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Schutz vor Corona: Erfahrung ist beim Immunsystem nicht immer ein Vorteil

Klassische Medizin

Schutz vor Corona: Erfahrung ist beim Immunsystem nicht immer ein Vorteil

(PMI) – Bei der Corona-Impfung basiert eine gute Impfreaktion auf naiven Immunzellen, bereits existierende Gedächtniszellen sind eher nachteilig, wie ein Forschungsteam des Exzellenzclusters PMI zeigt.

Wer viele Infektionen mit gewöhnlichen Erkältungsviren durchgemacht hat, die ja auch zu den Coronaviren zählen, steht dadurch nicht besser da, was die Bekämpfung von COVID-19 angeht, sowohl nach Infektion mit SARS-CoV-2 als auch nach einer Corona-Impfung. „Wir haben bereits 2020 gezeigt, dass ein früherer Kontakt mit Erkältungsviren keinen Schutz vor COVID-19 bietet. In der Folgestudie konnten wir jetzt zeigen, dass dies auch für die Qualität der Impfreaktion nicht vorteilhaft ist“, erklärt Professorin Petra Bacher vom Institut für Immunologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel. Gemeinsam mit Professor Alexander Scheffold, dem Leiter des Instituts für Immunologie, und weiteren Kolleginnen und Kollegen des Exzellenzclusters „Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI) aus Kiel analysierte die Immunologin Blutproben von gesunden Personen vor und nach der Corona-Impfung. Das Ergebnis der jetzt in Immunity publizierten Studie: „Eine gute Immunantwort kommt aus dem naiven Repertoire an T-Zellen. Bereits vorhandene T-Gedächtniszellen, die SARS-CoV-2 erkennen, haben eher einen negativen Effekt.“ Das könnte erklären, warum bei alten Menschen die Immunreaktion nach Infektion oder Impfung oft schlechter verläuft.

Was macht eine gute Impfantwort aus?

T-Zellen, genau genommen, T-Helferzellen, sind die zentralen Organisatoren von Immunantworten. Jede einzelne erkennt über ihren „T-Zell-Rezeptor“ einen spezifischen Krankheitserreger. Naive T-Zellen, hatten noch keinen Kontakt mit einem Erreger. Bei einer Infektion oder Impfung werden nur die Erreger-spezifischen T-Zellen aktiviert und können sich zu Gedächtniszellen umwandeln. Diese sorgen bei erneutem Kontakt mit dem Erreger für eine schnelle Immunreaktion, das Prinzip der Impfung. Man findet aber im Blut von Menschen, die weder geimpft sind noch infiziert waren auch Gedächtniszellen, die auf SARS-CoV-2 reagieren können, die aber aus Infektionen mit anderen Erregern stammen. Ein Phänomen, das Kreuzreaktivität genannt wird und das bisher als protektiv betrachtet wurde. „Wir haben uns gefragt, ob Gedächtniszellen, die bereits gegen einen ähnlichen Erreger wir SARS-CoV-2 reagiert haben, zum Beispiel ein Schnupfenvirus, tatsächlich die Reaktion auf die Corona-Impfung verbessern. Oder ob es wichtiger ist, viele naive Zellen gegen SARS-CoV-2 zu haben, die sich spezifisch auf den neuen Erreger einstellen können. Das ist in der Regel bei jungen Menschen der Fall, die meist gut mit Infektionen und Impfungen zurechtkommen“, verdeutlicht Bacher, die den Dorothea-Erxleben-Forscherinnenpreis 2021 des Exzellenzclusters PMI erhalten hat und das Preisgeld in dieses Projekt steckte.

Für die aktuelle Studie wurde das Blut von 50 gesunden Personen vor der Corona-Impfung sowie mehrere Wochen nach der ersten und zweiten Impfung analysiert. Eine vorhergehende Corona-Infektion wurde ausgeschlossen. Durch eine spezielle Technik, die sogenannte Antigen-reaktive-T-Zell-Anreicherung, können ganz gezielt die Zellen untersucht werden, die auf den Impfstoff reagieren. Bacher: „Wir sortieren die Zellen heraus, die auf SARS-CoV-2 reagieren, denn nur die entscheiden über die Immunantwort. Über den T-Zell-Rezeptor können wir feststellen, ob die Zellen aus dem naiven Repertoire stammen oder aus dem Gedächtnis-Repertoire.“ Die Ergebnisse dieser Analyse wurden mit der Qualität der Impfantwort in Beziehung gesetzt.

