KRIEG UND FRIEDEN

Vom Zusammenleben mit Mikroorganismen 

Es sieht ganz so aus, als wäre Corona nur der Anfang. Man spricht vom „Zeitalter der Pandemien“, in das wir eintreten. Wir sind dabei, zu begreifen, dass wir Teil einer allumfassenden Natur sind, mit der wir leben oder untergehen werden. Unser Wissen über Mikroorganismen wie Viren, Bakterien, Pilze oder Mikroalgen spielt dabei eine wichtige Rolle. Im Blog „Krieg und Frieden“ zeigen wir mit kurzen Berichten aus der Life Science, wie sich ein umfassenderes Verständnis des Lebens auf der Erde entwickelt und wie es wirksam werden kann 
11. September: Mikrobiom beeinflusst Schlaganfälle

HUF-INTERVIEW
Warum es bei Schlaganfällen auf die Darmflora ankommt

In Deutschland erleiden rund 270.000 Menschen pro Jahr einen Schlaganfall. Wie das Darmmikrobiom den Verlauf beeinflussen kann – das erforscht der Neurowissenschaftler Dr. Vikramjeet Singh zusammen mit seinen Kollegen Prof. Matthias Gunzer vom Institut für experimentelle Immunologie und Bildgebung und Prof. Dirk M. Hermann von der Klinik für Neurologie am Universitätsklinikum in Essen. Im Interview verrät der Forscher, wie Gehirn und Darmmikrobiom einander beeinflussen, was dies für Schlaganfallpatienten bedeutet und welche Therapieoptionen in Zukunft denkbar sind.

Dr. Singh, Ihre Forschung an Schlaganfällen und Demenz hat Sie zur Untersuchung des Mikrobioms geführt. Warum?
Seit mehr 20 Jahren versuchen Forscher zu verstehen, wie sich Schlaganfälle auf das Immunsystem auswirken und wie dieses wiederum den Verlauf der Erkrankung beeinflusst. Klar ist mittlerweile, dass eine Überaktivierung von Immunzellen nach dem Infarkt maßgeblich dazu beiträgt, entzündliche Hirnläsionen zu verstärken und somit die Erholung nach einem Schlaganfall zu verschlechtern. Welche Faktoren es ganz genau sind, die die Immunzellen in der Akutphase aktivieren, ist aber nach wie vor unklar. Da sich eine große Anzahl der Immunzellen des Körpers im Darm befindet und dort das Bakterienwachstum und die Ausbreitung der Mikroorganismen aus dem Darm in den Körper begrenzt, kamen wir auf die Idee, die Wechselwirkungen zwischen Darmmikrobiom, Immunität und dem Gehirn nach einem Schlaganfall zu untersuchen.

Wie sind Sie bei Ihrer Forschung vorgegangen und was haben Sie über die Rolle des Mikrobioms herausgefunden?
Wir haben anhand von Mausmodellen zunächst einmal untersucht, ob die Darmflora einen Einfluss auf den Verlauf von Schlaganfällen hat. Dafür haben wir Mäuse mit gesunder, reduzierter und solche ohne Darmflora eingesetzt und sind zu dem Ergebnis gekommen, dass Schlaganfälle bei Mäusen mit intakter Darmflora sanfter verlaufen. Bei einer Gruppe von Mäusen, die keine Lymphozyten besaßen, ließ sich diese Schutzwirkung jedoch nicht beobachten. Daraus lässt sich schließen, dass die heilende Wirkung auf das Entzündungsgeschehen im verletzten Gehirn vor allem durch eine mikrobiom-induzierte Modulation der Lymphozyten zu Stande kommt.

Also hängt die Schwere eines Schlaganfalls auch von dem Zustand der Darmflora ab?
Genau. Andererseits ist es aber auch so, dass Schlaganfälle sich direkt auf die Bakterienflora im Darm auswirken und diese drastisch verändern. Wir haben beobachtet, dass Schlaganfälle die Diversität der Mikroorganismen im Darm deutlich verringern. Zum Beispiel ist der Stamm der Bacteroidetes anschließend stark in der Überzahl, was mit einer Dysfunktion der Darmbarriere und einer reduzierten Darmbewegung einhergeht. Die veränderte Bakterienflora löst dann eine T-zellabhängige Immunantwort aus, die für das bereits verletzte Gehirn schädlich ist. Gleichzeitig kann es zur Aktivierung von neutrophilen Granulozyten kommen, die eine toxische Wirkung auf das ischämische Gehirn ausüben und das Gewebe zusätzlich schädigen. In einer neuen Studie wollen wir verstehen, ob eine veränderte Mikroflora auch Neutrophile aktivieren und das Verhalten von T-Zellen weiter verändern kann und somit den Entzündungsprozess doppelt negativ beeinflusst.

Lassen sich aus Ihren Erkenntnissen neue Therapie ableiten?
Im Mausmodell konnten wir den Verlauf von Schlaganfällen abmildern, indem wir betroffenen Tieren das Mikrobiom gesunder Mäuse implantierten. In der Klinik gibt es ja bereits viele Ansätze, Darmerkrankungen bei Menschen mit Hilfe von Stuhltransplantationen zu therapieren. Bisher werden solche Ansätze noch nicht für neurologische Beschwerden wie Schlaganfälle eingesetzt. Das könnte sich in Zukunft durch weitere Forschung an der Darm-Immun-Hirn-Achse ändern.

31. Juli: Mikroalgen als Fischalternative

ERNÄHRUNG
Warum Algen der bessere Lachs sind

Mikroalgen könnten eine alternative Quelle für die gesunden Omega-3-Fettsäuren in der menschlichen Ernährung sein – und das umweltfreundlicher als beliebte Fischarten. Das zeigt eine neue Studie von Wissenschaftler*innen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Studie erschien kürzlich in der Fachzeitschrift “Journal of Applied Phycology” und gibt erste Hinweise auf die zu erwartenden Umwelteffekte, wenn Mikroalgen in Deutschland produziert würden.

“Wir wollten herausfinden, ob Mikroalgen, die in Deutschland in Photobioreaktoren produziert werden, eine umweltfreundlichere Quelle für wichtige Nährstoffe sein könnten als Fisch”, sagt Susann Schade vom Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften der MLU. Bisher wurde diese Produktionsmethode häufig nur mit der Kultivierung in Teichen verglichen und schnitt dabei aufgrund höherer Umweltbelastungen oftmals schlechter ab. “Wie hoch diese Umweltwirkungen bei der Algenproduktion für die menschliche Ernährung aber genau sind, wurde bisher kaum untersucht, vor allem nicht unter klimatischen Bedingungen wie sie in Deutschland vorherrschen”, so Schade weiter.

In ihrer Studie entwickelten die Forscherinnen und Forscher daher ein Modell, um die standortspezifischen Umweltwirkungen zu bestimmen. “Wir haben so unter anderem die CO2-Bilanz von Nährstoffen aus Mikroalgen und Fisch verglichen. Außerdem haben wir analysiert, wie sehr beide Nahrungsmittelquellen die Versauerung oder zu hohe Nährstoffgehalte in Gewässern begünstigen”, erklärt Dr. Toni Meier, Leiter des Innovationsbüros nutriCARD an der MLU. Die Forscherinnen und Forscher konnten so zeigen, dass die Mikroalgenzucht grundsätzlich vergleichbare Umweltkosten verursacht wie die Fischproduktion. “Bezieht man jedoch die Umwelteffekte auf die verfügbaren Mengen an Omega-3-Fettsäuren, so schneidet vor allem Fisch aus Aquakultur schlechter ab”, sagt Schade.

Vorteil der Algenkultivierung ist der geringe Flächenverbrauch, sogar unfruchtbare Böden können genutzt werden. Sowohl offene Teiche als auch der Futteranbau für Aquakulturen benötigen dagegen sehr große Flächen. Insbesondere in Deutschland beliebte Fischarten, wie Lachs und Pangasius, stammen meist aus Aquakulturen und sind daher mit erheblichen Umweltbelastungen verbunden. Aber auch der Alaska-Seelachs aus Wildfang zeigt für alle Umweltindikatoren schlechtere Werte als die Mikroalgen.

