Wochenrückblick KW 51
Stammzell-Chip macht Hirnschäden sichtbar
Düsseldorfer Wissenschaftler haben spezielle Stammzell-Chips zur Diagnose von Hirnschäden entwickelt.
Bei dem Verfahren werden Nervenzellpopulationen, die aus embryonalen Stammzellen der Maus unter Laborbedingungen entwickelt wurden, auf Elektrodenfeldern gezüchtet. Bringt man auf diesen Chip nun Flüssigkeit aus dem Gehirn von anderen Mäusen auf, reagieren Nervenzell-Netzwerke auf dem Chip. Stammt das Hirnwasser von erkrankten Mäusen, sind auch die Reaktionsmuster des Chips unterschiedlich. Forscher um den Mediziner Marcel Dihné und der Physiker Stephan Theiss stellen die Neuro-Chips im Fachblatt Annals of Neurology (2009, Bd. 66, S. 546) vor.
Die Veränderungen ergeben sich demnach aus der unterschiedlichen Konzentration und Zusammensetzung der Aminosäuren im Hirnwasser, das Rückenmark und Gehirn wie eine flüssige Schutzhülle umgibt. Bei der in Kürze geplanten Anwendung des Verfahrens beim Menschen könnte das notwendige Nervenmaterial aus umprogrammierten menschlichen Hautzellen, sogenannten iPS-Zellen (mehr...) gewonnen werden, so die Forscher.
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„Damit entfällt die ethisch problematische Verwendung embryonaler menschlicher Stammzellen völlig.“ Unproblematisch sei das neue Diagnoseverfahren auch deswegen, weil der Diagnose-Chip ausschließlich außerhalb des Körpers in der Kulturschale und damit als Labormethode angewandt werde. Zudem sei das lebende Netzwerk aus Nervenzellen, einmal auf dem Chip mit seinen Elektrodenfeldern aufgebracht, über einen längeren Zeitraum nutzbar.
Bisher sei das Verfahren nur in der Diagnose von Schädel-Hirn-Schäden mit klaren Ergebnissen eingesetzt worden, erklärte das Düsseldorfer Forscherteam. "Als überraschendes Teilergebnis unserer Arbeit konnten wir außerdem nachweisen, wie wichtig das Hirnwasser aus Schädel und Rückenmarkkanal für die Hirnfunktion ist“, so Dihné. Da menschliche Nervenzellen und menschliches Hirnwasser besser zusammenpassen, sei bei der Übertragung dieser bisher nur mit Mäusezellen erprobten Diagnose- Methode auf den Menschen mit noch präziseren Ergebnissen zu rechnen.
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Neue DFG-Broschüre zur Grünen Gentechnik
- Wie Fresszellen in der Milz das Immunsystem scharf machen
- Malariaerreger wandern mit Klebe-Gleit-Technik
- DNA-Paarung in lebenden Zellen langsamer als gedacht
- Neue genetische Ursache für Herzfehler und Kleinwuchs aufgespürt
Neue DFG-Broschüre zur Grünen Gentechnik
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) will mit einer neuen Broschüre zur „Grünen Gentechnik“ die Diskussion über die Pflanzenbiotechnologie versachlichen.
Kein Anwendungsbereichj der Biotechnologie hat die öffentliche Diskussion in Deutschland in den vergangenen Jahren so geprägt wie die Grüne Gentechnik. Die Übertragung von artfremden Genen in Pflanzen ist nicht nur in der Grundlagenforschung etabliert, auch in der landwirtschaftlichen Praxis wird Grüne Gentechnik inzwischen zur Züchtung neuer Sorten eingesetzt.
In weiten Teilen der Öffentlichkeit wird sie hingegen weiter skeptisch beurteilt oder abgelehnt - bis hin zur gewaltsamen Zerstörung von Freilandversuchsfeldern mit transgenen Pflanzen. Mit dem Ziel, die Diskussion zu versachlichen und umfassend über die Grüne Gentechnik zu informieren, hat die DFG jetzt eine allgemein verständliche und farbig illustrierte Broschüre zum Thema veröffentlicht. Autoren sind acht Pflanzenwissenschaftler und eine Wissenschaftsjournalistin.