Impferfolg bei über 80-Jährigen nicht so gut

Das Ergebnis der Untersuchung war, so Bacher, „Bereits vorhandene Gedächtnis-T-Zellen tragen nicht zu einer qualitativ hochwertigen Immunantwort bei. Eher im Gegenteil. Eine sehr gute Immunantwort kommt aus dem naiven Repertoire.“ Bei den über 80-jährigen zeigte sich eine insgesamt schwächere Reaktion. Die Impfung führte bei ihnen nur zu einem geringen Anstieg der SARS-CoV-2 spezifischen T-Zellen. „Wir zeigen, dass bei Älteren die wenigen naiven T-Zellen, die im höheren Alter noch übrig sind, nicht mehr so gut aktiviert werden können. Aber auch die stark vorhandenen Gedächtniszellen tragen bei Älteren nicht positiv zur Impfantwort bei.“ Dieser Defekt im Immunsystem von alten Menschen lasse sich zwar mit weiteren Auffrischimpfungen mildern aber nicht ausgleichen. Trotz Impfungen bleiben hochbetagte Menschen eine vulnerable Gruppe. „Wir müssen uns bewusst machen, dass es immer noch eine Gruppe gibt, die gefährdet ist. Das betrifft überwiegend die Älteren, deren Immunsystem nicht mit diesem „neuen“ Erreger zurechtkommt. Aber auch bei jungen Menschen gibt es welche mit schlechter Impfantwort. Das sieht man auch daran, dass trotz Impfung immer noch schwere Verläufe vorkommen“, ergänzt Alexander Scheffold.

Impfschutz – Antikörperwerte sind nicht aussagekräftig

Wie gut und wie lange die Impfung im Einzelfall vor einer Infektion mit Corona schützt, lässt sich nach wie vor durch Blutuntersuchungen nicht zuverlässig feststellen. Die Messung spezifischer Antikörper gegen den Erreger ist nicht wirklich aussagekräftig. Denn es ist nicht bekannt, ab welchem Wert ein ausreichender Immunschutz vorliegt. Bacher: „Im Immunsystem gibt es keine klaren Grenzen. Welcher Faktor entscheidend ist, kann von Mensch zu Mensch verschieden sein. Insgesamt tragen viele Faktoren zum Infektionsschutz bei, neben den Antikörpern eben vor allem die T-Zellen“. Die in der Studie angewandten T-Zelluntersuchungen sind aber für die klinische Anwendung noch viel zu aufwändig. Hier muss noch einiges in Forschung und Entwicklung investiert werden, um diese Organisatoren der Immunantwort auch im klinischen Alltag bestimmen zu können, nicht nur für SARS-CoV-2. Die Notwendigkeit aber hat die Corona-Epidemie klar vor Augen geführt.

Elektrische Heizungen im Vormarsch

Erde, Klima, Umweltschutz

(pte) – 30 Prozent aller Haushalte in Deutschland erwägen angesichts der sich abzeichnenden Gaslieferkrise den Kauf von elektrischen Heizungen wie Heizlüftern, Radiatoren oder Heizstrahlern. Laut einer neuen Befragung des Vergleichsportals Verivox http://verivox.de haben sich bereits zehn Prozent der Befragten bereits ein solches Gerät angeschafft.

Lieber nachdenken

Einen realistischen Blick auf die Stromkosten haben viele deutschen Verbraucher dabei aber offenbar nicht. Denn nur gut ein Drittel (35 Prozent) der Befragten geht davon aus, dass der Betrieb der elektrischen Geräte teurer ist als der einer herkömmlichen Gas- oder Ölheizung.

Rund zehn Prozent der Befragten haben sich in den vergangenen sechs Monaten eine elektrische Heizung wie einen Heizlüfter oder einen Radiator angeschafft. Weitere elf Prozent planen den Kauf einer Elektroheizung, 19 Prozent haben über die Anschaffung eines solchen Gerätes nachgedacht.