Originalpublikation

26. Juli: Wie Bakterien unseren Körper beherrschen

Die Basis für unser Mikrobiom bekommen wir bereits von unserer Mutter. Wie sich das Zusammenleben im Laufe des Lebens gestaltet, welche Rolle die Ernährung spielt und wie uns vor allem das Darmmikrobiom im Alltag beeinflusst, das zeigt folgendes kurzes Animationsvideo aus der Reihe “Dinge erklärt – kurzgesagt” des öffentlich-rechtlichen Rundfunks auf unterhaltsame und spannende Art und Weise. Viel Spaß dabei!

17. Juli: Kriminalbiologe Dr. Mark Benecke im Interview

HUF-Interview
Spurensuche im Unsichtbaren

Mikroorganismen sind überall – auch an Tatorten. Welche Rückschlüsse sich aus diesen ziehen lassen und warum mikrobielle Spuren in Zukunft an Bedeutung gewinnen könnten, das verrät der Kriminalbiologe

Das Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM), die Universität des Saarlandes (UdS) und das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) werden am 1. Juli 2020 den Leibniz-Wissenschaftscampus „Lebende Therapeutische Materialien“ starten. Ziel des Verbundes ist es, Implantate mit Bakterien herzustellen, die Arzneimittel in unserem Körper bei Bedarf kontrolliert abgeben können. Hierzu werden die Bakterien programmiert und in ein implantierbares Trägermaterial eingeschlossen. So können sie nicht in den menschlichen Körper eindringen und stehen dauerhaft als Wirkstoffproduzenten zur Verfügung. Der therapeutische Einsatz zur langfristigen und individuell auf den Patienten abgestimmten Abgabe von Biotherapeutika ist besonders bei der Behandlung chronischer Erkrankungen relevant.

Im Rahmen des Leibniz-Wissenschaftscampus werden junge Wissenschaftler*innen gefördert, die über vier Jahre in den beteiligten Institutionen arbeiten und interdisziplinär ausgebildet werden. Neben der Technologieentwicklung und präklinischen Tests bilden auch die Bewertung des Umweltrisikos und der Nachweis der Sicherheit für die spätere Anwendung weitere Schwerpunkte.

Pressemitteilungen

Gedruckte Faser, die lebende, medikamentenproduzierende Bakterien im Inneren enthält

FORSCHUNG
Mikrobiom beeinflusst den Stoffwechsel

Über welche Mechanismen Darmmikroben den Stoffwechsel ihres Wirts im Detail beeinflussen, ist noch weitgehend unbekannt. Auch ist nicht immer eindeutig, welche Rolle die von den Mikroben hergestellten Nährstoffe und Bausteine tatsächlich für den Wirtsorganismus spielen. Ruth Ley, Direktorin am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, hat dies nun gemeinsam mit ihrem Team am Beispiel der Sphingolipide untersucht. Dabei handelt es sich um eine wichtige Gruppe von Lipiden, also Fettmolekülen, die etwa wichtige Bestandteile der Zellmembran aber auch vieler Signalmoleküle darstellen. Ein Ungleichgewicht im Sphingolipid-Haushalt, steht im Zusammenhang mit Stoffwechselstörungen wie Insulinresistenz oder Fettleber.

Der menschliche Körper kann selbst Sphingolipide synthetisierten. Außerdem werden die Fette über die Nahrung aufgenommen. „Es gibt aber im Darm-Mikrobiom einen auffallend hohen Anteil an Bakterien, die ebenfalls Sphingolipide produzieren“, sagt Ley. „Das betrifft rund 30 bis 40 Prozent des Mikrobioms, ist also so dominant, dass es nahe liegt, dass die Sphingolipide aus Bakterien eine Rolle für den Wirt spielen.“ Bislang ist jedoch lediglich bekannt, dass die bakteriellen Sphingolipide an den Signalwegen der entzündlichen Immunantwort im Darm beteiligt sind. Ob sie auch Einzug in den Fettstoffwechsel des Wirts halten, war bislang nicht geklärt. Ruth Ley und ihr Team haben zunächst im Zellkulturexperiment belegt, dass menschliche Zellen in der Lage sind, die Sphingolipide aus den Bakterien für ihre Stoffwechselaktivitäten zu nutzen. Gleichzeitig drosselt das Vorhandensein bakterieller Sphingolipide die zelleigene Produktion.

Um nun zu prüfen, welche Rolle die Sphingolipide aus dem Mikrobiom im lebenden Organismus spielen, arbeiteten die Tübinger Max-Planck-Wissenschaftler mit steril gezüchteten Mäusen, die von keinerlei Mikroorganismen besiedelt sind. Diese Tiere haben gegenüber Mäusen mit einem normalen Mikrobiom einen deutlich veränderten Fettstoffwechsel. So produzieren die keimfrei gehaltenen Tiere mehr Sphingolipide in der Leber als ihre Artgenossen, die unter normalen Bedingungen aufwachsen.

Dies änderte sich gravierend, als die Wissenschaftler*innen um Ruth Ley nun die keimfreien Tiere mit dem Sphingolipid-synthetisierenden Mikroorganismus Bacteroides thetaiotaomicron animpften. Fortan reduzierte sich die Sphingolipid-Produktion in der Leber der Tiere auf ein normales Maß.

Außerdem ließen sich bakterielle Sphingolipide auch im Blut der Nager nachweisen – allerdings nicht in der Leber selbst. Vermutlich werden die Fette in den Stoffwechsel einbezogen, ohne dafür selbst in die Leber transportiert zu werden. Möglicherweise werden sie umgewandelt, bevor sie in die Leber gelangen, oder sie senden Signale in die Leber, so die Überlegung der Wissenschaftler. „Dass sich die Sphingolipid-Synthese in der Leber der Tiere durch das Vorhandensein bakterieller Sphingolipide reduziert, zeigt uns deutlich, dass sie Einfluss nehmen auf den Stoffwechsel“, so Ley.

Noch gilt es zu untersuchen, ob sich dieser Befund so auch im menschlichen Organismus bestätigen lässt. Dennoch liefern die Ergebnisse der Max-Planck-Forscher*innen bereits jetzt entscheidende Hinweise darauf, wie das Mikrobiom auf direktem Wege den Fettstoffwechsel und damit die Gesundheit beeinflussen kann.

Pressemitteilungen

19. Juni: Pandemie-Genderlücke und Corona-Impfstoff-Test

GENDER STUDIES
Corona vertieft europaweite Genderlücke

Die Corona-Krise verdeutlicht, dass Frauen in der Gesellschaft noch immer benachteiligt sind. So belegen aktuelle Zahlen, dass sich im März 2020 europaweit 203.000 Frauen arbeitslos gemeldet haben, während es bei den Männern nur 38.000 waren. Und auch die mediale Berichterstattung hat sich während der Corona-Zeit als Männerdomäne entpuppt, wie Forscher*innen des Instituts für Medienforschung der Universität Rostock im Auftrag der malisa Stiftung in einer Studie herausgefunden haben: Im Schnitt kamen bei Nachrichten- und Sondersendungen auf eine Expertin vier Experten. Selbst zu den Themenbereichen Pflege und Medizin, in denen überwiegend Frauen tätig sind, wurden sie nur zu 17 Prozent befragt und kamen damit besonders selten als Expertinnen zu Wort. Bei Ärzt*innen und Forscher*innen mit Leitungsfunktion (wie Chefärzt*innen oder Institutsleiter*innen) lag der Frauenanteil bei sogar nur fünf Prozent. Bei den befragten Virolog*innen ohne Leitungsfunktion betrug der Frauenanteil 27 Prozent, bei denen mit Leitungsfunktion nur sieben Prozent. Im Bereich der Epidemiologie und Infektionsforschung waren 94 Prozent der Befragten ohne Leitungsfunktionen männlich. Zum Vergleich: Frauen stellten 2018 einen Anteil von 47 Prozent aller Ärzt*innen in Deutschland. Im Bereich der Virologie, Infektionsepidemiologie und Mikrobiologie ist der Frauenanteil ähnlich hoch (45 Prozent).

