Side Effects

Forscher vom Biozentrum der Universität Würzburg berichten in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Current Biology, über ein aggressives Verhalten von zwei Taufliegen-Männchen unter dem Einfluss des Botenstoffs Octopamin.
"Der Botenstoff Octopamin entspricht einem chemisch nah verwandten Stoff beim Menschen, dem Noradrenalin, einem Hormon, das bei uns mit Aggressionen in Verbindung gebracht wird", erklärt die Biologin und Studienautorin Susanne Hoyer das Motiv der Untersuchung. Das Octopamin werde in ähnlichen Situationen freigesetzt wie das Noradrenalin beim Menschen: Bei Grillen zum Beispiel tritt es in Kampfsituationen in deutlich erhöhter Konzentration auf. Die Forscher haben damit einen neuen Hinweis dafür, dass es eine Verwandtschaft der zwei Botenstoffe gibt. Zudem wird damit deutlich, dass Octopamin und Noradrenalin bei der Aggression eine Rolle spielen.
Für Wahlkämpfe gilt, Noradrenalin-Spiegel puschen...

Der Biochemiker Gottfried Schatz erzählt eine sehr erhellende Geschichte aus seiner Wissenschaft. Es geht darum, dass und wie Parasiten unsere Persönlichkeit verändern können. Zum Beispiel soll der Einzeller Toxoplasma gondii die Mäusen und Ratten angeborene Furcht vor Katzenduft in ihr Gegenteil verkehren: "Sie wird zur tödlichen Vorliebe. Dies erhöht natürlich die Chance, dass die infizierten Tiere einer Katze zum Opfer fallen – und der Parasit in eine Katze zurückkehren kann." Toxoplasma gondii kann sich nur im Darm von Katzen fortpflanzen und exakt von diesen Parasiten können auch Menschen befallen werden. "Einige Untersuchungen sprechen dafür, dass Toxoplasma unsere Psyche auch auf subtilere Weise verändern kann: Es macht Frauen oft intelligenter, dynamischer und unabhängiger, Männer dagegen eifersüchtiger, konservativer und gruppenhöriger. In beiden Geschlechtern erhöht es die Neigung zu Schuldbewusstsein, was manche Psychologen als negative emotionale Grundhaltung deuten."

Das Protein Calcineurin ist ein Botenstoff, der in seiner aktiven Form die Aktivität mehrerer Gene reguliert. Ein italienisch-britisches Forscherteam hat jetzt die bisher unbekannte Funktion einer der Varianten des Proteins aufgeklärt: Calcineurin A-beta1 wird von Muskelstammzellen gebildet und fördert die Regeneration zerstörter Muskelzellen. Damit bietet der Botenstoff einen viel versprechenden Ansatzpunkt für Therapien gegen Muskelverletzungen und degenerative Muskelerkrankungen, schreiben die Wissenschaftler im "Journal of Cell Biology".
"Diese dauerhaft aktive Form des Calcineurins (CnA-beta1) wird nur von sich teilenden Stammzellen und in Muskeln gebildet, die sich regenerieren. Das spricht für eine Art von 'Rettungsdienst', der nur bei einem Muskelschaden angefordert wird", sagt Nadia Rosenthal, die Leiterin der Arbeitsgruppe am European Molecular Biology Laboratory in Monterotondo. Bei einer Verletzung werden Muskelzellen mit Stammzelleigenschaften, die Satellitenzellen, aktiviert, die sich dann vermehren und zu reifen Muskelzellen entwickeln. Diese sich teilenden Zellen bilden durch so genanntes RNA-Splicing eine Molekülform des Calcineurins, die im Gegensatz zur Normalform ständig aktiv ist. CnA-beta1 verändert mehrere Genaktivitäten so, dass sich die Zellvermehrung verstärkt und abbauende Prozesse verhindert werden.
Das fanden die Forscher heraus, indem sie die CnA-beta1-Produktion in Muskelstammzellen verstärkten bzw. blockierten. Transgene Mäuse, die den Botenstoff im Muskelgewebe dauerhaft produzierten, waren in der Lage, Muskelverletzungen wesentlich effektiver zu reparieren. "Die zusätzliche CnA-beta1-Produktion verringerte auch die Narbenbildung in verletzten Muskeln und wirkte entzündungshemmend", so Rosenthal. Weitere Untersuchungen sollen nun zeigen, ob sich diese Ergebnisse ausnutzen lassen, um neue Therapien gegen Muskelschwunderkrankungen zu entwickeln. Auch ob der Calcineurin-Botenstoff bei anderen Stammzellen oder Krebszellen ebenfalls eine Rolle spielt, ist noch nicht geklärt.

