VBIO News

Arbeitsteilung im Bienenstaat

Tue, 14 Jul 2026 11:54:59 +0200

Ob in der menschlichen oder in Bienengesellschaften: Damit eine Gemeinschaft funktioniert, müssen Arbeiten zuverlässig auf die Mitglieder verteilt werden. Während Menschen Aufgaben bewusst organisieren und verteilen, geschieht dies im Bienenstaat ohne zentrale Planung. Trotzdem funktioniert die Arbeitsteilung bei den Bienen (Apis mellifera) gut.

Je nach Alter übernehmen die Arbeiterinnen unterschiedliche Arbeiten: Junge Bienen versorgen die Königin und pflegen den Nachwuchs; danach übernehmen sie Bauarbeiten und bewachen den Stock; erst spät verlassen sie den Stock, um Nahrung zu sammeln. Gesteuert werden die unterschiedlichen Arbeiten durch das Zusammenspiel von rund einer Million Nervenzellen im Bienengehirn. Wie das Nervensystem diese altersabhängige Arbeitsteilung umsetzt, war bisher jedoch unbekannt.

Erste Hinweise, wie die Arbeitsteilung gesteuert wird, lieferte die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Martin Beye vom Institut für Evolutionsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) bei Untersuchungen des sogenannten doublesex-Gens. Sie zeigten, dass sich ältere Arbeiterinnen, bei denen das Gen inaktiviert wurde, verstärkt um die Königin kümmerten und damit Tätigkeiten übernahmen, die sie normalerweise nur im jüngeren Alter tun.

Da das doublesex-Gen nur in ausgewählten neuronalen Schaltkreisen aktiv ist, bot sich so einem Forschungsteam um Prof. Beye sowie Forschenden der Universitäten in Köln und Frankfurt/Main ein Zugang, um die Verhaltenssteuerung der Bienen zu untersuchen. Indem die zugehörigen doublesex-Neuronen gehemmt wurden – ein Neuron-hemmendes Protein wurde zum Gen zusätzlich abgelesen und wird über die Fütterung einer Substanz gezielt aktiviert –, konnten die Forschenden gezielt die Aktivität der entsprechenden neuronalen Schaltkreise hemmen.

Dr. Jana Seiler, Erstautorin der PNAS-Studie: „Dann übernahmen die älteren Arbeiterinnen wieder Arbeiten rund um die Königin, die ansonsten nur die jüngeren Bienen ausführten. Wurden die Schaltkreise nicht gehemmt, zeigten die Bienen ihr natürliches, altersabhängiges Verhalten. Auf diese Weise steuerten wir also, welche Arbeiten die Arbeiterinnen übernahmen.“

Die Ergebnisse der Forschenden zeigen, dass ein neuronaler Mechanismus der Arbeitsteilung im Bienenstaat zugrunde liegt. Indem bestimmte Bereiche im Bienengehirn gehemmt werden, werden andere Schaltkreise aktiviert, die die Durchführung von anderen Arbeiten steuern. Damit liefern die Ergebnisse erstmals Hinweise darauf, dass der Informationsaustausch zwischen den neuronalen Schaltkreisen für die Festlegung der Tätigkeit der Bienen eine wichtige Rolle spielt.

Prof. Beye: „Indem wir nun das Sozialverhalten der Bienen kontrollieren können, eröffnet uns dies neue Möglichkeiten, die Grundlagen der angeborenen Verhaltensvielfalt und der sozialen Zusammenarbeit zu erforschen. Das Rätsel, wie Bienen und andere Tiere ohne Arbeitsplan dabei so prächtig zusammenarbeiten, dürfte sich in den Schaltkreisen des Gehirns verbergen.“

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Originalpublikation:

Vivien Sommer, Jana Seiler, Alina Sturm, Sven Köhnen, Anna Wagner, Christina Blut, Wolfgang Rössler, Stephen F. Goodwin, Bernd Grünewald, Martin Beye: Dedicated developmental programing for group-supporting behaviors in eusocial honeybees. Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp3953

Wenn KI die Natur optimiert: Chancen und Risiken synthetischer Proteine

Tue, 14 Jul 2026 11:50:54 +0200

Proteine sind die Grundlage zahlreicher biologischer Prozesse. Sie übernehmen in allen Lebewesen vielfältige Aufgaben und bestimmen durch ihre Struktur, welche Funktionen sie erfüllen. Jahrzehntelang war es eine der größten Herausforderungen der Wissenschaft, die dreidimensionale Struktur und ihre Funktionsbeziehung von Proteinen zu entschlüsseln. Das neue VDI Research-Paper zeigt: KI-Systeme wie AlphaFold oder RosettaFold ermöglichen es heute, Proteinstrukturen deutlich schneller zu analysieren und Zusammenhänge zwischen Aufbau und Funktion besser zu verstehen. Darüber hinaus erlaubt KI auch die gezielte Gestaltung völlig neuer synthetischer Proteine mit maßgeschneiderten Funktionen, die so in der Natur nicht vorkommen. Durch diese Fortschritte und die Möglichkeiten der synthetischen Biologie wird es in Medizin, industrieller Produktion, Umwelttechnik und vielen weiteren Bereichen zu transformativen Veränderungen kommen.

Anwendungen, die das Leben verändern

Die Einsatzmöglichkeiten synthetischer Proteine sind vielfältig:

Medizin: Neue synthetische Proteine helfen dabei, multiresistente Bakterien zu bekämpfen oder personalisierte Krebstherapien auf Basis der mRNA-Technologie zu entwickeln.

Umwelttechnik: Spezielle Enzymproteine können Kunststoffabfälle wie PET abbauen oder wertvolle Seltene Erden aus Elektroschrott zurückgewinnen.