Link zur Studie

KLINISCHE STUDIE
Corona-Impfstoff im Test

Die Suche nach einem geeigneten Coronaimpfstoff geht in die nächste Runde – erst gestern startete die erste klinische Studie mit einem Impfstoffkandidaten der Firma CureVac am Institut für Tropenmedizin, Reisemedizin und Humanparasitologie der Uniklinik Tübingen. Den Probanden (mehr als 100 freiwillige Gesunde im Alter von 18 bis 60 Jahren) wurde dabei der Impfstoff zunächst in der niedrigsten Dosierung von zwei Mikrogramm verabreicht. Wird dieser gut vertragen, soll die Wirkstoffdosis in einem nächsten Schritt erhöht werden.

Bei dem Testimpfstoff handelt es sich um ein mRNA-Molekül, das die Bauanleitung für ein Protein des Coronavirus SARS-CoV-2 enthält, welches in den Körperzellen der Probanden nach der Impfung gebildet wird. Daraufhin produziert das Immunsystem Antikörper gegen das Protein, wodurch ein Schutz vor der Erkrankung erreicht werden soll. Die Genehmigung für die Studie hatte das zuständige Paul-Ehrlich-Institut erteilt.

12. Juni: Einfluss der Gene auf Covid-19-Verlauf und antivirale Masken

NEUE STUDIE
Forscher*innen finden Genvarianten für schweren Covid-19-Verlauf

Wissenschaftler*innen des Universitätsklinikum Schleswig-Holstein und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel haben in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe aus Norwegen in der weltweit ersten großangelegten genomweiten Studie Genvarianten gefunden, die den Verlauf von Covid-19 deutlich beeinflussen – eine davon betrifft das Gen für die Blutgruppeneigenschaft. Die Untersuchung hatte gezeigt, dass Menschen mit der Blutgruppe A ein um etwa 50 Prozent höheres Risiko für einen schweren Verlauf von Covid-19 tragen als Menschen mit anderen Blutgruppen. Menschen mit Typ-0-Blutgruppe hingegen waren um knapp 50 Prozent besser vor einer ernsten Covid-19-Erkrankung geschützt.

Prof. Dr. David Ellinghaus und Frauke Degenhardt, Erstautor und Erstautorin der Studie

Für die Studiengruppe um den Molekularbiologen Prof. Franke und den norwegischen Internisten Prof. Dr. Tom Karlsen haben Ärzt*innen mehrerer Krankenhäuser der Corona-Epizentren in Norditalien und Spanien Blutproben ihrer Covid-19-Patienten nach Kiel gesandt – insgesamt Proben von 1.980 Intensivpatient*innen, die mit Sauerstoff behandelt oder an ein Beatmungsgerät angeschlossen werden mussten. Für die Kontrollgruppe wurden aus der Bevölkerung dieser Länder 2.205 zufällig ausgewählte Frauen und Männer gewonnen. Innerhalb von nur drei Wochen wurde im Institut für Klinische Molekularbiologie in Kiel die DNA aus den Blutproben isoliert und aus jeder Einzelnen 8,5 Millionen Positionen des Erbguts mit sogenannten Biochips (SNP-Arrays) vermessen. „Mithilfe dieser großen Datenmenge haben wir wirklich interessante Regionen im Genom identifiziert, die das Risiko für einen schweren Verlauf von Covid-19 erhöhen beziehungsweise verringern“, sagt Prof. Ellinghaus, der die bioinformatischen und statistischen Analysen durchführte. „Wir konnten, vereinfacht gesprochen, auf einer sehr großen Landkarte zeigen, wo die Musik spielt.“ Insgesamt dauerte die Studie weniger als zwei Monate. „Dieses Tempo war nur möglich, weil alle im Kieler Team an jedem Tag der Woche hart an dem Projekt gearbeitet haben – wir wollten etwas zurückgeben für das Vertrauen, das uns die klinischen Partner und Patient*innen in Spanien und Italien entgegengebracht haben“, sagt die Biostatistikerin Frauke Degenhardt.

Pressemitteilung

FORSCHUNG
Neue Atemschutzmasken können CoV-2 inaktivieren

Bildquelle: © Livinguard

Forscher*innen der Freien Universität Berlin am Institut für Tier- und Umwelthygiene und des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University haben bei der Erforschung von alternativer persönlicher Schutzausrüstung innovative Textilien für Gesichtsmasken untersucht, die den Erreger Sars-CoV-2 direkt inaktivieren. Die Tests wurden im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten EIT-Gesundheitsprojektes ViruShield durchgeführt, das sich zum Ziel gesetzt hat, alternative Materialien für Gesichtsmasken vor dem Hintergrund eines knappen Angebots und global unausgewogener Lieferketten für persönliche Schutzausrüstung zu finden.

Während die Forscher*innen des Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University die chemischen und physikalischen Eigenschaften verschiedener Textilien für Gesichtsmasken untersuchten, konnten die Wissenschaftler*innen der Freien Universität Berlin nachweisen, dass neuartige, von der Schweizer Firma Livinguard entwickelte Textilien im Vergleich zu bisher üblichen für die Maskenproduktion genutzten Materialien hohe Mengen an SARS-CoV-2-Viruspartikeln innerhalb weniger Stunden um bis zu 99,9 Prozent reduzieren können. “Die Textilien in diesen Masken können so die ausgeatmeten und an der Gesichtsmaske anhaftenden Viren kontinuierlich inaktivieren und den Umgang mit diesen Masken insgesamt sicherer machen”, erläutert Professor Dr. Uwe Rösler vom Institut für Tier- und Umwelthygiene der Freien Universität Berlin. “Darüber hinaus könnten solche Textilien auch dazu beitragen, Hygieneprobleme in anderen allgemeinen und medizinischen Bereichen, auch über COVID-19 hinaus, zu reduzieren.”

Pressemitteilung

5. Juni: Covid-Tests im Abwasser und methanabbauende Bakterien

FORSCHUNG
Meeresbakterien unterstützen Methanabbau im Meer

Ein Forscherteam des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) konnte jetzt erstmals die Effizienz bestimmen, mit der Methan-abbauende Bakterien aus dem Meeresboden mittels Gasblasen von untermeerischen Methan-Austrittsstellen in die freie Wassersäule aufsteigen und dort biogeochemische Prozesse beeinflussen können. Dieser Transportprozess kann von Bedeutung für die Reduktion des Klimagases Methan in der marinen Umwelt und damit für das Klimageschehen der Erde sein.

Pressemitteilung

Der “Bubble Catcher” des IOW fängt am Meeresgrund Blasen für die Analyse anhaftender Bakterien ein. (Foto: IOW / S. Jordan)

EPIDEMIOLOGIE
Covid-19-Infektionsgrad mittels Abwasserproben bestimmen

©Jürgen Loesel

Viele SARS-CoV-2-Infizierte werden in der Statistik nicht erfasst, weil sie entweder gar keine oder keine typischen Symptome aufweisen und deshalb nicht getestet und gemeldet werden. Wie hoch diese Dunkelziffer und damit der tatsächlich infizierte Anteil der Bevölkerung ist, ist aber ein wichtiger Schlüsselparameter für die epidemiologische Bewertung einer Pandemie sowie die Prognose dafür, wie sie sich weiterentwickeln wird. Ein Team von mehr als 20 Abwasserfachleuten, Mikrobiolog*innen, Virolog*innen und Modellierer*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) und der TU Dresden arbeitet seit mehreren Wochen gemeinsam mit den Kläranlagenbetreibern der Städte Köln, Leipzig, Dresden, dem Wasserverband Eifel-Rur und weiteren 20 Städten daran, aus repräsentativen Abwasserproben unterschiedlich stark betroffener Bevölkerungsgruppen den Gesamtinfektionsgrad im Einzugsgebiet von Kläranlagen direkt zu erfassen. In der zweiten Maihälfte soll mit zirka 20 Kläranlagen ein Probebetrieb mit täglicher Probenahme beginnen.