Teure Panik-Käufe

„Elektrische Direktheizgeräte verursachen deutlich höhere Kosten als eine Gasheizung. Das liegt daran, dass der Preis für eine Kilowattstunde (kWh) Strom deutlich höher ist als für eine kWh Gas. Im August 2022 kostet eine Kilowattstunde Strom im bundesweiten Durchschnitt rund 42 Cent, der durchschnittliche Gaspreis liegt bei rund 18 Cent/kWh“, so Verivox-Energieexperte Thorsten Storck.

Unterstellt man eine vollständige Umwandlung der Heizenergie in Raumwärme, also einen Wirkungsgrad von 100 Prozent, so der Fachmann, müsste sich der Gaspreis also noch mehr als verdoppeln, damit die gleichen Kosten wie bei einer Elektroheizung anfallen. Die Anschaffung von E-Heizungen sollte also angesichts der Kosten überdacht werden.

Gaspreise für Haushalte beinahe verdreifacht

Erde, Klima, Umweltschutz

(pte) – Das Gaspreisniveau für deutsche Haushalte hat im August einen neuen Rekord erreicht. Im Jahresvergleich sind die durchschnittlichen Preise um rund 184 Prozent angestiegen. Die Gaskosten für private Kunden haben sich damit fast verdreifacht. Das ist das Ergebnis einer Analyse des Vergleichsportals Verivox http://verivox.de .

Preisrally geht weiter

Die Preisrally dürfte weitergehen, denn viele regionale Grundversorger haben weitere Erhöhungen angekündigt. Im Herbst wird noch eine zusätzliche Gas-Umlage für höhere Kosten sorgen, so Verivox. Zahlte eine Familie mit einem Gasverbrauch von 20.000 Kilowattstunden (kWh) im August 2021 noch 1.258 Euro im Jahr, sind es aktuell durchschnittlich 3.568 Euro.

„Einen Gaspreis von fast 18 Cent pro kWh für Haushalte gab es in Deutschland noch nie. Der Preis wird jedoch noch deutlich höher steigen, denn die Großhandelspreise für Gas liegen derzeit deutlich über diesem Niveau. Daher müssen sich Verbraucher auch in den kommenden Monaten auf weiter steigende Preise einstellen“, so Verivox-Energieexperte Thorsten Storck.

Preistreiber Gas-Umlage

Der Trend flächendeckender Gaspreiserhöhungen setzt sich fort: Für August, September und Oktober haben örtliche Gasgrundversorger 136 Preiserhöhungen um durchschnittlich 50 Prozent angekündigt. Das entspricht Mehrkosten von rund 946 Euro im Jahr. Die ab Oktober kommende Gas-Umlage soll zwischen 1,5 Cent/kWh und fünf Cent/kWh liegen. Für eine Familie mit einem Jahresverbrauch von 20.000 kWh bedeutet das unter Berücksichtigung der Mehrwertsteuer Mehrkosten zwischen 357 und 1.190 Euro.

Covid 19 Geruch und Geschmack weg

Klassische Medizin

(pte) – Rund fünf Prozent der Erwachsenen entwickeln nach einer Infektion mit COVID-19 lang anhaltende Veränderungen ihres Geruchs- oder Geschmackssinns, wie eine Studie unter der Leitung der NUS Yong Loo Lin School of Medicine http://medicine.nus.edu.sg zeigt. Mit derzeit mehr als 550 Mio. bestätigten Fällen leiden mindestens 15 Mio. und zwölf Mio. erwachsene Patienten respektive an langfristigen Problemen mit dem Geruchs- und Geschmackssinn. Aufgrund der großen Auswirkungen, die ein derartiger Verlust auf die Lebensqualität und die Gesundheit allgemein haben kann, dürfte diese Entwicklung zur steigenden Belastung durch Long Covid beitragen.

