zusammenhänge erhalten kann.

„Damit könnte Topic Modeling künftig helfen, Umweltveränderungen früher zu erkennen und Gewässer gezielter zu überwachen. Zunächst soll es bewährte Analyseverfahren jedoch nicht ersetzen, sondern eher ergänzen“, kommentiert Theodor Sperlea. „Unsere Studie macht jedoch die Tür auf für den Import weiterer Methoden aus der Computerlinguistik in die Analyse hochkomplexer Datensätze wie die aus der Umweltmikrobiologie – einschließlich der Algorithmen, die hinter den aktuell so viel diskutierten Large Language Models stecken“, so der IOW-Forscher abschließend.

Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde


Originalpublikation:

Kujat, A.S., Hassenrück, C., Lüdtke, S. et al. Enhancing the understanding of environmental microbiomes through topic modeling: a quantitative and qualitative analysis. Environmental Microbiome 21, 90 (2026). doi.org/10.1186/s40793-026-00927-2

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Künstliche Intelligenz Wissenschaft Mecklenburg-Vorpommern
news-39397 Fri, 07 Aug 2026 10:04:09 +0200 Forschende entdecken Pilzprotein, das zu Blattverlust bei Nutzpflanzen führt https://www.vbio.de/aktuelles/details/forschende-entdecken-pilzprotein-das-zu-blattverlust-bei-nutzpflanzen-fuehrt Erstmalig ist es einem Forschungsteam gelungen, Einblicke in die genetischen Grundlagen der durch den Schädlingspilz Verticillium dahliae verursachten „Entlaubung“ zu bekommen. Ein von ihnen identifiziertes Schlüsselprotein bedingt die Aggressivität des Pilzes. Ein internationales Forschungsteam um den Kölner Pflanzenwissenschaftler Professor Dr. Bart Thomma vom Institut für Pflanzenwissenschaften, dem Sonderforschungsbereich MiBiNet und dem Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften CEPLAS, hat bei dem Schädlingspilz Verticillium dahliae den Bereich des Genoms identifiziert, der für die Produktion eines bestimmten Proteins verantwortlich ist, das der Erreger während des Infektionsprozesses absondert. Dieses Protein führt zu Blattverlust bei Wirtspflanzen und bedingt die Aggressivität des Erregers. Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel “A structurally unique effector shared between vascular wilt fungi drives cotton and olive defoliation” in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Die aggressivsten Stämme von Verticillium dahliae, einem pathogenen Pilz, der in der Landwirtschaft als Verursacher von Welkekrankheiten bekannt ist, verursachen insbesondere bei Baumwolle und Olivenbäumen vollständigen Blattverlust (Entlaubung). Dies führt zum Absterben der befallenen Pflanzen und damit zu erheblichen Ernteverlusten. Bislang waren die genetischen Grundlagen, wie Verticillium dahliae diesen Laubverlust verursacht, unbekannt.

“Das Gen für das Protein, das zu dem Blattverlust führt, wurde auf einem sogenannten „Starship“ gefunden. Dabei handelt es sich um riesige mobile genetische Elemente, die zwischen verschiedenen Pilzarten übertragen werden können und Gene transportieren, darunter auch das für den Blattverlust verantwortliche Gen”, erläutert Professor Bart Thomma. “Genetische Analysen haben in einigen anderen Pilzen, die Welkekrankheiten verursachen, Überreste eines mutmaßlichen „Starships“ mit dem Blattverlust-Gen nachgewiesen.”

Das Verständnis der genetischen Grundlagen, wie Verticillium dahliae eine derart aggressive Krankheit verursacht, kann zur Entwicklung neuartiger Methoden für die Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten beitragen - durch eine verbesserte spezifische Erkennung der aggressivsten isolierten Stämme, aber auch durch die Züchtung oder gentechnische Modifikation resistenter Oliven- und Baumwollpflanzen.