Die Idee des Abwassermonitorings ist nicht neu, ähnliche Untersuchungen wurden bereits im Rahmen des Drogenscreenings und im Zusammenhang mit Polio-Impfmaßnahmen erfolgreich durchgeführt. In Bezug auf das SARS-Coronavirus-2 berichteten bereits im Februar dieses Jahres niederländische Kolleg*innen, dass sie wenige Infizierte pro 100.000 Personen anhand des Erbguts von SARS-CoV-2 in Abwässern aus sechs Kläranlagen – darunter die des Flughafens Schiphol – mit hoher Empfindlichkeit detektiert haben. 

Pressemitteilung

29. Mai: Antibakterielle Viren und bakterielle Spinnenseide

FORSCHUNG
Multiresistente Bakterien mit Hilfe von Viren bekämpfen

Resistenzen gegen Antibiotika nehmen weltweit ständig zu. Im Projekt Phage4Cure gehen Forscher*innen des Frauenhofer Instituts, der Charité sowie des Leibniz-Instituts gemeinsam neue Wege: Ziel ist es, multiresistente Keime mit Viren, sogenannten Bakteriophagen, zu bekämpfen. Insbesondere gegen den gefürchteten Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa, häufigster bakterieller Verursacher von Lungenentzündungen, sollen Phagen als zugelassenes Arzneimittel etabliert werden.

Hier setzt das Projekt Phage4Cure an: Die Projektpartner*innen wollen Bakteriophagen im Kampf gegen bakterielle Infektionen einsetzen. Phagen sind Viren, die in Bakterien eindringen, sich in ihnen vermehren und die Bakterien zum Platzen bringen. Der Vorteil der Phagen: Sie greifen nur ihr spezielles Wirtsbakterium an, haben keinen Einfluss auf Körperzellen und andere Bakterien. In Deutschland gibt es bislang keine zugelassenen Phagenpräparate, daher wollen die Phage4Cure-Partner Phagen als neues Medikament etablieren. “Die Phagentherapie an sich ist nicht neu, in den Ländern der ehemaligen Sowjetunion wurde sie jahrzehntelang erfolgreich eingesetzt. Doch hierzulande konnte sich diese individualspezifische Behandlung nicht durchsetzen. Dies liegt insbesondere an den fehlenden klinischen Studien. Angesichts der Antibiotikaresistenzen rücken die Phagen jedoch immer mehr in den Fokus der Forschung, zumal die pharmazeutische Industrie keine neuen Antibiotika entwickelt”, sagt Prof. Holger Ziehr, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM.

© M. Rohde/HZI Braunschweig
Bakteriophage gegen multiresistente klinische Stämme von Pseudomonas-Bakterien

Die Projektpartner erarbeiten eine neue Phagentherapie, die die Auswahl erfolgversprechender Phagen, den Herstellungsprozess, die pharmazeutische Herstellung, die präklinischen Studien sowie die klinischen Prüfungen umfasst. Zunächst soll ein inhalierbarer Wirkstoffcocktail aus drei Bakteriophagen gegen das multiresistente Bakterium Pseudomonas aeruginosa entwickelt werden, das weltweit die häufigste bakterielle Ursache von Lungenentzündungen bei Mukoviszidose-Patienten, aber auch von Harnwegsinfekten ist und sogar zur Blutvergiftung führen kann. Der neue Wirkstoff soll europäischen Richtlinien für Arzneimittel genügen. Davon profitieren würden erst einmal Mukoviszidose-Patienten. Aber das ist erst der Anfang: “Unser Ziel ist es, Phagen als zusätzliche Therapie für verschiedene Infektionskrankheiten zu entwickeln – vor allem dort, wo Antibiotika nicht mehr wirken”, so Ziehr.

Pressemitteilung

BIOTECHNOLOGIE-UNTERNEHMEN AMSILK
Bakterielle Spinnenseide als Material der Zukunft

Spinnenseide ist ein Wunderfaden: Die Fäden der Radnetzspinne sind beispielsweise so stark, dass sie sogar einem Hurrikan standhalten. Doch um sie zu gewinnen, mussten bislang unzählige Spinnen sterben. Denn im Gegensatz zur traditionellen Seide, die von Seidenraupen in großen Mengen produziert wird, stellen Spinnen nur kleine Mengen ihrer robusten Fäden her. Auch der Wissenschaft und der chemischen Industrie ist es über lange Zeit nicht gelungen, Spinnenseide in einem für die industrielle Produktion notwendigen und größeren Maßstab herzustellen.

Doch dann hatte der Biochemiker Prof. Dr. Thomas Scheibel, damals Professor an der TU München, eine innovative Lösung für das Problem: Er entdeckte eine Möglichkeit, E.coli-Bakterien mit Hilfe von Gentechnik so umzuprogrammieren, dass diese Spinnenseideproteine produzierten. 2008 gründete er das Biotech-Unternehmen AMSilk in München, welches als weltweit erste Firma in industriellem Maßstab synthetische Spinnenseiden-Biopolymere herstellte. Diese besitzen alle funktionalen Eigenschaften natürlicher Seide, sind biokompatibel, atmungsaktiv, robust sowie flexibel einsetzbar. Sie werden in Form von Silkbeads (Mikropartikel), Silkgel (Hydrogel) und Biosteel (Faser) vertrieben und kommen zur Beschichtung von Medizintechnik-Produkten, in der Textilindustrie sowie als Inhaltsstoff für Körperpflegeprodukte zum Einsatz. AMSilk ist zudem mit Airbus eine Kooperationsvereinbarung zur Entwicklung von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt eigegangen.

26. Mai: Pilzbiotechnologie und Corona-Forschung

NEUES WEIßBUCH
Pilze als Lösung für eine nachhaltige Zukunft

© Martin Weinhold

Wie stellen wir den steigenden Bedarf an Lebensmitteln, Textilien und Energie für eine wachsende Bevölkerung sicher, ohne der Umwelt zu schaden oder Tierleid zu verursachen? Potenzielle Antworten geben neueste Entwicklungen der Pilzbiotechnologie, die in dem neuen Weißbuch „Growing a circular economy with fungal biotechnology“ verzeichnet sind.

Dieses Grundsatzpapier wurde kürzlich vom paneuropäischen Think Tank EUROFUNG unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Vera Meyer (TU Berlin) veröffentlicht und fasst die Diskussionen führender europäischer und amerikanischer Forscher*innen und global agierender Unternehmen zusammen.

Die Expert*innen sind sich einig: Pilzbiotechnologie ist Innovations- und Wachstumsmotor für eine Vielzahl an Industrien: „Weltweit gibt es etwa sechs Millionen verschiedene Pilzarten, alle mit spezifischen Eigenschaften“, sagt Vera Meyer. „Einige davon bieten uns heute die einmalige Chance, eine neuartige und innovative Wirtschaftsweise aufzubauen, die vollständig biobasiert ist und sich den Prinzipien Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit fest verschrieben hat.“ Zusammen mit ihrem Kollegen Philipp Benz und weiteren EUROFUNG Akteuren hat Meyer das Weißbuch „Growing a circular economy with fungal biotechnology“ veröffentlicht. „Die wenigsten Menschen wissen, dass Pilze heute schon eine große Rolle bei der Produktion von Enzymen in verschiedenen Industrien spielen“, erklärt Philipp Benz. „Dazu gehört die Produktion von Lebensmitteln, Waschmitteln, Papier, Kraftstoffen, Medikamenten und weiteren Produkten der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Unser heutiger Lifestyle ist daher ohne Pilzbiotechnologie undenkbar, auch wenn dies den meisten Menschen nicht bekannt ist.“

Geht es um eine nachhaltigere Zukunft, können Pilze die Lösung zahlreicher ökologischer Probleme sein. Beispielsweise werden für die Herstellung von einem Kilo Baumwolle 10.000 Liter Wasser benötigt. Die gleiche Menge Textilien aus Pilzen verbraucht nur 100 Liter. Verbundstoffe, die biotechnologisch aus Pilzen und pflanzlicher Biomasse wie Stroh oder Holzspänen gewonnen werden, und in der Baustoffindustrie eingesetzt werden könnten, produzieren bei der Herstellung ungleich weniger CO2 als herkömmliche Baustoffe wie Beton und sind nach Gebrauch auch noch kompostierbar.