| Broschüre "Grüne Gentechnik" |
Auf den Seiten der DFG im Internet können Sie scih die gesamte Broschüre als pdf herunterladen pfd-Download: hier klicken |
Auf rund 100 Seiten versucht die Broschüre "Grüne Gentechnik", alle relevanten Aspekte des Themas zu umreißen. Behandelt werden sowohl der Zusammenhang von Pflanzenzüchtung und Grüner Gentechnik aus historisch gewachsener Perspektive als auch die aktuellen Potenziale bei der Anwendung, die sich von der Toleranz neu gezüchteter Sorten gegen Stress oder Herbizide über die Qualitätssteigerung von Nahrungs- und Futtermitteln bis hin zur Bereitstellung pharmazeutisch relevanter Inhaltsstoffe für Arzneien oder nachwachsenden Rohstoffen erstreckt. Aber auch ökologische Risiken oder mögliche Auswirkungen für den Verbraucher kommen zur Sprache. Ein Abschlusskapitel ist den betriebswirtschaftlichen, sozialen, volkwirtschaftlichen, politischen und rechtlichen Aspekten der Grünen Gentechnik gewidmet.
Die Grüne Gentechnik sei "weder Teufelszeug noch Wundermittel", lautet das Resümee der Broschüre. Die Entwicklungen in diesem Bereich seien jedoch weitgehend positiv - und zudem für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Deutschland von zentraler Bedeutung. "Aus der ablehnenden Haltung der deutschen und europäischen Öffentlichkeit und Politik gegenüber der Grünen Gentechnik resultiert nicht nur ein deutlicher Wettbewerbsnachteil für die hiesige Landwirtschaft und Agrarforschung", schreiben die Autorinnen und Autoren im Schlusskapitel. "Die Behinderung oder Blockade einer verantwortungsbewussten Erforschung und Nutzung der Grünen Gentechnik ist ungerechtfertigt und wird unsere Zukunftschancen verringern."
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Stammzell-Chip macht Hirnschäden sichtbar
- Wie Fresszellen in der Milz das Immunsystem scharf machen
- Malariaerreger wandern mit Klebe-Gleit-Technik
- DNA-Paarung in lebenden Zellen langsamer als gedacht
- Neue genetische Ursache für Herzfehler und Kleinwuchs aufgespürt
Wie Fresszellen in der Milz das Immunsystem scharf machen
Bestimmte Fresszellen in der Milz übernehmen eine unerwartete Doppelrolle, um das Immunsystem gegenüber einem eingedrungenen Erreger scharf zu machen.
Einerseits fressen und verdauen sie Krankheitskeime, andererseits sammeln sie als eine Art „Vorkoster“ offenbar charakteristische Bruchstücke der Erreger und reichen sie an spezielle Zellen weiter, die das Immunsystem dann aktivieren. Diesen Mechanismus haben Forscher der Universität Bonn zusammen mit niederländischen Kollegen aus Amsterdam und Utrecht entdeckt. Sie berichten im Fachjournal PNAS (14. Dezember 2009, Online-Vorabveröffentlichung).
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Unser Immunsystem fährt zweigleisig. Schon sehr früh im Laufe der Evolution entwickelte sich die angeborene Immunabwehr. Sie ist von Geburt an voll funktionsfähig. Ihr wohl wichtigster Bestandteil sind die so genannten Makrophagen. Wenn diese Fresszellen Krankheitserreger erkennen, stülpen sie sich über sie und verdauen sie. Die erworbene Immunabwehr hingegen tauchte in der Evolution erst später auf. Sie zeichnet sich durch ihre Lernfähigkeit aus. Bestimmte Immunzellen merken sich sämtliche Erreger, mit denen es der Körper schon zu tun hatte und machen sie bei einer erneuten Infektion rasch unschädlich.
Bislang dachte man, dass beide Teile des Immunsystems weitgehend getrennt voneinander agieren. Die Studie der Bonner Forscher zeigt nun, dass bestimmte Makrophagen, die massenhaft am Rand der Milz vorkommen, offenbar eine Doppelrolle als Grenzgänger zwischen beiden Systemen spielen.
Sie erkennen Viren oder Bakterien und verdauen sie erwartungsgemäß. Doch sie können noch mehr : "Die Makrophagen der Milz geben Bruchstücke der Erreger, die Antigene, an das adaptive Immunsystem weiter", erklärt Timo Schwandt vom Institut für molekulare Medizin und experimentelle Immunologie. Was die Kleidungsfetzen eines flüchtigen Verbrechers für einen Spürhund, sind diese Antigene für das adaptive Immunsystem: An ihnen erkennen die körpereigenen Abwehrtruppen, worauf sie Jagd machen sollen. Als "Scharfmacher" dienen dabei die so genannten dendritischen Zellen. Sie reiben den zellulären Spürhunden die Antigene unter die Nase. "Darin sind dendritische Zellen auch sehr gut", betont Co-Autor Andreas Limmer. "Um die Antigene präsentieren zu können, müssen sie sie sich aber zunächst einmal einverleiben. Und das können Makrophagen viel besser."Zumindest in der Milz dienen Makrophagen den dendritischen Zellen daher quasi als ausgelagerter "Ersatzmagen": Wenn sie einen Krankheitserreger gefressen haben, reichen sie seine Antigene an die dendritischen Zellen weiter. Und diese schalten dann das adaptive Immunsystem gegen die Erreger scharf.