Universität zu Köln


Originalpublikation:

Doddi, A., Fiorin, G.L., Li, J. et al. A structurally unique effector shared between vascular wilt fungi drives cotton and olive defoliation. Nat Commun 17, 7818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74504-z

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Wissenschaft Nordrhein-Westfalen
news-39396 Fri, 07 Aug 2026 09:58:52 +0200 Dem Schneckenschleim auf der Spur https://www.vbio.de/aktuelles/details/dem-schneckenschleim-auf-der-spur Wie schaffen es Schnecken, mit demselben Schleim zu kriechen, zu haften und sich zu schützen? Forschende zeigen, dass sie dessen chemische Zusammensetzung je nach Aufgabe gezielt anpassen.  Nach einem Regenschauer sind Schnecken besonders aktiv. Auch auf dem Max-Planck-Campus in Potsdam-Golm hinterlassen gewöhnliche Bänderschnecken (Cepaea nemoralis) ihre glänzenden Schleimspuren. Forschende aus der Abteilung „Biomaterialien“ erkannten im Schleim ein vielversprechendes Naturmaterial. Denn die Schnecke produziert nicht nur eine einzige Art von Schleim, sondern kann ihn je nach Bedarf so variieren, dass er flüssig, fest, klebrig oder rutschig wird.

Für das Forschungsteam wurde der Schneckenschleim damit zum Gegenstand einer materialwissenschaftlichen Analyse: Wie schafft es die Schnecke mit denselben Grundbausteinen völlig unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzeugen? Die Antwort liefern die Forschenden in einer Studie, die nun im Fachjournal Science erschienen ist. Darin zeigen sie erstmals umfassend, mit welchen biochemischen Rezepten die Bänderschnecke ihren Schleim gezielt an unterschiedliche Aufgaben anpasst. 

„Schneckenschleim mag auf den ersten Blick unscheinbar wirken, ist aber ein unglaublich vielseitiges Material,“ sagt Dr. Franziska Jehle, korrespondierende Autorin der Studie. „Dass die Schnecke mit den gleichen Grundbausteinen gezielt die Eigenschaften ihres Schleims verändern kann, macht sie für die Forschung so spannend.“

Der Baukasten des Schneckenschleims

Um zu verstehen, wie die Natur diese Materialvielfalt erzeugt, analysierten die Forschenden fünf verschiedene Schleimarten. Sie untersuchten Schleim, der die Fortbewegung ermöglicht, als starker Klebstoff an Oberflächen wirkt, das Tier vor Austrocknung schützt, das Gehäuse während längerer Ruhephasen verschließt und zur Verteidigung dient.
Dabei zeigte sich, dass die Schnecke für die verschiedenen Schleime stets die gleichen Komponenten verwendet, die sie in unterschiedlichen Mengen zusammenmischt. Bei den chemischen Bausteinen handelt es sich um Proteine, vor allem Kollagen, und Kalzium. 

Überrascht hat die Forschenden, dass sie Kollagen VI als zentralen Bestandteil des Schleims identifiziert haben. Denn das Protein ist vor allem für seine strukturgebende Funktion in menschlicher Haut, Knochen und Gelenken bekannt. Gemeinsam mit ungeordnetem Kalziumkarbonat, das die Schnecke im Drüsengewebe speichert und bei Bedarf zusammen mit dem Schleim abgibt, trägt der Anteil von Kollagen VI entscheidend dazu bei, die Eigenschaften der verschiedenen Schleime zu steuern. Offenbar verändert die Schnecke über die Gesamtmenge an Proteinen und den Anteil an Kollagen VI, wie dicht das Proteinnetzwerk im Schleim ist. Das wirkt sich unmittelbar auf die mechanischen Eigenschaften aus: Je engmaschiger das Proteinnetz ist, desto zäher ist der Schleim. Kalzium dient in seiner Ionenform entweder der Vernetzung oder als Calcit der Verstärkung des Materials. 

Von der Natur lernen

„Die Erkenntnisse dieser Studie reichen weit über die Biologie der Schnecke hinaus“, sagt Prof. Peter Fratzl, Co-Autor der Studie und Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. „Natürliche Materialien erzielen mit wenigen Bausteinen eine enorme Vielfalt an Funktionen. Wenn wir die Prinzipien dahinter verstehen, ist das für die Entwicklung nachhaltiger Materialien von großer Bedeutung.“

So könnten sich nach dem Vorbild von Schneckenschleim beispielsweise umweltfreundliche Klebstoffe, funktionelle Beschichtungen oder Materialien für medizinische Anwendungen herstellen lassen.

Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung


Originalpublikation:

Mariella Gabler, Emeline Raguin, Ernesto Scoppola, Barbara Steigenberger, Assa Yeroslaviz, Peter Werner, Peter Fratzl, Franziska Jehle. Calcium tunes snail mucus–based materials to multiple functions. Science 393 (6811), S. 596 - 600 (2026). https://doi.org/10.1126/science.adx7367

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Wissenschaft Brandenburg
news-39395 Fri, 07 Aug 2026 09:53:16 +0200 Vom Planen zum Handeln: Grundlegende Erkenntnisse zur Bewegungsplanung im Gehirn https://www.vbio.de/aktuelles/details/vom-planen-zum-handeln-grundlegende-erkenntnisse-zur-bewegungsplanung-im-gehirn Welche Neuronen im Gehirn steuern wie Bewegungen? Das haben Forschende aus Neurowissenschaften und KI zusammen untersucht. Ihre Studie kann dazu beitragen, die Präzision von per Gedanken steuerbaren Prothesen zu verbessern.  3 – 2 – 1 – und los! Alle Läufer*innen drücken sich bei Ertönen des Signals aus ihren Startblöcken und sprinten los. Dass wir in Sekundenbruchteilen handeln können, liegt daran, dass wir im Gehirn Bewegungen bereits vorausplanen, bevor sie ausgeführt werden. Im interdisziplinären Forschungszentrum BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg haben 15 Forschende aus Biologie, KI und Neurotechnologie nun genauer untersucht, wie der Übergang von der gedanklichen Vorbereitung einer Bewegung zur Ausführung durch die Muskeln auf neuronaler Ebene gesteuert wird. Im Ergebnis schlagen die Forschenden in der Fachzeitschrift Cell Reports nun ein verbessertes Modell zum Verständnis der neuronalen Abläufe bei der Bewegungsplanung vor.

„Dank dieser Grundlagenforschung verstehen wir die neuronalen Abläufe im Gehirn zur Steuerung von Bewegungen nun besser. Die Erkenntnisse könnten langfristig genutzt werden, um Therapien oder Hilfsmittel für Menschen mit Bewegungseinschränkung zu entwickeln. So könnten beispielsweise in Zukunft Sensoren Bewegungsbefehle im Gehirn erfassen und an eine intelligente Prothese weiterleiten“, sagt Prof. Dr. Ilka Diester, Sprecherin des Zentrums BrainLinks-BrainTools und Professorin für Optophysiologie an der Fakultät für Biologie, die die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Joschka Bödecker, Professor für Informatik an der Technischen Fakultät, konzipiert hat.

Messung neuronaler Aktivität bei Bewegungsplanung und -ausführung

Für die Studie trainierten die Forschenden Ratten, mit der Pfote einen Schalter zu drücken, bis ein Vibrieren zu spüren ist, und ihn dann loszulassen. Als Belohnung erhielten sie einen Tropfen Zuckerwasser. Die neuronalen Aktivitäten während dieses Experiments wurden aufgezeichnet.

Was die Bewegungsplanung und -ausführung angeht, ist das Nagetierhirn dem der Menschen vergleichbar: Bei beiden gibt es zwei bestimmte Bereiche im Gehirn, die aktiv werden, wenn Bewegungen geplant und ausgeführt werden: den prämotorischen und den primärmotorischen Cortex. „Bislang war unklar, wie genau die Bewegungsplanung zwischen den beiden Hirnarealen koordiniert wird. Vor allem fragten wir uns, wieso beide Hirnregionen bereits Aktivität zeigen, bevor die Bewegung tatsächlich ausgeführt wird und ohne dass es zu vorzeitiger Bewegung kommt“, erklärt Dr. Julian Ammer, Projektleiter in Diesters Forschungsgruppe Optophysiologie und neben Dr. Mansour Alyahyay, Dr. Gabriel Kalweit und Hao Zhu einer von vier Erstautoren der Studie.

Die „switching population hypothesis“

Das Forschungsteam konnte nun zeigen, wie die Befehle auf neuronaler Ebene weitergegeben werden: Während der Bewegungsplanung kommunizieren Neuronen im prämotorischen Cortex sowohl mit hemmenden als auch mit erregenden Neuronen im primärmotorischen Cortex. Der Befehl zur Bewegungsausführung kann erst erteilt werden, wenn sich die neuronale Aktivität im prämotorischen Cortex auf solche Neuronen verlagert hat, die hauptsächlich an erregende Neuronen im primärmotorischen Cortex kommunizieren. Erst dann kann ein externes Signal – im Experiment das Vibrieren des Schalters – die Bewegungsausführung veranlassen.