18 Studien ausgewertet

Veränderungen beim Geruchs- und Geschmackssinn sind bei Patienten mit COVID-19 weitverbreitet. 40 bis 50 Prozent der Betroffenen berichten weltweit von diesen Symptomen. Wenig ist jedoch über den klinischen Verlauf dieser Symptome bekannt oder wie viele Patienten unter anhaltenden Problemen leiden. Um diese Wissenslücke zu schließen, hat das internationale Team Datenbanken in Hinblick auf Studien in diesem Bereich ausgewertet. Insgesamt entsprachen 18 Beobachtungsstudien mit 3.699 Patienten den Kriterien. Vier der Studien wurden im Umfeld von Gemeinden und 14 Studien im Umfeld von Krankenhäusern durchgeführt.

Die Forscher haben das mathematische Verfahren des „Cure Modelling“ genutzt, um die Selbstangaben zur Wiedererlangung des Geruchs- und Geschmackssinns zu schätzen und die Schlüsselfaktoren in Zusammenhang mit der Dauer und Wahrscheinlichkeit der Wiederherstellung zu identifizieren. Der Verlust des Geruchssinns dürfte demnach bei 5,6 Prozent der Patienten anhaltend sein. 4,4 Prozent der Betroffenen dürften den Geschmackssinn auf Dauer verlieren. 30 Tage nach der anfänglichen Infektion gaben nur 74 Prozent der Patienten an, den Geruchssinn wiedererlangt zu haben. Bei 79 Prozent der Betroffenen war der Geschmackssinn wiedergekehrt. Die Erholungsraten nahmen mit jedem Monat, der verging, zu. Sie erreichten nach sechs Monaten mit 96 Prozent einen Gipfel beim Geruchssinn und 98 Prozent beim Geschmackssinn.

Wahre Belastung größer

Frauen erlangen ihren Geruchs- und Geschmackssinn weniger wahrscheinlich als Männer. Patienten mit einer größeren anfänglichen Schwere des Geruchssinns und jene Betroffenen mit einer Verstopfung der Nase erlangten ihren Geruchssinn weniger wahrscheinlich wieder. Die Forscher räumen mehrere Einschränkungen bei ihrer Analyse ein. Zum Beispiel waren die ausgewerteten Studien in Hinblick auf die Qualität unterschiedlich und beruhen auf den eigenen Angaben der Studienteilnehmer. Es sei daher denkbar, dass die Erholung überschätzt worden sei und die wahre Belastung durch die Einschränkung des Geruchs- und Geschmackssinns noch größer sein dürfte.

Bei den meisten Patienten sei, so die Studie, zu erwarten, dass sie ihren Geruchs- und Geschmackssinn innerhalb der ersten drei Monate wiedererlangen. „Ein große Gruppe von Patienten dürfte aber eine anhaltende Dysfunktion entwickeln, die rechtzeitig erkannt, personalisiert behandelt und langfristig begleitet werden muss“, heißt es. Auf diese Herausforderung müsste sich auch die Medizin vorbereiten, denn die Gesundheitssysteme seien nicht darauf ausgerichtet, warnen Experten in einem Editorial. Die Forschungsergebnisse wurden im „BMJ“ veröffentlicht.

Regenerativer Treibstoff für Schiffahrt

Erde, Klima, Umweltschutz

(pte) – Alternative Treibstoffe sind der Schlüssel für Klimaschutz auf den Weltmeeren. Davon sind der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) http://vdma.org und der Verband für Schiffbau und Meerestechnik (VSM) http://vsm.de überzeugt und haben dazu am heutigen Freitag eine Power-to-X-Roadmap für die Maritime Energiewende vorgelegt. Diese soll als Wegweiser dienen, um die globalen Klimaziele zu erreichen.

Mehr PtX-Kraftstoffe

Erreicht werden die Klimaschutzziele für die Schifffahrt laut VDMA und VSM nur mit alternativen Treibstoffen. Auf dem Weg zur klimaneutralen Schifffahrt arbeiten die beiden Industrieverbände gemeinsam am zügigen Ausbau der Produktion und Nutzung von Power-to-X-(PtX)-Kraftstoffen. Diese werden auf Basis erneuerbarer Energien erzeugt. Realistisch sei, dass bis zum Jahr 2045 zumindest der innereuropäische Seeverkehr klimaneutral sein kann. Das Ziel und die nötigen Schritte zur Zielerreichung aus technologischer wie politischer Sicht sind in der Roadmap skizziert.