Die Forscher wollen diesen Mechanismus nun nutzen, um die Immunantwort gegen bestimmte Viren oder auch Tumore zu verbessern. Bis dahin sei es allerdings noch ein weiter Weg. Zumal die aktuellen Ergebnisse zeigen, dass das körpereigene Abwehrsystem immer für eine Überraschung gut ist.
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Malariaerreger wandern mit Klebe-Gleit-Technik
Heidelberger Forscher haben erstmals aufgeklärt, wie sich Malariaerreger fortbewegen, um in die Blutzellen des Wirts zu gelangen.
Demnach wandern die einzelligen Parasiten, indem sie ständig zwischen Phasen schnellen Gleitens und Phasen starker Anhaftung hin- und her wechseln. Dieses Wechselspiel erlaubt es dem Parasiten offenbar, seine Bewegung optimal auf die Umgebung abzustimmen.
Eine Forschergruppe um Friedrich Frischknecht vom Department für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg hat zusammen mit Biophysikern das anfängliche Entwicklungsstadium des Malariaerregers mit neuartigen Mikroskopietechniken beobachtet. Die Forscher berichten im Fachjournal Cell Host & Microbe (17. Dezember 2009, Bd. 6, S. 551-562).
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Erreger der Malaria sind Plasmodien, kleine Parasiten, die durch einen Mückenstich vom Speichel der Mücke in den menschlichen Organismus gelangen. Dabei dringen sie mit zielgerichteten Eigenbewegungen von der Haut in die Blutbahn ein, und von dort in Leberzellen und anschließend in die Blutkörperchen. Ein Plasmodium besteht aus einer einzigen Zelle. An deren innerer Zellwand sitzen molekulare Motoren (Myosine), die über bewegliche Elemente (Aktin) mit der äußeren Zellwand verbunden sind. Dort befinden sich bestimmte Eiweißstrukturen namens TRAP, mit denen sich der Einzeller am Untergrund anheften kann. Die Bestandteile dieser für den Parasiten lebensnotwendigen Fortbewegungsmaschinerie waren bereits weitgehend bekannt, doch das räumliche und zeitliche Zusammenspiel der einzelnen Komponenten war noch nicht gut verstanden.
Mithilfe spezieller Mikroskope haben die Forscher beobachtet, wie sich die junge Malariaerreger über das Eiweiß TRAP an mehreren Stellen an den Untergrund anheften und ihren Körper dann mithilfe der kurzen Aktinfilamente über diese Anheftungspunkte hinweg schieben. "Der Parasit kann sich nach vorne strecken, aber mit seinem hinteren Ende noch festkleben - dadurch wird elastische Energie aufgebaut. In dem Moment, wo sich die hintere Anheftung löst, wird diese Energie freigesetzt, und der Sporozoit schnellt in einer Gleitbewegung nach vorne", erklärt Dr. Friedrich Frischknecht. Die Forscher nennen diesen Mechanismus die Klebe-Gleit-Methode ("Stick-Slip"). Die Geschwindigkeit der Fortbewegung wird dabei über den Ab- und Wiederaufbau der Anheftungsstellen reguliert. Vor kurzem haben Münchner Max-Planck-Forscher eine ganz ähnliche Technik bei Abwehrzellen im menschlichen Blut festgestellt (mehr...).
Mehr Infos zum Department für Parasitologie an der Uniklinik in Heidelberg: hier klicken
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DNA-Paarung in lebenden Zellen langsamer als gedacht
Wie schnell sich Moleküle der Erbsubstanz DNA zusammenlagern und wieder trennen, haben Münchner Biophysiker erstmals in lebenden Zellen gemessen.