Nahrungsmittelproduktion: Synthetisch hergestellte Proteine sind eine nachhaltige, tierfreie Alternative zu konventionellem Fleisch und das mit deutlich geringerem CO₂-Ausstoß und Wasserverbrauch.

Neue Materialien: Synthetische Proteine bieten Lösungen, die herkömmliche Materialien in puncto Nachhaltigkeit übertreffen: von selbstheilenden Werkstoffen bis hin zu biologisch abbaubaren Textilfasern.

Landwirtschaft: Maßgeschneiderte Proteine optimieren Tierfutter, verbessern die Nährstoffaufnahme und ermöglichen umweltfreundliche Alternativen zu chemischen Pflanzenschutzmitteln.

Kosmetik: Biotechnologisch hergestellte Proteine ermöglichen tierfreie Alternativen wie veganes Kollagen und werden als Transportvehikel für Wirkstoffe in der Hautpflege eingesetzt.

Chancen und Risiken im Blick behalten

„Die Biologisierung wird unsere Technik und Wirtschaft in den kommenden Jahren ähnlich stark verändern wie die Digitalisierung", erläutert Matthias Braun, Technologieberater am VDI Technologiezentrum und einer der beiden Autoren des Papers. „Gerade deshalb braucht es einen verantwortungsvollen Umgang. Wir brauchen regulatorische Rahmenbedingungen, die Innovation ermöglichen und gleichzeitig Missbrauch verhindern.“

Vor diesem Hintergrund weisen die Autoren darauf hin, dass KI-Modelle trotz ihres großen Potenzials keine fehlerfreien Ergebnisse liefern. Synthetische Proteine können unvorhergesehene Wechselwirkungen in lebenden Organismen auslösen und es bestehen ernsthafte Risiken durch möglichen Missbrauch wie die Entwicklung neuartiger Biotoxine, die sich gängigen Nachweismethoden entziehen. Um die Chancen des KI-gestützten Proteindesigns sicher zu nutzen, sind daher eine vorausschauende Regulierung und eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit unerlässlich.

VDI Technologiezentrum

Das vollständige Paper ist abrufbar unter: https://www.vditz.de/service/die-transformative-kraft-synthetischer-proteine

Pflanzen schalten bei Starklicht sofort um

Tue, 14 Jul 2026 11:41:06 +0200

Pflanzen wirken unbeweglich. Doch wenn sich ihre Umwelt ändert, reagieren sie in Sekunden. Besonders herausfordernd ist plötzliches Starklicht. Es kann die Photosynthese stören und Zellen schädigen. Wie schnell und gezielt Pflanzen darauf antworten, zeigt nun eine Studie, die im Fachjournal Molecular Plant veröffentlicht wird.

„Wir konnten zeigen, dass Pflanzen ihre Proteinproduktion innerhalb weniger Minuten neu ausrichten, noch bevor sich die Aktivität der Gene im Zellkern verändert“, sagt Erstautor Dr. Marten Moore. Er forschte zunächst an der Universität Bielefeld und setzte seine Arbeit später an der Australian National University in Canberra fort. „Damit haben wir eine zusätzliche, sehr schnelle Steuerungsebene entdeckt.“

Direkte Steuerung statt Umweg über Gene
Bislang ging die Forschung vor allem davon aus, dass Chloroplasten – also die Orte der Photosynthese in der Pflanzenzelle – Signale an den Zellkern senden. Dort werden dann Gene aktiviert, um Schutzprogramme zu starten. Dieser Weg braucht Zeit, weil zunächst neue Botenmoleküle gebildet werden müssen.

Das Forschungsteam aus Bielefeld und Canberra zeigt nun: Pflanzen können schneller reagieren. Sie greifen direkt in die Herstellung von Proteinen ein. Proteine sind die Arbeitsmoleküle der Zelle; sie entstehen, wenn sogenannte Ribosomen die Bauanleitung der Boten-RNA (mRNA) „lesen“ und in Eiweiße übersetzen. Diesen Schritt regulieren die Pflanzen bei Starklicht neu.

Innerhalb von zehn Minuten verschiebt sich, welche mRNA besonders häufig in Proteine umgesetzt wird. Vor allem entstehen mehr Proteine, die für die Photosynthese im Chloroplasten wichtig sind. So schützt sich die Pflanze vor Schäden durch zu viel Licht – Fachleute sprechen von Photoinhibition, einer lichtbedingten Beeinträchtigung des Photosystems.

Kleine RNA-Abschnitte mit großer Wirkung
Ausgelöst wird dieser schnelle Umbau durch kurze Abschnitte am Anfang der mRNA. Diese Sequenzen dienen als Andockstelle für ein Enzym namens GAPDH, das eigentlich eine Rolle im Zuckerstoffwechsel spielt. Je nach Lichtintensität bindet oder löst sich dieses Enzym von der mRNA. Dadurch wirkt es wie ein Schalter, der die Proteinproduktion hoch- oder herunterfährt.

Den Mechanismus wiesen die Forschenden nicht nur in der Modellpflanze Arabidopsis, sondern auch in der Hirseart Setaria viridis nach. Das spricht dafür, dass er in vielen Pflanzenarten verbreitet ist.

Die Arbeit ist das Ergebnis einer langjährigen Kooperation. Die zugrunde liegende Hypothese entwickelte die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Karl-Josef Dietz an der Universität Bielefeld bereits vor rund 18 Jahren. Gefördert wurde das Projekt unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Australian Research Council.

Angesichts zunehmender Wetterextreme gewinnt die Entdeckung an Bedeutung. Pflanzen sind immer häufiger intensiver Sonneneinstrahlung, Hitze und Trockenheit ausgesetzt. Wer versteht, wie sie sich in Minuten anpassen, kann langfristig Sorten entwickeln, die stabilere Erträge liefern, ohne ihr Erbgut grundsätzlich zu verändern, sondern indem gezielt natürliche Steuerungselemente genutzt werden.