„Die internationale Schifffahrt ist enorm effizient und erbringt rund 90 Prozent der internationalen Transportleistung. Es muss gelingen, dass dies künftig CO2-neutral erfolgt. Die Schiffstechnik ist reif dafür“, erklärt Dr. Uwe Lauber, CEO von MAN Energy Solutions http://man-es.com , Vorsitzender der VDMA Power-to-X for Applications und VSM-Präsidiumsmitglied. Die Reeder äußern sich ebenfalls positiv zu klimaneutralen Treibstoffen. „Wir unterstützen die Vorlage der Roadmap seitens der Technologieanbieter. Die ambitionierten Ansätze sind aus unserer Sicht völlig richtig. Sie sind zudem enorm wichtig, um den Fuel-Switch in der Branche rasch in Gang zu setzen“, sagt Richard von Berlepsch, Managing Director Hapag-Lloyd Fleet Management.

Regeln mit Lenkungswirkung

Für VDMA und VSM ist entscheidend, dass die maritime Energiewende durch dafür notwendige politischen Entscheidungen auf Kurs gebracht wird. „Wir wollen gezielt dazu beitragen, dass der Emissionshandel und die Regeln für maritime Kraftstoffe so formuliert werden, dass sie die nötige Lenkungswirkung auch wirklich entfalten. Wir wollen die maritimen Klimaziele in Europa schneller erreichen“, betonen Dr. Reinhard Lüken, Hauptgeschäftsführer des VSM und Peter Müller-Baum, Geschäftsführer der VDMA Power-to-X for Applications, übereinstimmend. Der schnelle Einsatz von eFuels sei dafür unerlässlich. Im Bereich der Freizeitboote gibt es mit dem emissionfreien E-Boot „Foilcart“ bereits ein vielversprechendes Modell (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20220620002 ).

Für Maersk http://maersk.com , die größte Containerrederei der Welt, enthält das Fit for 55-Paket der EU die nötigen Instrumente, um die Dekarbonisierung der Schifffahrt in Europa zu schaffen. „Um erfolgreich zu sein, müssen die ehrgeizigen Ziele beibehalten und die Vorschläge mit den wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen in Einklang gebracht werden – zum Beispiel, wenn es darum geht, eine ‚Well-to-Wake‘-Bilanzierung zu gewährleisten, die für die Ausrichtung der Branche auf die richtigen Treibstoffentscheidungen für die Zukunft entscheidend sein wird. Die neue Roadmap von VDMA und VSM ist in diesem Zusammenhang sehr hilfreich“, so Simon C. Bergulf, Senior Director ESG Public & Regulatory Affairs bei Maersk.

Die individuelle Gesundheit wird entscheidend durch die Darmflora bestimmt – Mit einem Erfahrungsbericht von Jean Pütz

Klassische Medizin

Schon 1980 habe ich im Zusammenhang mit meinen Fernsehsendungen vermutet, dass die Darmflora entscheidend für die individuelle Gesundheit ist. Deshalb habe ich seinerzeit mit einer dänischen Biotechnologie-Firma eine bestimmte Zusammensetzung von gefriergetrockneten Bakterien zur Zubereitung von probiotischem Joghurt entwickelt.
ich nannte es damals Labida, weil das Bifido-Bacterium das auch schon im Kinderdarm vorhanden ist, eine entscheidende Rolle dabei spielt. Labida ist die Abkürzung von Lactobacillus bifido und für den Darm.
Ich wies ganz entscheidend darauf hin, dass dies meine eigenen „Studien“ wären, dass sie aber bereits in einigen Forschungsansätzen dafür Bestätigung gefunden hatte.

Heute ist diese Forschung weit fortgeschritten und hat meine damaligen instinktiven Überlegungen voll bestätigt.
Jean Pütz

(Uni Kiel) – Forschungsteam des SFB 1182 findet in großer Genomstudie Hinweise, die auf einen bestimmenden Einfluss des Genoms auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Besiedlung eines Organismus hindeuten

Mikroorganismen sind an beinahe allen Lebensprozessen auf der Erde beteiligt. Als wichtiger Bestandteil eines Metaorganismus, also der Gemeinschaft eines Lebewesens mit besiedelnden Mikroorganismen, sind sie ein zentraler Baustein des Lebens auf unserem Planeten und von großer Bedeutung für die Gesundheit von Mensch, Tier und Pflanze. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen unter anderem an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) seit einigen Jahren, inwiefern die Mikroorganismen, die im menschlichen Darm leben, das sogenannte Mikrobiom, an der Steuerung vielfältiger Lebensprozesse und auch der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind.