Die Annahme, dass dieses sich verschiebende Muster an neuronaler Aktivierung die gezielte Ausführung einer geplanten Bewegung ermöglicht, bezeichnet das Forschungsteam als „switching population hypothesis“. Die Forschenden schlagen vor, die beiden bisher vorherrschenden Hypothesen durch diese neue Hypothese abzulösen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit von Biologie, KI und Anatomie

Möglich wurden die Erkenntnisse durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit am Zentrum BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg: Diesters Forschungsgruppe ist darauf spezialisiert, mithilfe von Lichtsignalen die Aktivität einzelner Neuronen zu beeinflussen und so herauszufinden, welche Funktion sie erfüllen. Ein KI-Modell unterstützte die Interpretation der gemessenen Aktivitätsmuster und ihrer Funktion für die Bewegungsplanung und -ausführung. Es wurde von Bödecker und seinem Team speziell für diese Studie entwickelt und ermöglichte die Vorhersage, welche Gruppen an Neuronen welchen Einfluss auf das Verhalten haben.

Zusätzlich wies Prof. Dr. Andreas Vlachos, Leiter der Abteilung für Neuroanatomie am Institut für Anatomie und Zellbiologie, mithilfe von Elektronenmikroskop-Aufnahmen die Verbindungen zwischen den Neuronen im prämotorischen Cortex und den hemmenden und erregenden Neuronen im primärmotorischen Cortex auf Zellebene nach. Dies stützt die „switching population hypothesis“ aus anatomischer Sicht.

Universität Freiburg


Originalpublikation:

Originalpublikation: Alyahyay M, Ammer JJ, Kalweit G et al. (2026): Mechanisms of premotor-motor cortex interactions during movement initiation. Cell Reports, 45(6), 117542. https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00620-0

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Wissenschaft Baden-Württemberg
news-39394 Fri, 07 Aug 2026 09:41:02 +0200 Chronobiologie: Taktgeber für die Organe https://www.vbio.de/aktuelles/details/chronobiologie-taktgeber-fuer-die-organe Zirkadiane Uhren geben praktisch jeder Zelle im Körper einen Tagesrhythmus vor. Sie steuern physiologische Vorgänge, Verhaltensmuster und unsere Anpassung an wiederkehrende Umweltveränderungen wie Licht und Dunkelheit. Bei Säugetieren wird dieses System in erster Linie durch die Proteine CLOCK und BMAL1 gesteuert, zwei sogenannte Transkriptionsfaktoren, die bestimmte Gene rhythmisch aktivieren. Auf diese Weise erzeugen sie oszillierende Muster der Genexpression und Proteinfunktion und legen einen molekularen Zeitplan für die Zell- und Organfunktionen im Laufe des Tages fest. Forschende der LMU haben nun aufgeklärt, wie verschiedene Organe denselben zirkadianen Mechanismus anpassen, um ihre individuellen Bedürfnisse im Laufe eines Tages zu regulieren.  CLOCK und BMAL1 werden im gesamten Organismus exprimiert. Doch wie kommt es dann, dass ein und derselbe molekulare Taktgeber völlig unterschiedliche biologische Prozesse in verschiedenen Organen regulieren kann? Was macht eine solche Gewebespezifität möglich? Ein internationales Team unter der Leitung der LMU-Chronobiologin Maria Robles und ihres Doktoranden Fatih Aygenli hat nun entscheidende Fortschritte bei der Beantwortung dieser Fragen erzielt. Sie haben ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlicht.

Leberzellen etwa haben andere Aufgaben im Tagesverlauf, die anders geregelt werden müssen als die von Nierenzellen und wiederum anders als die von Lungenzellen. Die Forschenden fanden heraus, dass diese gewebespezifische zeitliche Steuerung durch die Kommunikation und Interaktion von CLOCK und BMAL1 mit anderen Proteinen an der DNA zustande kommt. Welche Proteine in welchen Mengen vorhanden sind und wann sie aktiv sind, variiert je nach Gewebe und im Laufe des Tages.