Pressemitteilung

CORONA-FORSCHUNG
Desy testet Wirkstoffe an Corona-Viren

Wissenschaflter*innen vom Forschungszentrum Desy in Hamburg engagieren sich mit zahlreichen Projekten im Kampf gegen die Coronavirus-Pandemie. Um die Infektionsmechanismen des Virus auf molekularer Ebene zu erforschen, kommen beispielweise Röntgenlichtquellen zum Einsatz, mittels derer sich die genaue Struktur von Schlüsselproteinen des Virus untersuchen lässt. Nun gilt es herauszufinden, ob diese Proteine mögliche Angriffspunkte für Medikamente darstellen. Einen Einblick in die aktuellen Forschungstätigkeiten gibt Dr. Sebastian Günther im Video.

22. Mai: Tag der Biodiversität und Spülschwamm-Mikrobiomforschung

TAG DER BIOLOGISCHEN VIELFALT
Covid-19 als Chance für die Biodiversität

Rehe mitten in europäischen Städten, Meeresschildkröten an den Stränden Thailands – seit Beschluss des Lockdowns berichten Menschen auf der ganzen Welt von wildlebenden Tieren, die plötzlich in der Nähe ihres Wohnraums wieder sichtbar werden. „Dies liefert uns einen Eindruck davon, was wir durch die Wiederherstellung unserer Ökosysteme erreichen könnten“, sagt Prof. Dr. Henrique Miguel Pereira, der die Forschungsgruppe Biodiversität und Naturschutz am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) leitet. „Ich hoffe, dass wir uns dessen erinnern werden, wenn wir zum normalen Leben zurückkehren.“

Ziele zur Wahrung der Biodiversität
Vor zehn Jahren trafen sich rund 200 Länder in der japanischen Stadt Aichi, um 20 Ziele zur Verringerung des Verlusts der biologischen Vielfalt unter der Schirmherrschaft des Übereinkommens über die biologische Vielfalt (CBD) festzulegen. 2019 zeigte der Globale Bericht des Weltbiodiversitätsrates (IPBES), dass die meisten Ziele nicht erreicht wurden. Nun hat die Covid-19-Pandemie die Welt zum Stillstand gebracht und auch die Erarbeitung der neuen UN-Biodiversitätsziele verlangsamt. Und doch wird dieses Jahr ein Schlüsselereignis für die biologische Vielfalt bleiben: „Es bleibt zu hoffen, dass das Jahr 2020 die Welt auf einen Weg bringen wird, auf dem sich die CBD-Vision eines ´Lebens in Harmonie mit der Natur` erfüllen kann“, so Prof. Pereira. „Schließlich zeigt uns die Pandemie, wie wichtig natürliche Ökosysteme für die menschliche Gesundheit sind – als Quelle von Krankheitserregern, aber auch als Teil der Lösung. Ein besserer Schutz der Lebensräume in den artenreichsten Regionen der Welt und eine bessere Überwachung der biologischen Vielfalt und ihrer Krankheitserreger können dazu beitragen, weitere Pandemien zu verhindern“, erklärt Pereira.

Pressemitteilung

FORSCHUNG
Neues über Mikrobiome von Spülschwämmen

Praktisches Putzutensil oder komfortabler Lebensraum? Der Putzschwamm ist beides zugleich – in ihm leben Bakterien, Viren, Archaeen, Pilze und einzellige Tiere wie Amöben. Bis zu 54 Milliarden Bakterien haben Wissenschaftler*innen der Hochschule Furtwangen, der Universität Gießen und Wageningen allein in einem Kubikzentimeter Schwammgewebe entdeckt. Ob eine Reinigung mittels Erhitzung in der Mikrowelle aus wissenschaftlicher Sicht empfehlenswert ist, das haben die Forscher*innen nun getestet. Ihr Ergebnis: „Bis zu 99,999 Prozent aller Schwamm-Bakterien werden im Mikrowellenherd getötet. Allerdings wachsen die Überlebenden schnell wieder hoch“, erläutert Studienleiter Prof. Dr. Markus Egert, der an der Hochschule Furtwangen Mikrobiologie und Hygiene lehrt. „Ob und wie sich eine regelmäßige Mikrowellenbehandlung auf die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft in einem Spülschwamm auswirkt, war bislang völlig unbekannt. Das war daher unsere Ausgangsfrage.“

In ihrer Studie haben die Forscher 20 Teilnehmer*innen einen Spülschwamm gegeben und zehn zufällig ausgewählte Proband*innen sollten diesen zwei- bis dreimal pro Woche einer einminütigen Mikrowellenbehandlung unterziehen. Nach vier Wochen wurden die Schwämme wieder eingesammelt und eine Metagenom-Analyse durchgeführt. Die regelmäßig in der Mikrowelle behandelten Schwämme zeigten eine deutlich andere Zusammensetzung ihrer bakteriellen Gemeinschaft als die unbehandelten Schwämme. Die Artenanzahl war reduziert, die Vielfalt an potentiellen Stoffwechselleistungen aber tendenziell erhöht. So zeigten behandelte Schwämme höhere Anteile von Genen, die für die Synthese von Kapsel und Zellwandmaterial verantwortlich sind. „Dies kann man als einen Schutzmechanismus gegen den Mikrowellenstress interpretieren. Mit der Zeit können so Mikrobengemeinschaften entstehen, die sich schwerer aus dem Schwamm entfernen lassen“, meint Egert. „Dies zu beweisen, erfordert aber sicher weitere Studien“. Keine Unterschiede zeigten sich indes bei bakteriellen Genen, die mit der Auslösung von Krankheiten beim Menschen in Verbindung stehen.

Originalpublikation

19. Mai 2020: Das Mikrobiom im Weltraumtest und Covid-19-Arzneien

WELTRAUMMIKROBIOLOGIE
Ist unser Mikrobiom bereit für ein Leben auf dem Mars?

Der SpaceX-Gründer Elon Musk hat eine erste bemannte Marsmission für das Jahr 2030 anberaumt und auch viele Raumfahrtnationen verfolgen dieses Ziel. Fast drei Jahre würde ein solcher „Ausflug“ dauern – also wesentlich länger als ein Mensch jemals zuvor von seinem Heimatplaneten getrennt war. Bei der Vorbereitung darf eines nicht vergessen werden: „Wo der Mensch hingeht, gehen seine Mikroben mit“, bringt es Prof. Dr. Ralf Möller, der am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln die Forschungsgruppe Weltraummikrobiologie leitet, auf den Punkt. „Wir haben etwa zehnmal mehr Mikroorganismen in und um uns als eigene Zellen“, erklärt er. „Für die Gesundheit von Raumfahrern sind Kenntnisse über Mikrobiomveränderungen im Weltall daher essenziell.“

Um die Weltalltauglichkeit von Mikroorganismen zu testen, haben Möller, sein Team und das Ames Research Center der NASA im September 2019 einen ganzen Mikrobenzoo auf eine Höhe von 30 Kilometern über Normalnull in die Stratosphäre geschickt. „In der Stratosphäre ähneln Temperatur, Atmosphäre, Strahlung und Druck eher den Bedingungen auf dem Mars“, erklärt der Weltraummikrobiologe. Das Ergebnis: Ein Großteil der Bakterien überlebte die Reise nicht. Vor allem die starke UV-Strahlung machte den Mikroben zu schaffen.