Einschätzung von Prof. Dr. Karl-Josef Dietz zum Thema
„Unsere Ergebnisse zeigen erstmals, dass Chloroplasten die Proteinsynthese im Zellplasma direkt und extrem schnell beeinflussen können. Das erweitert unser Verständnis der pflanzlichen Stressreaktionen grundlegend. Besonders interessant sind die kurzen RNA-Abschnitte und die Bindeproteine, die zusammen als Schalter arbeiten. Diese Erkenntnis eröffnet konkrete Perspektiven für die Züchtung robuster Kulturpflanzen – ein hochaktuelles Thema im Klimawandel.“

Universität Bielefeld

Originalpublikation:

Marten Moore, Aaron B. Smith, Melanie Wegener, Pravin B. Khambalkar, Rebeccah Victoria Tyrrell, Brea Camille Watts, Samuel J. Nix, Hong Ting Tsang, Mohammad A. Farooq, Diep R. Ganguly, Robert T. Furbank, Maria Ermakova, Barry J. Pogson, Karl-Josef Dietz: Translation-dependent retrograde signaling coordinates high-light acclimation in plants. Molecular Plant. https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.07.002

Phytoplankton wendet das Zwiebelschalen-Prinzip an

Tue, 14 Jul 2026 11:11:19 +0200

Sie sind sehr klein, deshalb wird ihre Bedeutung oft unterschätzt. Doch Mikroalgen betreiben rund die Hälfte der weltweit stattfindenden Photosynthese. Sie halten in dieser Hinsicht also locker mit der Gesamtheit aller Landpflanzen Schritt. Zudem bilden Mikroalgen – sogenanntes Phytoplankton – die Basis der meisten Nahrungsnetze in den Weltmeeren. 

Dabei gibt jede einzelne photosynthetisch aktive Zelle eine Vielzahl organischer Substanzen ab, die sich im Meerwasser allmählich von der Zelle wegbewegen. Rund um jede Mikroalge entsteht so eine kleine Wolke aus verschiedenen Stoffen. Forschende nennen sie Phycosphäre. Sie ist der Ort, an dem Mikroalgen und Bakterien bevorzugt miteinander interagieren. Diese Wechselwirkungen prägen den Kohlenstoffkreislauf in den Ozeanen. 

Vermessung der chemischen Landschaft 

Die Phycosphäre enthält chemische Signale, die von einer Vielzahl von Bakterien wahrgenommen werden können. Diese Bakterien folgen den Stoffen, um sich auf die Mikroalgen zuzubewegen, wo sie kohlenstoffhaltige organische Stoffe mit den Mikroalgen austauschen. «Die Phycosphäre ist einer der wichtigsten Marktplätze für organischen Kohlenstoff in den Meeren», sagt Roman Stocker, Professor am Institut für Umweltingenieurwissenschaften der ETH Zürich. 

Bisher ging die Forschung davon aus, dass dieser Marktplatz den Gesetzen der einfachen Diffusion folgt – und dass sich alle Substanzen nach demselben Muster verteilen: Demnach sind sie in unmittelbarer Umgebung der Mikroalge in höheren Konzentrationen zu finden, und mit zunehmendem Abstand von der photosynthetischen Zelle nehmen diese Konzentrationen allmählich ab.

Nun hat das Team um Stocker mithilfe eines technisch aufwendigen Verfahrens namens Raman-Mikrospektroskopie erstmals die Konzentrationen einer solchen Substanz – genannt Fucoxanthin – in der unmittelbaren Umgebung von einzelnen, lebenden Mikroalgenzellen aufgezeichnet und so die chemische Landschaft um das Phytoplankton genau vermessen. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forschenden in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Wie eine Zwiebel 

Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass die Konzentration an Fucoxanthin in der Nähe der Phytoplanktonzelle viel stärker ansteigt als erwartet. Dies deutet darauf hin, dass die Phycosphäre tatsächlich aus mehreren Schichten besteht. Sie sind wie Zwiebelschalen in immer grösseren kugelförmigen Hüllen um die Mikroalge in der Mitte gewickelt. Dabei bestimmen die chemischen Eigenschaften der abgegebenen Stoffe, wie weit sich die einzelnen Schichten ausdehnen.  

Die Forschenden kamen zum Schluss, dass es deutliche Unterschiede zwischen den Substanzen gibt: Nur wasserlösliche Stoffe wie Zucker oder Aminosäuren verhalten sich so, wie es man aufgrund der einfachen Diffusion erwarten würde. Ihre Konzentration nimmt sehr allmählich ab, je grösser der Abstand zu den Mikroalgen wird.

Anders ist es bei wasserabweisenden Stoffen wie Fucoxanthin, dasdass eines der wichtigsten Photosynthese-Pigmente in vielen Mikroalgen ist. Diese Substanz bleibt in der Nähe der Mikroalge stark konzentriert und ihre Konzentration nimmt rund zehn Mikrometer von der Zelloberfläche entfernt sehr stark ab. Wie ist das möglich? Zachary Landry und Riccardo Foffi, die beiden Erstautoren der Studie, stellten fest, dass eine dünne Schicht aus schleimartigen Stoffen rund um die Mikroalge dafür verantwortlich ist. 

Schleim mit doppelter Funktion 

Eine Art Schleim umhüllt die Mikroalge, der gemäss den Forschenden eine doppelte Funktion erfüllt: «Einerseits hilft er wasserabweisenden Stoffen, sich im Wasser zu verteilen», sagt Foffi. Andererseits halte der Schleim die Moleküle zurück – und hindere sie daran, sich von der Zelle weg zu bewegen, was zu den deutlich höheren Konzentrationen in der Nähe der Zelloberfläche führe.