Um diese räumliche und zeitliche Komplexität zu erfassen, wandten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine fortschrittliche Methode an, bei der die Isolierung von DNA-assoziierten Proteinen mit quantitativer Proteomik kombiniert wurde. Dies lieferte eine umfassende Momentaufnahme des Proteinbestands, der in jedem Gewebe mit BMAL1 und CLOCK am Chromatin assoziiert ist. „Mit diesem Ansatz konnten wir in den Leber-, Nieren- und Lungengeweben von Mäusen mehr als 1.500 Proteine direkt identifizieren, die über verschiedene Organe und Tageszeiten hinweg mit dem Mechanismus der zirkadianen Uhr assoziiert sind“, sagt Maria Robles, Professorin am Institut für Medizinische Psychologie und am Biomedizinischen Centrum (BMC) der LMU. 

Bekannte Transkriptionsfaktoren übernehmen neue Funktionen

Unter der Vielzahl der Proteine, deren Wechselwirkungen in ihrem Interaktions-Atlas kartiert wurden, identifizierten die Forscher drei bekannte Transkriptionsfaktoren mit einer bislang unbekannten Rolle bei der zirkadianen Regulation, die das fehlende Bindeglied darstellen, nach dem sie gesucht hatten: „Wir konnten experimentell nachweisen, dass PROX1, HNF1B und HOXA5 – Schlüsseltranskriptionsfaktoren, die an der Gewebeentwicklung und der Aufrechterhaltung der Zellidentität beteiligt sind – die zirkadiane Funktion gewebespezifisch modulieren. 

Auf diese Weise teilen sie dem inneren Mechanismus der zirkadianen Uhr die spezifischen Funktionen mit, die zu verschiedenen Tageszeiten in Leber, Niere und Lunge reguliert werden müssen“, erklärt Robles. Von diesen drei Proteinen ist bereits bekannt, dass sie wichtige Rollen bei der Embryonalentwicklung, der Gewebebildung und der Zellidentität spielen. Die neuen Erkenntnisse belegen, dass sie zudem dazu beitragen, die zirkadiane Uhr im Laufe des Tages an die spezifischen physiologischen Anforderungen der einzelnen Organe anzupassen. „Unsere Ergebnisse zeigen somit, dass solche organspezifischen Faktoren dem zirkadianen Uhrwerk Gewebe- und Zellidentität verleihen und dadurch die gewebespezifische Genexpression und Physiologie im Laufe des Tages prägen“, fügt Fatih Aygenli hinzu.

Den Münchner Forschenden zufolge bietet die von ihnen optimierte kombinierte Analysemethode einen leistungsstarken Ansatz zur umfassenden Charakterisierung von Proteinkomplexen, die in lebendem Gewebe direkt an Chromatin gebunden sind, in dem die DNA flexibel verpackt ist. Sie weisen darauf hin, dass die Methode in vielen Bereichen der Molekularbiologie breit angewendet werden kann, um zu untersuchen, wie genregulatorische Mechanismen in vivo funktionieren.

Über diesen methodischen Fortschritt hinaus deckte die neue Studie einen grundlegenden Mechanismus auf, durch den die circadiane Uhr die Zellidentität und den Organkontext erkennt, um die entsprechenden physiologischen Funktionen in jedem Gewebe zeitlich zu regulieren. Wie Robles anmerkt, könnte dies helfen zu erklären, warum eine gestörte innere Uhr oder eine circadiane Störung verschiedene Gewebe auf unterschiedliche Weise beeinflusst und zu Stoffwechsel-, Herz-Kreislauf-, Immun- und anderen Erkrankungen führt.

Langfristig erhoffen sich die Forschenden der LMU, dass diese Erkenntnisse zur Entwicklung zeitlich präziserer und organbezogener Therapiestrategien für Erkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes beitragen könnten. Diese und andere Erkrankungen stehen im Zusammenhang mit einer Störung oder Desynchronisation des zirkadianen Rhythmus, die eine Folge davon ist, dass wir entgegen unserer inneren Uhr leben – was laut Robles zu einem „weit verbreiteten Merkmal unseres modernen Lebensstils“ geworden ist.

LMU München


Originalpublikation:

Aygenli, F., Huschet, L.A., Popp, T. et al. CLOCK/BMAL1 interactome uncovers homeodomain factors as tissue regulators. Nat Cell Biol (2026). doi.org/10.1038/s41556-026-02041-4

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Wissenschaft Bayern