60 Tage Schwerelosigkeit im Test

Aktuell erforscht Professor Möller im Rahmen sogenannter Bettruhestudien auf der Erde, wie sich Mikrobiome gesunder Proband*innen unter Weltraumbedingungen verändern. Die Studien dauernbis zu 90 Tagen und Teilnehmer*innen werden währenddessen standardisiert ernährt und stehen für 60 Tage gar nicht aus ihrer 6 Grad-Kopftieflage auf. Dies verursacht ähnliche körperliche Reaktionen wie bei Astronauten in der Schwerelosigkeit: „Wir haben regelmäßig Abstriche von der Haut und Stuhlproben der Teilnehmer*innen genommen, um uns die Zusammensetzung und Aktivität der Mikroorganismen in Veränderung zu den Weltraumbedingungen wie simulierte Schwerelosigkeit anzuschauen“, erklärt Möller. „Ob es spezielle Pflegeprodukte oder eine besondere Ernährung für Raumfahrer braucht, um einem Ungleichgewicht an Mikroorganismen vorzubeugen, werden wir noch klären“, sagt er.

Die Forscher*innen untersuchen auch, wie veränderte Mikrobiome im Weltall die Wirkung von Arzneien beeinflussen können und welche individuellen Therapieoptionen sich daraus ergeben. „Man kann eine Vielzahl an Mikroorganismen auch für die Produktion von wichtigen Biostoffen nutzen, da einige beispielsweise organische Säuren oder Antibiotika herstellen können, was im Weltraum von großem Nutzen wäre“, erklärt Prof. Möller. „Fraglich ist aber noch, ob sich die Stoffwechselleistung dieser Mikroben in der Schwerelosigkeit verändert.“ Die Forschungen von Prof. Möller und seiner Arbeitsgruppe sind nicht zuletzt auch für das Leben auf der Erde relevant. Denn der Klimawandel bringt veränderte Lebensbedingungen wie eine erhöhte UV-Strahlung oder extremere Temperaturen mit sich, die sich in ähnlicher Weise auf unser Zusammenleben mit Mikroorganismen auswirken können, wie es für Aufenthalte im Weltraum bereits nachgewiesen ist.

PHARMA
Covid-19-Arzneien aus Hyperimmunplasma

Die Dreieicher Biotest AG bietet weltweit Plasmaproteinprodukte und biotherapeutische Arzneimittel an. Jetzt arbeitet das Unternehmen zusätzlich daran, lebensrettende Medikamente aus Plasma von geheilten Covid-19-Patient*innen herzustellen. Mit einem sich in der Entwicklung befindlichen Test sollen sämtliche Plasmaspenden auf Antikörper gegen Covid-19 untersucht werden, um die Spenden mit den meisten Antikörpern zu einem neuen Hyperimmunglobulin gegen die Erkrankung zu verarbeiten. Dieses Medikament könnte dann bei schweren Verläufen von Covid-19 therapeutisch eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist Biotest eine industrieweite Kooperation eingegangen. Zusammen mit Bio Products Laboratory, CSL, LFB, Octapharma und Takeda möchte die Allianz ein polyklonales Hyperimmunglobulin-Arzneimittel ohne Markenzeichen einer spezifischen Firma gegen SARS-CoV-2 entwickeln.

Pressemitteilung

15. Mai 2020: Bakterienstrom und KI gegen Epidemien

BIOTECHNOLOGIE
Brennstoff-Einzeller

Ökostrom mal anders: Forscher*innen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein System entwickelt, das mikrobiellen Strom erstmals anwendbar macht. Basis ist das Bakterium Shewanella oneidenis, eine exoelektrone Mikrobe – also eine, die Elektronen produzieren und zur Außenseite ihrer Zelle transportieren kann. Damit ist das Bakterium eine potentielle Stromquelle, die bisher nicht genutzt wird, weil es nicht gelungen ist, eine ausreichende Interaktion mit Elektroden zu erreichen. Entweder scheiterte es daran, Materialen zu finden, die den Bakterienstrom gut leiten können oder es fehlte die Möglichkeit, den Strom zu steuern.

Nun hat das Team um Professor Christof M. Niemeyer einen Durchbruch erreicht und ein Material entwickelt, welches das Wachstum von Bakterien unterstützt und den Strom kontrolliert: „Wir haben dazu ein poröses Hydrogel hergestellt, das aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Kieselsäure-Nanopartikeln besteht. Diese sind durch DNA-Stränge miteinander verwoben“, erläutert Niemeyer. Die Bakterien besiedelten das Material, eine Leitfähigkeit war gegeben und der Elektronenfluss ließ sich mithilfe eines Enzyms, das die DNA-Stränge durchschneiden kann, problemlos abschalten. „Nach unserer Kenntnis ist es bisher das erste Mal, dass ein solch komplexes und funktionelles biohybrides Material beschrieben wurde. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass mögliche Anwendungen solcher Materialien sogar über mikrobielle Biosensoren, Bioreaktoren und Brennstoffzellensysteme hinausgehen könnten“, unterstreicht Niemeyer.

Originalpublikation:
Yong Hu, David Rehnlund, Edina Klein, Johannes Gescher, Christof M. Niemeyer: „Cultivation of Exoelectrogenic Bacteria in Conductive DNA Nanocomposite Hydrogels Yields a Programmable Biohybrid Materials System”. ACS Applied Materials & Interfaces, DOI 10.1021/acsami.9b22116

Pressemitteilung

FORSCHUNG
Mit Daten und KI gegen Pandemien

Werden Daten und Algorithmen in Zukunft dabei helfen können, Epidemien besser vorherzusagen sowie deren Ausbreitung zu bremsen? Paul Lukowicz vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern zeigt sich zuversichtlich: „Für die Früherkennung ist es beispielsweise wichtig zu wissen, wie viele Menschen sich wann krankmelden“, erklärt er. „Wenn Sie die Aufnahmeberichte sämtlicher Kliniken im Land vernetzen würden und ein Algorithmus diese Berichte permanent auf auffällige Häufungen prüfen würde, hätte man die Epidemie des neuen Coronavirus wohl lange vor der Ausbreitung bemerkt.“

Um die Forschung in dem Bereich voranzutreiben, hat das DFKI kürzlich eine weitere Außenstelle in Lübeck mit dem Schwerpunkt „Künstliche Intelligenz in Medizin und Medizintechnik“ beschlossen. Dass die Wahl auf den Informatik-Bereich der Universität zu Lübeck fiel, ist nicht zuletzt auf den großen Erfolg der Universität beim KI-Innovationswettbewerb des Bundes und die damit einhergehende und gerade erfolgte Gründung des “KI-Space für intelligente Gesundheitssysteme” (KI-SIGS) zurückzuführen – einem norddeutschen Forschungsverbund zur Nutzung von KI-Methoden in der Medizin unter der Führung Lübecks. In den kommenden drei Jahren sollen nun zwei bis drei Arbeitsgruppen zu unterschiedlichen Teilthemen der Künstlichen Intelligenz in Medizin und Medizintechnik aufgebaut werden.

Pressemitteilung

12. Mai 2020: Corona-Antikörpertests und Wirkstoff des Jahres

CORONA-SCREENING
Bioscientia Laborgruppe im Einsatz gegen Covid-19

Bis zu 25.000 SARS-CoV-2 -Antikörpernachweise pro Tag – dieses Pensum wird die Bioscientia Laborgruppe schon bald leisten. Denn ab der zweiten Maihälfte sollen der Engpass an Reagenzien voraussichtlich gelöst und Hochdurchsatz-Screenings endlich möglich sein. Allein am Standort in Ingelheim sind dann bis zu 10.000 Nachweise pro Tag sowie der Einsatz von 15 bis 20 Prozent aller Mitarbeiter*innen einzig für Covid-19-Tests geplant: Dazu gehören auch die Probenentnahme im laboreigenen Abstrichcontainer und der direkte Virennachweis mittels PCR. 