«Dadurch entstehen viel stärkere chemische Signale», fügt Landry hinzu. «Sie machen es den Bakterien einfacher, die winzigen Mikroalgenzellen im Ozean zu finden.» Das verändert das bisherige Bild der Phycosphäre grundlegend. Den Forschenden zufolge haben ihre Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf Modelle der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Bakterien. Zudem zeigen sie, dass gute experimentelle Arbeiten auch in einer zunehmend rechnergestützten Welt weiterhin wichtig bleiben. 

Die Studie zeigt, dass die unmittelbare Umgebung von Mikroalgen viel komplexer aufgebaut ist als bisher angenommen. Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, die Wechselwirkungen zwischen Mikroalgen und Bakterien – und damit einen wichtigen Teil des Kohlenstoffkreislaufs der Meere – besser zu verstehen.

ETH Zürich

Originalpublikation:

Landry ZC, Foffi R, Anelli V, Arosio P, Gil-Garcia M, Henshaw RJ, Müller O, Paccagnan G, Schneider TN, Schubert CJ, Słomkab J, Lee KS, Zambelli T, Zweifel S, and Stocker R.: Raman imaging of the phycosphere reveals sharp gradients of organic matter exuded by single phytoplankton cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  (2026). https://doi.org/10.1073/pnas.2535317123

Schon wirbellose Tiere können sich an Krankheitserreger anpassen

Tue, 14 Jul 2026 10:58:53 +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

Gene folgen präzisen Schaltregeln

Mon, 13 Jul 2026 12:04:22 +0200

Eine Klimaanlage hat zwei Modi: aus und an. Draußen hat es 40 Grad. Ist die Klimaanlage aus, strömt die warme Luft durch den Raum. Ist sie aber eingeschaltet, feuert sie kalte 15 Grad. Wie lässt sich diese Klimaanlage nun aber so steuern, dass sie den Raum auf gemütlichen 25 Grad hält? Ingenieur:innen haben dafür eine Lösung, nämlich die sogenannte Pulsweitenmodulation. Dabei wechselt die Klimaanlage durch einen Schalter ständig zwischen „ganz an“ und „ganz aus“. Entscheidend ist, wie lange sie jeweils in einem dieser Zustände bleibt – der Durchschnitt macht die gewünschte Temperatur.

Vor einem ähnlichen Problem stehen Zellen, wenn sie ihre Gene regulieren (Genexpression). Ein neuer theoretischer Ansatz von Professor Gašper Tkačik und Postdoc Alexis Bénichou vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA), Benjamin Zoller und Thomas Gregor (Institut Pasteur und Princeton University) erklärt, wie dies funktionieren könnte. Dabei wurden die präzisen experimentellen Daten von Zoller und Gregor in diese theoretische Publikation einbezogen.

Zufällig – aber nach Protokoll

„Es gibt viele Modelle, die versuchen, zu erklären, wie Zellen exakt Gene ein- und ausschalten“, erklärt Gašper Tkačik. „Das Telegraf-Modell, beispielsweise, geht davon aus, dass die Gene in kurzen Ausbrüchen aktiviert werden. Gene ‚flackern‘ also zufällig zwischen an und aus – und bilden trotzdem in Organismen wie der Fruchtfliege extrem präzise Muster der Genregulation. Was aber nicht klar war: Warum sollte die Zelle die Genexpression überhaupt über so eine Strategie steuern? Wenn ein Gen zum Beispiel 80 Prozent aktiv sein soll, warum schaltet es dann nicht einfach dauerhaft auf 80 Prozent, sondern lässt es zwischen 0 und 100 Prozent flackern? Und selbst wenn genau das die Strategie ist, wie läuft dann dieses Schalten ab? Während Klimaanlagen auf technisch ausgefeilte Schalter zurückgreifen, die jederzeit präzise betätigt werden können, verfügen Zellen nicht über solche Komponenten. Sie können den genauen Zeitpunkt jedes Ein- oder Ausschaltvorgangs nicht festlegen, sondern lediglich die Wahrscheinlichkeit des Umschaltens modulieren.

Die neuen Forschungsergebnisse besagen, dass das Flackern der Gene nach einem bestimmten Prinzip organisiert ist, nämlich mit einer konstanten charakteristischen Zeitskala. „In der Physik bezeichnen wir dies als Korrelationszeit ‚Tc‘“, erklärt Tkačik. „Sie bleibt unabhängig vom gewünschten Expressionsniveau konstant und ermöglicht so eine sehr präzise Steuerung der Expression. Diese Entdeckung war eine große Überraschung, da sie im Widerspruch zu zuvor veröffentlichten Modellen steht.“ Das Schaltprogramm ist also, kurz gesagt, zufällig im einzelnen Moment, aber präzise im statistischen Durchschnitt.

Präzision benötigt Energie

Viele klassische Modelle gehen davon aus, dass Genexpression vor allem passiv angetrieben wird. Moleküle – sogenannte Transkriptionsfaktoren – docken mehr oder weniger zufällig an die DNA und lösen sich wieder. Dadurch wird ein Gen mal aktiver, mal weniger aktiv. Laut Tkačik ist diese passive Kontrolle im thermodynamischen Gleichgewicht, verbraucht also keine Energie, sondern ist im Equilibrium. Die beobachtete konstante Korrelationszeit in der Fruchtfliege lässt sich mit einfachen Gleichgewichtsmodellen aber schwer erklären. Bei eukaryotischen Zellen scheint es so zu sein, dass etwas komplexere Schemata benutzt werden.