Das gelang einem Team um Dieter Braun von der Ludwigs-Maximilians-Universität mit Hilfe eines optischen Verfahrens, über das sie im Fachjournal PNAS berichten (14. Dezember 2009, Online-Vorabveröffentlichung). Die Moleküle in Zellen bilden ein komplexes Netzwerk aus Wechselwirkungen, deren zeitliche Abläufe bislang nicht gemessen werden konnten. Biologen untersuchen stattdessen die Geschwindigkeit einzelner mole
kularer Reaktionen außerhalb der Zelle. Fraglich ist aber, wie aussagekräftig diese Analysen sind, weil die Moleküle der Zelle in meist höherer Konzentration vorliegen und alle Interaktionen gleichzeitig ablaufen. 
Das Team um Dieter Braun untersuchte nun mit einem optischen Verfahren die Reaktionszeiten für die Kopplung zweier Stränge des Erbmoleküls DNA direkt in der lebenden Zelle. Die Doppelhelix des Erbmoleküls DNA entsteht, wenn sich zwei Einzelstränge aneinanderlagern. In der Studie brachten das Forscherteam zwei zusammengehörende DNA-Stränge in eine Zelle ein und analysierte die Geschwindigkeit ihrer Hybridisierung, also deren Kopplung und Entkopplung.
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Das überraschende Ergebnis: „Wir hatten erwartet, in der Zelle schnellere Reaktionen zu finden“, sagt Braun. „Die Kopplung lief aber abhängig von der Länge des DNA-Stranges manchmal sogar langsamer ab als außerhalb der Zelle.“ Zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit induzierten sie mit einem infraroten Laser Temperaturschwingungen verschiedener Frequenzen in der Zelle und erfassten die Konzentration der Reaktionspartner, also der einzelnen oder aber der gekoppelten DNA-Stränge. Die Konzentrationen der Moleküle wurden mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen gemessen, die untereinander Energie austauschen, wenn sie nahe genug zueinander kommen (FRET). Die Farbstoffe wurden über eine Stroboskoplampe angeregt, und die Fluoreszenzstärke mit einer Kamera aufgenommen. Damit konnten die Biophysiker die Konzentrationsänderungen in der Zelle mit einer räumlichen Auflösung von etwa 500 Nanometer direkt sichtbar machen. Ergebnis: DNA-Stränge, die aus 16 Basen-Bausteinen bestehen reagierten in der Zelle etwa siebenmal schneller als außerhalb, wogegen die Reaktionsgeschwindigkeiten von DNA-Stücken aus 12 Bausteinen fünfmal niedriger lagen als außerhalb der Zelle. Dieses Ergebnis widerspricht der bislang vorherrschenden Vermutung, dass molekulare Reaktionen in Zellen grundsätzlich schneller ablaufen sollten als im Labor.
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- Neue genetische Ursache für Herzfehler und Kleinwuchs aufgespürt
Neue genetische Ursache für Herzfehler und Kleinwuchs aufgespürt
Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung deutscher Humangenetiker hat eine neue genetische Ursache für die Kombination von angeborenem Kleinwuchs und Herzfehlern aufgespürt.
Die Forscher um Martin Zenker vom Institut für Humangenetik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg berichten in der der Zeitschrift Nature Genetics (6. Dezember 2009, Online-Vorabveröffentlichung) über ihre Analysen. Demnach stehen offenbar spezifische Veränderungen in dem Gen NRAS, das bisher nur als Tumor-Gen bekannt war, in Zusammenhang mit dem so genannten Noonan-Syndrom.
Die betroffenen Patienten fallen vor allem durch bestimmte angeborene Herzfehler, Wachstums- und Entwicklungsverzögerungen auf. Für die Erkrankung, die im Übrigen mit einer geschätzten Häufigkeit von 1:2500 gar nicht so selten ist, waren zuvor schon andere Gene bekannt.
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Förderbeispiel: Biomarker für die Krebsmedikamente der Zukunft |
Die Erkenntnisse helfen nicht nur, die Ursachen der Erkrankung besser zu verstehen, womit sich neue diagnostische Möglichkeiten für einen kleinen Kreis Betroffener ergeben. Weiterhin liefert diese Entdeckung einen wichtigen Schlüssel zum Verständnis der eigentlichen Funktion von NRAS und seines Zusammenwirkens mit den Produkten anderer Gene. Die beim Noonan-Syndrom vorliegenden Symptome sind ein weiterer Beleg dafür, dass "Tumor-Gene" wie NRAS in Wirklichkeit wichtige Funktionen in der Steuerung von Organentwicklung, Wachstum und Hirnreifung haben. Das Verständnis der Mechanismen, die angeborenen Erkrankungen und Entwicklungsstörungen wie dem Noonan-Syndrom zugrunde liegen, könnte in Zukunft zu gezielte Behandlungsmöglichkeiten führen, so die Forscher.
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