Erste Studien mit Seren von SARS-CoV-2-Infizierten und verschiedenen Testsystemen haben wie erwartet ergeben, dass sich im Verlauf einer Infektion nach ein bis vier Wochen zunächst IgA- und später IgG-Antikörper entwickeln. Mit den vergleichsweise neuen Antikörpertests – Bioscientia bietet diese seit Anfang April an – sind große Hoffnungen verbunden. Denn fallen Nachweise positiv aus, dürfte dies als indirekter Nachweis der Covid-19-Infektion gelten und anzeigen, von wem künftig keine Infektionsgefahr für Risikopersonen mehr ausgeht. Außerdem ergeben sich Chancen für die Produktion von Immuntherapeutika (Plasmaspenden), die in der Behandlung von schwer Erkrankten sowie präventiv bei Risikopatient*innen nach engem Kontakt mit Infizierten zum Einsatz kommen.

Bei Bioscientia erhofft man sich baldige Erkenntnisse darüber, ob die Antikörper neutralisieren und wie lange eine Immunität gegen das Coronavirus nach überstandener Infektion anhält. Für die meisten Viren gilt, dass ein bewältigter Infekt vor erneuter Ansteckung schützt. Ob das auch bei Covid-19 der Fall ist, bleibt bisher noch unklar.

Zur Pressemitteilung

FORSCHUNG
Leibniz-Wirkstoff des Jahres

Wissenschaftler*innen vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – (Leibniz-HKI) haben im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs bisher unbekannte Virulenzfaktoren von krankmachenden Bakterien der Gattung Burkholderia enttarnt. Diese vor allem in Böden und Wasser vorkommenden Erreger lösen bei Menschen und Tieren schwere Infektionen aus. Vor allem in Südostasien und Nordaustralien ist die für Menschen lebensbedrohliche Erkrankung Melioidose endemisch. Die Infektion kann einen akuten oder chronisch-rezidivierenden Verlauf nehmen und bis zu 20 Jahre latent bleiben. Im Südosten Asiens und Norden Australiens ist Melioidose die wichtigste Ursache für eine schwere Sepsis mit Sterblichkeitsraten von bis zu 40 Prozent.

„Nicht alle beobachteten krankmachenden Effekte ließen sich durch frühere Untersuchungen erklären“, so Projektleiter Christian Hertweck über die gefährlichen Bakterien. Er ist Professor an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und leitet die Abteilung Biomolekulare Chemie am Leibniz-HKI. Nun haben Forscher*innen die von den Bakterien gebildeten Substanzen, sogenannte Malleicyprole, identifiziert. Diese sind, ersten Laboruntersuchungen zu Folge, für Zellen hochtoxisch sind und unterstützen so die pathogene Wirkung der Bakterien. Die gewonnenen Kenntnisse über die Virulenzfaktoren der Erreger können helfen, den Krankheitsverlauf besser zu verstehen und wirksame Mittel zur Behandlung solcher Infektionen zu entwickeln. Die Malleicyprole wurden daher nun zum Leibniz-Wirkstoff des Jahres 2020 gekürt.

Originalveröffentlichung

Pressemitteilung

8. Mai 2020: Digitale Symptom-Analyse und Covid-19-Test

E-HEALTH
Kostenloser Corona-Scanner

In Zeiten von Corona verursachen gängige Atemwegsbeschwerden wie Husten oder Halskratzen oft große Verunsicherung und Betroffene suchen medizinischen Rat. Um Gesundheitssysteme zu entlasten, bietet das Berliner Unternehmen Ada Health einen kostenlosen Covid-19-Scanner an. Dieser ist weltweit bereits mehrere zehntausend Mal verwendet worden und bei Partnern wie Samsung Health (USA) oder Berjava Sompo Insurance (Malaysia) im Einsatz. Der Ada Covid-19 Screener ist so konzipiert, dass zunächst Symptome, Vorerkrankungen und Infektionsrisiken abgefragt werden. Zuletzt erhalten Anwender*innen Hinweise auf mögliche Ursachen sowie Handlungsempfehlungen, die den globalen Richtlinien der WHO, des Centers for Disease Control and Prevention, National Health Service und Robert Koch-Instituts entsprechen. Aktuell ist der Screener auf Englisch, Deutsch und Spanisch verfügbar. Zeitnah werden weitere Sprachen folgen.

Ada Health wurde 2011 gegründet. Heutzutage ist die von Ärzt*innen, Wissenschaftler*innen und Unternehmer*innen entwickelte digitale Symptomanalyse Ada, die die Gründer*innen im Kerngeschäft anbieten, die Nummer-Eins-Gesundheitsapp in 140 Ländern. Die Anwendung stellt Usern einfache Fragen zu ihren Symptomen, wertet dann die Daten mit Hilfe von KI aus und liefert daraufhin Hinweise auf die wahrscheinlichsten Ursachen. Vor allem in Ländern mit schwachem Gesundheitssystem können die digitalen Medizinprodukte von Ada Health eine große Unterstützung für das individuelle Gesundheitsmanagement bedeuten.
ada.com/Covid-screener

LABOR
Covid-19-Test

Vor wenigen Tagen hat die Hamburger altona Diagnostics GmbH eine CE-Kennzeichnung für ihren in-vitro-Diagnosetest „RealStar SARS-CoV-2 RT-PCR Kit 1.0“ erhalten. Dieser ermöglicht einen zuverlässigen Nachweis aller B-Betacoronaviren (einschließlich SARS-CoV-2) mittels Echtzeit-PCR und bestätigt das Vorhandensein von SARS-CoV-2-spezifischer RNA in nur einer Reaktion. Der Test soll als Diagnosehilfe bei Personen mit Anzeichen und Symptomen der Coronavirus-Krankheit (COVID-19) in Verbindung mit klinischen und epidemiologischen Risikofaktoren verwendet werden.

Die altona Diagnostics GmbH wurde 2007 mit nur drei Mitarbeiter*innen gegründet und beliefert nun bereits Krankenhäuser und Labore auf der ganzen Welt! Einen besonderen Schwerpunkt legen die Hamburger*innen auf die Entwicklung von Produkten für neu auftretende und tropische Infektionserkrankungen: 2016 hat das Unternehmen beispielsweise den weltweit ersten CE-IVD-zertifizierten Real-Time-PCR-Test für das Zika-Virus auf den Markt gebracht. Und auch jetzt kommt einer der ersten zuverlässigen RT-PCR-Nachweiskits wieder von altona Diagnostics.
altona-diagnostics.com/news

6. Mai 2020: Sepsis-Früherkennung und Plastik-Recycling mit Mikroorganismen

HUF-INTERVIEW
Körpereigene Sepsis-Biomarker: Meilenstein in der Früherkennung von Blutvergiftungen

Eine Sepsis, auch Blutvergiftung genannt, ist die häufigste Todesfolge von Infektionskrankheiten – rund 20 Prozent aller weltweiten Todesfälle lassen sich darauf zurückführen. Im Ernstfall zählt jede Minute; und doch geht aufgrund unklarer Symptome häufig lebensrettende Zeit verloren. Jetzt haben Forscher der Technischen Universität Graz mit Unterstützung des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) einen Meilenstein in der Sepsis-Früherkennung erreicht. Prof. Christoph W. Sensen, Leiter des Instituts für Computational Biotechnology spricht über die Hintergründe, die neu entdeckten Parameter und darüber, wie seine Forschung beispielsweise auch Corona-Erkrankten in Zukunft helfen könnte.

Lesen Sie hier das gesamte Interview.