Die neue Studie der Forscher:innen zeigt dafür eine neue theoretische Vorgehensweise, welche nahelegt, dass diese passive Sicht alleine nicht ausreicht. Dieses System läuft nicht einfach im thermodynamischen Gleichgewicht, sondern wird aktiv angetrieben und verbraucht Energie. Der nächste Schritt ist, diese theoretische Vorhersage auch experimentell zu untersuchen.

Laut Tkačik bleibt noch einiges zu tun, so etwa auch ein wirklich mechanistisches, physikalisches Rahmenmodell, in Form von Gleichungen, die an experimentelle Daten angepasst sind. Damit versuchen die Forschenden dann zu beschreiben, ob die stochastische Ein-Aus-Dynamik innerhalb einzelner Zellkerne dadurch verursacht wird, dass die Genregulation tatsächlich auf dem DNA-Polymer stattfindet. Zudem soll untersucht werden, wie eine solche Dynamik zu den hochpräzisen Genexpressionsmustern führen kann, die auf der Ebene eines gesamten Organismus beobachtet werden.

Institute of Science and Technology Austria

Originalpublikation:

Zoller et al. 2026. Invariant non-equilibrium dynamics in gene regulation optimize information flow. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2524855123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524855123

Nationale Forschungsdateninfrastruktur: DFG begrüßt Entscheidungen der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz

Mon, 13 Jul 2026 11:55:56 +0200

„Die Weiterförderung aller zehn Konsortien der zweiten Ausschreibungsrunde stärkt die NFDI als wissenschaftsgeleitetes Netzwerk unterschiedlicher Communitys, Akteure und Dienste“, betont die Präsidentin der DFG, Professorin Dr. Katja Becker. „Sie festigt die Rolle der NFDI als disziplinübergreifendes Forum für die Erprobung, Etablierung und Fortentwicklung datenbasierter Methoden und Technologien. Auf diese Weise eröffnet die NFDI der Forschung neue Möglichkeiten und schafft zugleich eine wichtige Grundlage zur Sicherstellung digitaler Souveränität und Resilienz der Wissenschafts- und Infrastrukturlandschaft.“

Als größte Forschungsförderorganisation und zentrale Selbstverwaltungseinrichtung für die Wissenschaft in Deutschland steuert und organisiert die DFG den wissenschaftsgeleiteten Begutachtungs- und Auswahlprozess der Konsortien und legt Förderempfehlungen vor. Derzeit fördern Bund und Länder insgesamt 27 Konsortien aus allen Wissenschaftsbereichen, die sich mit ihren Angeboten nicht nur an Forscher*innen aus der eigenen Disziplin richten, sondern in engem Zusammenwirken auch fachübergreifende Dienste entwickeln und bereitstellen. Zu den Diensten der Konsortien gehören beispielsweise die Software-Entwicklung für elektronische Laborjournale, Fortbildungen in der fachgerechten Annotation von Daten oder die Unterstützung und Beratung bei der Sicherung und nachhaltigen Speicherung von vorhandenen und neu produzierten Daten. Zudem werden disziplinübergreifende Metadatenstandards entwickelt, um die Nachnutzbarkeit von vorhandenen Daten auch über Fächergrenzen hinaus zu steigern. Die neun Konsortien der ersten Auswahlrunde konnten sich bereits 2025 erfolgreich für eine weitere Förderung empfehlen.

Ferner verabschiedete die GWK am 10. Juli eine neue Bund-Länder-Vereinbarung zur NDFI. „Dass Bund und Länder sich darauf verständigt haben, die NFDI zunächst bis zum 31. Dezember 2038 weiter zu finanzieren, ist eine unverzichtbare Grundlage für das langfristige Vorhalten von Daten und Diensten für die gute digitale Wissenschaftspraxis und positioniert die NFDI klar als Knotenpunkt für effizientes Forschungsdatenmanagement in Deutschland und darüber hinaus“, konstatiert Dr. Heide Ahrens, die Generalsekretärin der DFG. Die in der BLV definierte Anpassung der Governancestruktur sei klar darauf ausgerichtet, die strategischen Ziele der NFDI zu erreichen. Das zeige sich unter anderem an der neu eingeführten Rolle des technischen Geschäftsführers in einem dreiköpfigen Präsidium.„Dabei wird es nach wie vor darauf ankommen, die NFDI im künftigen Zusammenwirken von Fachbereichen und Betriebsnetzwerk konsequent wissenschaftsgeleitet zu steuern. Mit einem von der DFG administrierten Innovationsprogramm können wir zudem der Dynamik sich stetig wandelnder wissenschaftlicher Bedarfe bestens Rechnung tragen“, fügte Ahrens hinzu.

DFG

Informationen der GWK:

Wegweisende Schritte für zentrale Forschungsinfrastrukturen in Deutschland vereinbart: Stärkung des Forschungsdatenmanagements, des Hochleistungsrechnens mit KI an Hochschulen sowie der Digitalisierung in den Geisteswissenschaften PM_09_26 (nicht barrierefrei)

Weitere Informationen zur NFDI: https://www.dfg.de/de/foerderung/foerderinitiativen/nfdi

Das Gehirn blinder Menschen reorganisiert sich anders als bisher angenommen

Mon, 13 Jul 2026 11:36:59 +0200

Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist einer der komplexesten biologischen Prozesse. In den ersten Lebensjahren finden im Gehirn enorme Veränderungen statt, die dazu beitragen, seine Funktionsweise zu optimieren. Allein im ersten Jahr vergrößert sich die Oberfläche der Großhirnrinde um etwa drei Viertel, während ihre Dicke um rund ein Drittel zunimmt.  Zu Beginn der Entwicklung bildet das Gehirn weit mehr Verbindungen zwischen Neuronen, als es tatsächlich benötigt. Im Laufe des Lebens werden häufig genutzte Verbindungen gestärkt, während andere in einem als „Pruning“ bezeichneten Prozess eliminiert werden. 