Autor: Joachim Czichos/Journal of Cell Biology

Der Biochemiker Gottfried Schatz erklärt, dass wir Europäer nicht den besten Geschmack haben - was Bitterstoffe anbelangt. Vor langer Zeit entdeckte einst ein gewisser Arthur Fox, dass nicht jeder Mensch in der Lage ist, Bitterstoffe wahrzunehmen: "Dass Menschen Geschmack unterschiedlich empfinden, offenbarte ein unerwarteter Luftzug, der dem amerikanischen Chemiker Arthur Fox im Jahre 1931 ein Pulver von seinem Experimentiertisch wegblies. Sein Tischnachbar verspürte sofort einen bitteren Geschmack, Fox dagegen nicht. Heute wissen wir, dass die Fähigkeit, dieses Pulver als bitter zu schmecken, erblich ist. Bitter zu erkennen, ist deshalb wichtig, weil die meisten pflanzlichen Gifte bitter sind. Wir haben in Menschen etwa 125 verschiedene Bitter-Sensoren identifiziert, wissen aber von den meisten noch nicht, welche Bitterstoffe sie erkennen."

Inhaltsstoffe der Hanfpflanze (Cannabis sativa) erzeugen Rauschzustände, indem sie an bestimmte Rezeptorproteine von Gehirnzellen binden. Die Rezeptoren dienen normalerweise als Andockstellen für körpereigene Stoffe, so genannte Cannabinoide. Dass der Körper über solche Cannabinoid-Rezeptoren auch Entzündungsprozesse kontrolliert, haben deutsche Forscher jetzt entdeckt. Genetisch veränderte Mäuse, die diese Proteine nicht mehr bilden können, entwickelten mit hoher Wahrscheinlichkeit Hautentzündungen aufgrund einer Nickel-Kontaktallergie. Der Befund eröffne neue Möglichkeiten zur Therapie allergischer Erkrankungen, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal "Science".
"THC bindet an Cannabinoid-Rezeptoren und aktiviert sie. Dadurch mindert der Wirkstoff die allergische Reaktion", sagt Thomas Tüting vom Labor für Experimentelle Dermatologie der Uni-Klinik Bonn. THC (Tetrahydrocannabinol) ist die für die Rauschwirkung verantwortliche Substanz aus dem Hanf. Zusammen mit Andreas Zimmer vom Bonner Institut für Molekulare Psychiatrie untersuchte Tüting, warum Mäuse ohne Cannabinoid-Rezeptoren auf nickelhaltige Ohrclips auffallend häufig mit einer Allergie reagierten. Auch andere Haut reizende Stoffe lösten bei diesen Tieren ungewöhnlich starke Entzündungsreaktionen aus. Die gleiche Überempfindlichkeit beobachteten die Forscher bei normalen Mäusen, wenn sie deren Rezeptoren durch ein Medikament blockierten.
Weitere Experimente ergaben, dass der Gehalt an körpereigenen Cannabinoiden in der Haut bei einer Entzündung ansteigt. Wahrscheinlich verhindern sie überschießende Immunreaktionen, indem sie an Cannabinoid-Rezeptoren von Hautzellen binden. Daraus schließen die Forscher, dass Medikamente, die den Spiegel körpereigener Cannabinoide erhöhen, gegen chronische Entzündungen und Allergien wirksam sein könnten. Aber auch das THC aus dem Hanf ließe sich für eine Therapie einsetzen. "Wenn wir den Tieren kurz vor und nach Auftrag des Allergens eine THC-Lösung auf die Haut pinselten, dann fiel die Schwellung deutlich geringer aus", sagt Tüting. Die dazu notwendige THC-Dosis sei so gering, dass keine berauschende Wirkung zustande käme.
Autor: Joachim Czichos / Quelle Uni Bonn

Wie die Technology Review in ihrer neuesten Ausgabe berichtet, haben Wissenschaftler von der University of Utah ein Gel entwickelt, das Frauen vor der Ansteckung mit dem HIVirus schützen soll.
Das Hydrogel mit einem sauren pH-Wert ist bei Raumtemperatur flüssig und lässt sich somit gut im ebenfalls sauren Milieu der Scheide auftragen. Dank der wärmeren Körpertemperatur wird es dort gelartig und haftet an der Schleimhaut. In dieses Hydrogel wollen die amerikanischen Wissenschaftler um Kavita Gupta und Patrick Kiser Wirkstoffe gegen HIV einbetten. Trifft basische Samenflüssigkeit auf das Gel, wird es wieder flüssig und setzt HIV-Killermoleküle frei. Zwei Medikamentengruppen haben die Forscher aus Utah im Visier: Die eine soll im Gel bleiben und HI-Viren das Eindringen in die Schleimhaut verwehren. Die andere könnte von der Schleimhaut aufgenommen werden und würde die Viren daran hindern, sich in den Zellen zu vermehren.
Derzeit wird das Gel an Affen getestet....