KLIMASCHUTZ
Plastik mit Hilfe von Mikroorganismen recyclen 

Weltweit werden jährlich rund 359 Millionen Tonnen Kunststoffe produziert und etwa 150 bis 200 Millionen Tonnen davon landen auf Deponien oder in der Umwelt. Bisher klappt es mit dem Recycling also eher schlecht als recht – doch jetzt haben englische Forscher*innen eine Studie veröffentlicht, die Hoffnung macht: Die Wissenschaftler*innen haben Bakterien in Laubhaufen entdeckt, deren Enzyme Polyethylenenterephtalat (PET) in nur wenigen Stunden zersetzen können. Nach nur zehn Stunden hatte das mutierte Bakterienenzym eine Tonne alter Plastikflaschen zu 90 Prozent abgebaut.

Eine weitere tolle Entdeckung kommt in dem Zusammenhang von Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Sie haben herausgefunden, dass sich ein Bakterium vom Stamm der Pseudomonas, das sie auf Mülldeponien gefunden haben, für den Abbau von Polyurethan (kommt beispielsweise in Küchenschwämmen oder Turnschuhen vor) eignen könnte. Der Stoff landet sonst häufig in der Müllverbrennung und es werden giftige Substanzen frei, die auch Bakterien abtöten. Das neu entdeckte Bakterium hält diesen Giftstoffen stand und die Forscher*innen arbeiten daran, die Mikroorganismen für die Polyurethan-Entsorgung einsetzbar zu machen.

30. April 2020: Lebendige Biotherapeutika, One Health und gebündelte Kompetenzen in der Erforschung von SARS-CoV-2

HUF-INTERVIEW
Meine Bakterien und ich: Der Mensch als Metaorganismus

Müssen wir uns vor Bakterien und Viren fürchten? Ganz im Gegenteil, rät Prof. Dr. Thomas C. G. Bosch, Leiter der Forschungsbereiche „Life Science“ und „Origin and Function of Metaorganisms“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Im Interview mit HuF-Medizinredakteurin Verena Fischer spricht er über die hohe Bedeutung von Mikroorganismen für unsere Gesundheit und erklärt, weshalb wir ohne sie gar nicht existieren können. 

Herr Prof. Bosch, Sie bezeichnen den Menschen als Metaorganismus. Was meinen Sie damit? Ein Körper wird oft als ein einzelnes Lebewesen wahrgenommen. Dabei handelt es sich bei jedem Lebewesen generell um eine komplexe Lebensgemeinschaft. Ein erwachsener Mensch setzt sich beispielsweise aus rund 30 Billionen Körperzellen zusammen. Hinzu kommen mehr als 39 Billionen Bakterienzellen, die in, auf und zwischen den Körperzellen leben. Die Anzahl von Viren ist sogar noch größer. Alle Oberflächen des Körpers, die Haut, der Darm, die Atemwege sind von einem stabilen Mikrobiom besiedelt. Wie Sie sehen, sind Sie also niemals allein. Oder anders ausgedrückt – es gibt im Prinzip keine Individuen. Jedes Lebewesen ist ein mit seiner Umwelt verbundenes Ökosystem oder genauer; ein Metaorganismus. (…)

Lesen Sie hier das gesamte Interview.

PHARMA
Lebendige Biotherapeutika 

Sie ist zu einem umkämpften Feld in der pharmazeutischen Entwicklung geworden: die Erforschung mikrobieller Gemeinschaften im Darm. Erst in den letzten zwei Jahrzehnten haben Biolog*innen durch Fortschritte in der DNA-Sequenzierung und der Bioinformatik begonnen, die wichtige Rolle mikrobieller Gemeinschaften im menschlichen Körper zu verstehen. Mikroben helfen dabei, die Zuckermenge abzubauen, programmieren unser Immunsystem, stellen Nährstoffe für unsere Zellen bereit und verhindern, dass schädliche Bakterien und Viren unseren Körper besiedeln. Insbesondere das Darmmikrobiom wurde in den letzten Jahren mit einer Vielzahl von Krankheiten und Zuständen in Verbindung gebracht – von Diabetes über Autismus und Angststörungen bis hin zu Fettleibigkeit. Deshalb könnte das Targeting, also das Modifizieren dieses Mikrobioms, eine erfolgversprechende Möglichkeit bieten, komplexe Krankheiten zu therapieren.  

Die Beeinflussung der Funktion des Darmmikrobioms ist höchst komplex und gilt als Meilenstein in der Pharmaforschung und -entwicklung. Der Biotech-Hersteller Nordmark Arzneimittel GmbH & Co. KG, spezialisiert auf die Herstellung von Wirkstoffen und Arzneimittel biologischen Ursprungs, hat nun einen großen Erfolg erzielt und einem seiner Partner einen aktiven biologischen Inhaltsstof (API) in Form einer Kapsel zur Durchführung einer klinischen Studie geliefert.  

lifesciencenord.de/microbiome-engineers 

CORONAVIRUS 
Gebündelte Kompetenzen

Es mutet an wie ein U-Boot. Alles ist dicht und die Wissenschaftler*innen gelangen nur in einem Hochdruck-Anzug über eine Schleuse an ihren Arbeitsplatz. Das Hochsicherheitslabor BSL-4 besitzt eine eigene Luft-, Strom- und Wasserversorgung, aufwändige Filteranlagen filtern Abluft und Abwasser. Das erste Hochsicherheitslabor Deutschlands wurde bereits in den 1980er Jahren am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin (BNITM) errichtet. Seit 2014 verfügt das Institut über ein neues Hochsicherheitslabor der höchsten Sicherheitsstufe S4 nach Gentechnikgesetz.  

Wo Organismen der höchsten biologischen Risikogruppe wie Ebola-, Marburg-, Krim-Kongo- oder Lassa-Viren und deren Bekämpfung erforscht werden, sollen nun auch die Eigenschaften und die Ausbreitung des Virus SARS-CoV-2 untersucht werden. Dafür hat das BNITM seine Kompetenzen mit dem Forschungszentrum Borstel, Leibniz-Lungenzentrum (FZB) und das Heinrich-Pette-Institut, Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie (HPI) gebündelt. An allen drei Instituten sollen zueinander komplementäre Infrastrukturen ausgebaut werden. Gefördert werden sie dabei vom Bundesministerium für Gesundheit (BMG). Das BNITM wird dafür seine Diagnostik- und Sequenzierkapazität für die Untersuchung großer Probenmengen erweitern und mehrere afrikanische Länder beim Aufbau der SARS-CoV-2-Diagnostik unterstützen. 

bnitm.de/gebuendelte-kompetenz-bei-der-erforschung-von-covid-19

ZOONOSEN 
Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt 

Gesundheitsexperten warnen seit Jahren vor dem pandemischen Risiko von Zoonosen, also Infektionskrankheiten, die von Tieren auf den Menschen übertragen werden. Das US-amerikanische Centers for Disease Controle and Prevention (CDC) schätzt, dass 60 Prozent aller menschlichen Infektionskrankheiten tierischen Ursprungs sind. Dazu gehören etwa Tollwut, Grippe und Tuberkulose, aber auch Ebola, SARS und Zika. Bei den neu auftretenden Infektionskrankheiten liegt diese Zahl sogar bei 75 Prozent. Grund dafür ist ein verstärkter Kontakt zwischen Mensch und Tier, der durch das menschliche Bevölkerungswachstum und die Globalisierung entsteht.  

Auch der aktuelle COVID-19-Ausbruch hat gezeigt, wie wichtig die Früherkennung von Zoonose-Ausbrüchen sowie die Entwicklung globaler Frühwarnsysteme ist. Experten wie die Forscher des Center for Development Research (ZEF) der Universität Bonn plädieren deshalb für einen „One Health“-Ansatz, der nicht nur die Gesundheit des Menschen, sondern auch die von Tier und Umwelt in den Mittelpunkt stellt. Die Wissenschaftler fordern eine integrierte und interdisziplinäre Zusammenarbeit, um kritische Kontrollpunkte zu identifizieren und Präventionsstrategien zu entwickeln. Obwohl das „One Health“-Konzept weltweit von immer mehr Ländern akzeptiert wird, wird seine Umsetzung immer noch durch sektorübergreifende Konflikte, mangelnde Finanzierung und Machtungleichgewichte behindert. 

uni-bonn.de/neues/