Gleichzeitig schreitet ein weiterer Prozess – die Myelinisierung – im gesamten Gehirn voran. Dabei werden die Nervenfasern von einer Fettschicht umhüllt, die ähnlich wie die Isolierung um elektrische Leitungen funktioniert und die Signalübertragung beschleunigt. Diese „Isolierung“ entwickelt sich je nach den Bedürfnissen der einzelnen Hirnregionen unterschiedlich. Neuronen in sensorischen Kortexen – wie dem visuellen und auditorischen Kortex – sind stark myelinisiert, während Neuronen im Frontallappen, der für höhere kognitive Funktionen zuständig ist, weniger Myelin aufweisen. 

„Aus Tierstudien wissen wir bereits, dass Sinneserfahrungen einen enormen Einfluss auf diese Entwicklungsprozesse haben. Die genauen Mechanismen hinter diesem Einfluss sind jedoch Gegenstand laufender Forschung,“ erklärt die Erstautorin der Studie, Anna-Lena Stroh vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. „Menschen, die von Geburt an blind sind, spielen in diesem Zusammenhang eine besonders wichtige Rolle, da sich ihr Gehirn ohne visuelle Reize entwickelt. So lassen sich die Auswirkungen von Sinneserfahrungen auf die Gehirnentwicklung gezielt untersuchen.“

Seit vielen Jahren beobachten Wissenschaftler*innen, dass der visuelle Kortex von Menschen, die von Geburt an blind sind, dicker erscheint als der von sehenden Menschen. Die vorherrschende Erklärung lautete, dass Blindheit den Pruning-Prozess stört, wodurch überschüssige neuronale Verbindungen im visuellen Kortex zurückbleiben. Um diese Idee direkt zu überprüfen, arbeiteten die Forschenden aus Polen mit einem Team in Leipzig zusammen, das über Fachwissen in der In-vivo-Histologie verfügt und Zugang zu modernster Bildgebungstechnologie hat, mit der sich Hirngewebe in außergewöhnlich hoher Detailgenauigkeit charakterisieren lässt.  Das Projekt war somit auch ein großes organisatorisches Unterfangen, das die die Rekrutierung und Koordination blinder Teilnehmender aus ganz Polen erforderte.Insgesamt reisten 24 von Geburt an blinde Personen nach Leipzig, um an bildgebenden Messungen des Gehirns teilzunehmen. Sie wurden mit sehenden Kontrollpersonen verglichen, die hinsichtlich Alter und Geschlecht vergleichbar waren.

„Dank hochauflösender Daten unserer 7 Tesla und 3 Tesla-Connectom-Magnetresonanztomographen (MRT) konnten wir die Mikrostruktur des Gehirns im Submillimeterbereich abbilden und so mehrere wichtige Muster aufdecken“, betont Nikolaus Weiskopf, Direktor der Abteilung Neurophysik am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. „Wie bereits in früheren Studien beobachteten wir, dass der visuelle Kortex bei blinden Teilnehmer*innen dicker erschien. Entscheidend ist, dass wir zeigen konnten, dass der visuelle Kortex von Menschen, die von Geburt an blind sind, weniger myelinisiert war. Dies könnte den scheinbaren dickeren visuellen Kortex erklären. Hinweise darauf, dass der Pruningprozess gestört ist, fanden wir hingegen nicht, auch wenn dieser Prozess weiterhin eine Rolle spielen könnte. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine verringerte Myelinisierung ein zentraler Faktor für die bei Blindheit beobachteten strukturellen Unterschiede im Gehirn ist.“ 

„Eine verminderte Myelinisierung kann auch beeinflussen, wie die Grenze zwischen grauer und weißer Substanz in MRT-Aufnahmen erscheint“, erläutert Anna-Lena Stroh. „Dadurch kann die Großhirnrinde in MRT-Messungen dicker erscheinen.“  Zusätzliche Analysen zeigten, dass diese Veränderungen auch die weiße Substanz betrafen, die für die Informationsübertragung zwischen verschiedenen Hirnregionen zuständig ist. Gleichzeitig beobachteten die Forschenden keine vergleichbaren Unterschiede in Hirnarealen, die mit dem Hören oder Tasten in Verbindung stehen. Dies deutet darauf hin, dass die beschriebenen Veränderungen direkt mit dem Fehlen visueller Erfahrungen zusammenhängen.  

Die Forschenden betonen, dass diese Ergebnisse nicht als Hinweis auf ein „beeinträchtigtes“ Gehirn interpretiert werden sollten. Bei blinden Menschen ist der visuelle Kortex an Funktionen wie der Sprachverarbeitung, dem Arbeitsgedächtnis und der kognitiven Kontrolle beteiligt. Interessanterweise sind auch die Gehirnregionen, die diese Funktionen bei sehenden Menschen unterstützen, tendenziell weniger myelinisiert. „Daher stehen die Unterschiede, die wir bei blinden Menschen beobachten, völlig im Einklang mit dem, was dieser Kortex bei blinden Menschen tatsächlich leistet. Der visuelle Kortex bei blinden Menschen ist nicht beeinträchtigt – er ist nur anders organisiert“, bemerkt Marcin Szwed von der Jagiellonen-Universität in Krakau.

Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Originalpublikation:

Anna-Lena Stroh, Luke J. Edwards, Daniel Haenelt, Fakhereh Movahedian Attar, Kerrin J. Pine, Robert Trampel, Marcin Szwed, and Nikolaus Weiskopf: "Congenital blindness reduces myelination in human visual cortex", Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec2348

Unterschätzte Wirkung von Temperaturschwankungen: Wie der Klimawandel Mikroalgen im Inneren umbaut

Mon, 13 Jul 2026 11:11:19 +0200

Mikroalgen sind unsichtbare Motoren des Lebens: Durch Fotosynthese binden sie einen erheblichen Teil des planetaren Kohlendioxids und bilden die Basis aquatischer Nahrungsketten. Doch wenn es zu heiß oder zu kalt wird, dann beginnt dieser Motor zu stottern. An der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii sind diese Auswirkungen bestens untersucht. Denn die Mikroalge fungiert als Modellorganismus: Weil sie sich besonders gut kultivieren und mit genetischen Methoden untersuchen lässt, studieren Forschende an ihr allgemeinere biologische Prinzipien von Mikroalgen. Die Reaktionen der Grünalge auf besonders hohe oder niedrige Temperaturen wurden daher bereits mehrfach untersucht. Bislang fehlte jedoch der Blick auf geringere Temperaturveränderungen in Gewässern und Böden, den Lebensräumen von C. reinhardtii, außerhalb von Extremtemperaturen. Im Zuge des Klimawandels nehmen Temperaturverschiebungen im entsprechenden Bereich zwischen 18 und 33 Grad Celsius jedoch zu. Genau diese Lücke adressiert nun erstmals eine Studie von Forschenden des Exzellenzclusters »Balance of the Microverse« der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI).

Moderate Veränderungen, deutliche Reaktionen

Bereits moderate Temperaturverschiebungen führen zu weitreichenden Veränderungen in der Genaktivität und dem Verhalten von C. reinhardtii. Vier Arbeitsgruppen im Cluster unter Koordination von Prof. Dr. Maria Mittag zeigen, dass etwa ein Drittel aller proteinkodierenden Gene der Alge auf Temperaturänderungen reagiert. Betroffen sind Gene aus fast allen Funktionsbereichen der Zelle, von Fotosynthese und Stoffwechsel bis zu Fortbewegung und der Interaktion mit Bakterien.

Die Folgen: Erhöht sich die Temperatur von 23 auf 28 Grad Celsius, erreicht die Algenpopulation eine um zwanzig Prozent höhere Zelldichte. Gleichzeitig verkürzen sich die Cilien, die fadenförmigen Fortbewegungsorgane der Mikroalge.

»Mikroalgen mögen für das bloße Auge weitgehend unsichtbar sein, aber sie sind eng mit ihrer Umgebung abgestimmt. Überrascht hat uns, dass sich bereits 15 Minuten nach Veränderung der Temperatur das Schwimmverhalten der Algen anpasst«, erklärt Dr. Prateek Shetty, Erstautor der Studie. »Noch bevor die Zellstruktur umgebaut wird, verringern sie ihre Geschwindigkeit und wechseln häufiger die Richtung.«

Doch auch der Stoffwechsel der Mikroalge verändert sich: Bei steigenden Temperaturen greift C. reinhardtii zunächst auf organische Kohlenstoffquellen zurück und verzögert so den Beginn der Fotosynthese um mehrere Tage. Auch die Fortpflanzung und die Interaktion mit anderen Mikroorganismen sind von Temperaturveränderungen betroffen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit als Schlüssel

Methodisch untersuchte das Team die Algen auf mehreren Ebenen zugleich. Vier Forschungsgruppen des Microverse-Clusters brachten dafür ihre jeweilige fachliche Expertise ein. Durch die Zusammenarbeit der Forschungsgruppen von Prof. Dr. Maria Mittag, Dr. Markus Lakemeyer, Prof. Dr. Rosalind Allen und Prof. Dr. Miriam Rosenbaum entstand ein zusammenhängendes Bild von Genaktivität, Proteinzusammensetzung, Bewegungsverhalten und Fotosyntheseleistung der Algen.

»Dass schon graduelle Temperaturverschiebungen die Algenzelle tiefgreifend umsteuern, war bislang unklar. Diese Erkenntnis verdanken wir der engen und produktiven Zusammenarbeit im Cluster: Erst das Zusammenspiel mehrerer Gruppen mit verschiedenen methodischen Stärken hat das Bild sichtbar gemacht«, betont Prof. Dr. Maria Mittag, Arbeitsgruppenleiterin im Exzellenzcluster und Koordinatorin der Studie.

Kleine Schwankungen, große Wellen

Mikroalgen wie Chlamydomonas reinhardtii stehen am Anfang vieler aquatischer Nahrungsketten und tragen erheblich zur Bindung von Kohlendioxid und zur Sauerstoffproduktion bei. Die nachgewiesenen Reaktionen der Alge auch auf geringe Temperaturverschiebungen lassen daher weitreichende Auswirkungen für die damit verbundenen Ökosysteme vermuten. Besonders relevant könnte die beobachtete Verzögerung der Fotosynthese sein. Falls sich dieser Effekt auch unter natürlichen Bedingungen bestätigt, könnte dies die CO₂-Bindung und Sauerstoffproduktion in sich erwärmenden Böden und Gewässern beeinflussen.

»Um die Auswirkungen globaler Phänomene wie des Klimawandels grundlegend zu verstehen, müssen wir bei den kleinsten Akteuren unserer komplexen Ökosysteme ansetzen. Die vorliegende Studie zeigt hervorragend, wie die kombinierten Forschungsperspektiven unseres Exzellenzclusters dieses unsichtbare Zusammenspiel sichtbar machen«, betont Prof. Dr. Kirsten Küsel, Sprecherin des Exzellenzclusters »Balance of the Microverse«.

Universität Jena

Originalpublikation:

P. Shetty et al.: Multiomics studies reveal how ambient temperature changes govern cellular responses of Chlamydomonas, Plant Cell, koag136, https://doi.org/10.1093/plcell/koag136 (2026).