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Auf der Suche nach wirksamen neuen Antibiotika verlagern die Forscher die Suche Richtung Korallenriffe. Ein Wissenschaftsteam der Universität von Würzburg hat nun einen speziellen karibischen Meeresschwamm als Lieferant neuer Arzneistoffe im Visier. Ircinia felix, so der lateinische Name des Tieres, könnte sich als Fundgrube entpuppen, berichtet die Universität Würzburg.
Schwämme sind sehr einfache Organismen, die festgewachsen zum Beispiel in tropischen Riffen oder in der Tiefsee leben. "Viele von ihnen enthalten permanent jede Menge Bakterien, vermutlich weit über 100 verschiedene Arten. Genau das macht sie so interessant", berichtet Susanne Schmitt vom Zentrum für Infektionsforschung an der Uni Würzburg. "Bakterien können Antibiotika und andere Naturstoffe produzieren, die möglicherweise für die Behandlung von Infektionskrankheiten geeignet sind", berichtet die Forscherin aus der Arbeitsgruppe von Ute Hentschel. "Ehe es zur Entwicklung neuer Medikamente kommt, ist Grundlagenforschung nötig", so Schmitt. Einerseits werden Bakteriengruppen gezielt kultiviert, andererseits suchen die Forscher nach neuen Schlüsselenzymen.
Schmitt geht unter anderem der Frage nach, wie die Bakterien überhaupt in die Schwämme hineingelangen. "Die frei schwimmenden Larven, die ein erwachsener Schwamm im Zuge seiner Fortpflanzung ins Meerwasser entlässt, bekommen die Untermieter von ihrem Elternschwamm mit auf den Weg. Die Larven setzen sich dann an anderen Orten fest, wachsen heran und müssen dabei von Anfang an nicht auf ihre 'Hausbakterien' verzichten", erklärt die Wissenschaftlerin. Allerdings gebe es immer noch zahlreiche Rätsel, die die Schwämme den Forschern aufgeben. So ist bisher nicht eindeutig geklärt, welche Funktionen die Bakterien für die Schwämme haben. Die Vermutungen sind dahin gehend, dass die Bakterien giftige Stoffe produzieren, die eventuelle Fressfeinde davon abhalten, die Schwämme zu verzehren. Eine andere Möglichkeit könnten die Bakterien im Stoffwechsel der Schwämme spielen, indem sie zum Beispiel dessen Abfallprodukte weiter abbauen.
Für ihre Arbeit hat Schmitt an karibischen Riffen vor der Küste Floridas Larven des Schwammes Ircinia gesammelt. Ein Teil davon wuchs in kleinen Containern am Riff zu Jungschwämmen heran. Im Labor verglich die Forscherin anschliessend die Bakterien der erwachsenen Schwämme mit denjenigen der Larven und Jungschwämme. Dafür setzte sie eine Kombination aus mikroskopischen und molekularen Techniken ein.

Korallen sind möglicherweise ähnlich anfällig für jene Prozesse, die uns Menschen bei Karies treffen: Gesunde Korallen leben in einer Symbiose mit einzelligen Algen. Makroalgen, die meist aufgrund von Umweltverschmutzung auftreten, stören dieses symbiotische Leben empfindlich, berichtet das Wissenschaftsmagazin New Scientist Online.
Jennifer Smith, Meeresbiologin an der University of California in Santa Barbara, hat in einem Versuch gezeigt, dass Zucker, der von Makroalgen produziert wird, auf Korallen tödlich wirkt. In einer Versuchsanordnung mit Korallenstöcken von den südpazifischen Line-Inseln in Aquarien, die durch 0,02 Mikrometer Filter von einander getrennt waren, konnte sie die fatale Wirkung auf die gesunden Korallen zeigen. Die Filter verhinderten zwar einen Austausch von Mikroben und Viren, nicht aber vom Zucker. Die Korallenalgen starben innerhalb kürzester Zeit. In einer zweiten Versuchsanordnung wurde Ampizillin, ein Breitband-Antibiotikum, hinzugefügt und die Korallenalgen überlebten. Smith hatte diese Forschungsergebnisse anlässlich der Konferenz der International Society of Reef Studies in Bremen präsentiert.
Zu ähnlichen Forschungsergebnissen ist auch der israelische Forscher Yoso Loya von der Universität Tel Aviv gekommen. Er berichtete davon, dass Korallen vor der Küste von Eilat vor allem unter der Überdüngung aus Aquafarmen leiden. Auch dort ist es zu einer Zunahme der Makroalgen gekommen. Ein weiteres Problem ist die Überfischung, denn gesunde Korallenriffe brauchen einen gesunden Fischbestand, der den Makroalgen-Bestand niedrig hält. Immer noch wird in zahlreichen Regionen mit Dynamit gefischt. Als weitere Ursache für das Korallensterben kommt die Klimaerwärmung dazu.
ptat