Bakterien überführen Uran in stabile chemische Verbindung: Reduzierung des Gefährdungspotentials für Mensch und Umwelt

Mon, 13 Jul 2026 10:25:31 +0200

Bakterien in der Umwelt, etwa in Böden oder Gewässern, spielen für Ökosysteme eine wichtige Rolle. Unter ihnen gibt es auch Bakterien, die darauf spezialisiert sind, Schadstoffe abzubauen. „Das Schwermetall Uran, das für uns Menschen toxisch ist, können manche Bakterienarten für ihren Stoffwechsel nutzen“, sagt Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch, Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Terrestrische Mikrobiologie des des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und Co-Autorin der Studie. „Aus Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe war bereits bekannt, dass Bakterien in Wasser gelöstes Uran für ihren Stoffwechsel nutzen können, wenn ihnen als Nahrungsquelle Glycerin zur Verfügung steht.“ Glycerin ist ein Grundbestandteil von pflanzlichen und tierischen Fetten. In der Natur entsteht Glycerin zum Beispiel beim Abbau von Holz durch Pilze. Doch in welchem Maße können Bakterien die Menge des im Wasser gelösten Urans verringern? Und in welche chemischen Verbindungen wird freies Uran durch die bakteriellen Stoffwechselprozesse überführt? Diesen Fragen gingen die Forschenden in der vorliegenden Studie nach.

Uran in der Zellmembran

Für ihre Untersuchungen nutzten sie das Grubenwasser einer gefluteten Urangrube der Wismut GmbH im Erzgebirge. In Laborexperimenten, die unter Luftabschluss durchgeführt wurden, versetzte das Forschungsteam die Wasserproben mit einer definierten Menge an Glycerin. „Wir wollten der im Grubenwasser vorhandenen Bakteriengemeinschaft natürliche Bedingungen bieten, da in der rund 2.000 Meter tiefen Grube in der Regel kaum bis kein Sauerstoff vorhanden ist“, erklärt Dr. Antonio M. Newman-Portela, ehemaliger gemeinsamer Doktorand des HZDR und der Abteilung Mikrobiologie der Universität Granada (Spanien) sowie Erstautor der Studie. Die Bakterien nahmen unter für sie optimalen Bedingungen das Glycerin als Nahrungsquelle an. „Nach 130 Tagen waren in den Proben nur noch rund fünf Prozent des im Wasser gelösten Urans vorhanden“, sagt Newman-Portela. „Wir vermuteten, dass die Bakterien das Uran in ihre Zellmembran eingebaut haben könnten. Solche Einbauprozesse sind aus der Literatur bereits bekannt.“ Und tatsächlich konnten die Forschenden in der Zellmembran der Bakterien Uran nachweisen.

Ungewöhnlicher chemischer Zustand

Doch um welche chemischen Verbindungen handelt es sich hierbei? Um das genauer zu erforschen, nutzte das Team moderne mikroskopische und spektroskopische Methoden. Die Analysen wurden sowohl an der Rossendorf Beamline (ROBL), die das HZDR an der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble (Frankreich) betreibt, als auch an der Universität Granada durchgeführt.

Zunächst untersuchten die Wissenschaftler*innen, in welchen chemischen Zuständen das Uran in der Bakterienmembran vorliegt. In der chemischen Fachsprache wird der Begriff „Wertigkeit“ genutzt, um zu beschreiben, mit wie vielen „Händen“ sich ein Atom innerhalb einer chemischen Verbindung festhalten kann. „Uran kommt in der Regel 4-wertig oder 6-wertig vor. Es gibt auch 5-wertiges Uran, doch das ist selten oder nur kurzzeitig vorhanden. Es galt bislang als instabiler Übergangszustand“, erläutert Newman-Portela. „Die Ergebnisse unserer Studie waren daher äußerst überraschend, denn in der untersuchten Biomasse aus unseren Versuchsansätzen lag das Uran zu einem ungewöhnlich hohen Anteil auch als 5-wertiges Uran vor.“

Auch unter Einwirkung von Sauerstoff stabil

Weiterhin fanden die Forschenden heraus, dass das 5-wertige Uran mit Eisen und Sauerstoff die Verbindung FeU(V)O4 eingegangen ist. „Einen Namen hat diese Uranverbindung allerdings noch nicht, da sie vergleichsweise neu ist. Nachgewiesen wurde sie erstmals im Jahr 2020 in einer Studie, in der man Bodenproben von mit uranhaltiger Munition kontaminierten Böden in Kroatien untersucht hat“, erklärt Krawczyk-Bärsch. „Dabei fand man heraus, dass diese Uranverbindung selbst unter Einwirkung von atmosphärischem Sauerstoff seit mehr als 25 Jahren stabil ist. Wie diese Verbindung in der Natur entsteht, und dass Bakterien zu deren Entstehung beitragen, war bislang noch unbekannt.“ In weiteren Experimenten beobachtete das HZDR-Forschungsteam, dass die Menge an FeU(V)O4 sogar zunahm, wenn die getrocknete Biomasse Sauerstoff ausgesetzt war.

„Mit unserer Studie konnten wir erstmals zeigen, dass Bakterien, denen Glycerin als Nahrungsquelle zur Verfügung gestellt wird, in der Lage sind, in Wasser gelöstes toxisches Uran in eine stabile chemische Verbindung zu überführen“, sagt Krawczyk-Bärsch. „Inwieweit künftig vielleicht auch Bakterien helfen könnten, Uran unschädlich zu machen und im Rahmen von Sanierungsprojekten genutzt werden könnten, muss noch weiter erforscht werden.“ In zukünftigen Forschungsprojekten möchte das HZDR-Team mehr über die uranbindenden Bakterien und die dahinterstehenden biochemischen und geochemischen Prozesse herausfinden.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Originalpublikation:
Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z