Ein Team rund um Walter Schubert vom Institut für Medizinische Neurobiologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hat auf dem Weg, das hochkomplexe Zusammenwirken der von den Genen kodierten Proteine zu entschlüsseln, einen Durchbruch erzielt. Erstmals konnten im Rahmen der Forschungen die räumlichen und zeitlichen Verteilungsmuster einer grossen Anzahl von Proteinen in ein und derselben Zelle untersucht werden. "So wie einzelne Buchstaben allein für sich noch nicht verständlich sind, sondern nur das ganze Wort einen Sinn ergibt, verhält es sich bei unserer Entdeckung", so Walter Schubert im Gespräch mit pressetext. Mit der neuen Technik ist ein Meilenstein in der Entschlüsselung der molekularen Netzwerke, von den Autoren "Toponom" genannt, erreicht worden. Die Ergebnisse wurden in der Online-Ausgabe der Zeitschrift Nature Biotechnology nun veröffentlicht.
Es bestätigte sich laut Schubert die Annahme, dass Proteine innerhalb von Zellstrukturen, die ähnlich wie Buchstaben einer Sprache Worte bilden, zu hochkomplexen funktionellen Einheiten, so genannten Clustern, zusammengelegt werden. Diese ergeben für Zellen und Gewebe eine Art Visitenkarte, die dem individuellen Zelltyp die jeweiligen experimentellen Bedingungen wie auch Änderungen im Krankheitszustand widerspiegeln. So genannte Leitproteine, die diese Cluster hierarchisch kontrollieren, konnten nun somit identifiziert werden. Bei experimentellen oder krankhaften Veränderungen wandeln sich diese Cluster und die Zelle kann bestimmte Funktionen, wie beispielsweise die Zellwanderung im Falle von Krebszellen, nicht mehr oder nur in veränderter Form ausführen. "Wir könnten nun in der Zukunft Proteine bestimmter Krankheitsprozesse gezielt steuern", erläutert Schubert im pressetext-Interview.

Schubert sieht zwei zentrale Auswirkungen. "Einerseits könnten schon bald neue therapeutische Maßnahmen entwickelt werden", so Schubert, der auf die präklinische Entwicklung hinweist, die in den nächsten vier bis fünf Jahren abgeschlossen sein könnte. "Andererseits verspricht diese Entdeckung einen Fortschritt in der Diagnostik bzw. Frühdiagnostik und könnte bald in der Praxis eingesetzt werden."

An diesem Projekt arbeiteten verschiedene Fachrichtungen und Institutionen mit dem Institut für Medizinische Neurobiologie Magdeburg zusammen: Die Universitätsklinik für Dermatologie und Venerologie und der Technologie-Park "ZENIT" der Universität Magdeburg, das Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften Leipzig sowie das "Partner Institute for Computational Biology" (PICB, Shanghai, China), ein Partner-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und der Chinese Academy of Sciences (CAS) .
"Bereichert durch die neue Technologie steht nunmehr an, die Gesamtheit der molekularen Netzwerke der Zellen - so eben auch das Toponom des Menschen - in Krankheit und Gesundheit zu entschlüsseln", so Schubert abschließend. Die eigens gegründete Institution Toponome-International Ltd soll außerdem anderen Kollegen in der Wissenschaft helfen, diese Technologie selbst aufzubauen.
ptat

Das ist mehr als faszinierend. Forscher haben vor wenigen Jahren begonnen, Mikroben nach dem Baukastenprinzip neu zusammenzusetzen. Jetzt sollen die Kunst-Organismen Rohstoffe produzieren, Umweltgifte entsorgen und Krankheiten besiegen. Doch das ist nur der Anfang; es besteht die Absicht, Kreaturen zu designen, die wie Maschinen funktionieren. Jörg Blech hat die Baukästen beschrieben und geht in seinem Artikel auch auf Sinn und Zweck ein.