Die Rolle des Genoms in diesem Gefüge, also ob und wie die individuelle Genetik eines Lebewesens die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflusst, wird zurzeit intensiv erforscht. Der Einfluss genetischer Variationen ist schwer von weiteren regulierenden Faktoren zu trennen, zum Beispiel Änderungen bestimmter Umweltbedingungen in der Umgebung eines Metaorganismus. Forschende aus der Arbeitsgruppe Evolutionäre Medizin an der CAU und dem Plöner Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie (MPI-EB) um Professor John Baines haben gemeinsam mit Dr. Leslie Turner von der britischen Universität Bath diesen Zusammenhang nun im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ in einer sogenannten genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) untersucht. Am Beispiel von Hybriden zweier Unterarten der Hausmaus haben sie 428 Regionen im Maus-Genom gefunden, die in einer signifikanten Beziehung zum Vorkommen von 120 verschiedenen Bakterienarten im Darm stehen. Weiterhin fanden sie Hinweise, dass das Vorkommen unterschiedlicher Bakterienarten im Maus-Mikrobiom an die Nachkommen vererbt werden kann. Diese vererbbaren Bakterienarten treten offenbar dann mit größerer Wahrscheinlichkeit zusammen auf, wenn sich die Maus und eine bestimmte Bakterienart gemeinsam diversifizieren und dies in einer deckungsgleichen evolutionären Entwicklung resultiert. Die neuen Ergebnisse veröffentlichte das internationale Forschungsteam kürzlich in der Fachzeitschrift eLife.

Eine Landkarte Mikrobiom-assoziierter Gene
Die neuen Arbeit der SFB 1182-Forschenden basiert auf zwei in der Natur vorkommenden Unterarten der Hausmaus, die aus der sogenannten zentraleuropäischen Hybridzone stammen: Mus musculus musculus und Mus musculus domesticus leben dort in einem gemeinsamen Lebensraum und können sich teilweise untereinander kreuzen, so dass an ihrem Bespiel die Effekte der genetischen Differenzierung auf die Zusammensetzung des Mikrobioms besonders gut beobachtet werden können. Das Forschungsteam untersuchte von diesen Wildtieren abstammende sogenannte Inzuchtlinien, die noch eine weitgehend natürliche Mikrobiomvielfalt besaßen, und analysierte deren Darmschleimhaut in ihrer GWAS-Studie.

„Der Vorteil unserer Arbeit mit diesen hybriden Mäusen ist, dass sie aufgrund der vielen Generationen natürlicher Kreuzungen im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Labortieren eine größere genetische Vielfalt aufweisen. Wir haben uns auf Bakterien konzentriert, die an der Zellwand des Darms haften, da diese eher das Ergebnis von Interaktionen mit dem Wirt widerspiegeln. Der Einfluss von Genen auf die mikrobielle Besiedlung des Darms lässt sich daher am besten dort untersuchen“, sagt Dr. Shauni Doms, SFB 1182-Mitglied und wissenschaftliche Mitarbeiterin in Baines‘ Arbeitsgruppe. „Unsere genetische Kartierung ergab über 400 Genregionen, die im Zusammenhang mit Häufigkeits-Veränderungen von rund 120 verschiedenen Bakterienarten innerhalb des Mikrobiom stehen. Diese große Anzahl konnten wir auf rund 80 sogenannte wahrscheinliche Kandidatengene eingrenzen. Darunter waren viele, von denen eine Beteiligung an der Erkennung von und der Kommunikation mit den Mikroorganismen bekannt ist“, so Doms weiter.

Gemeinsame Evolution von Wirtslebewesen und Mikroorganismen
Die Tatsache, dass es sich bei den Mäusen um eine neu entstehende Art handelt, ermöglichte zudem, die Rolle des Wirtsgenoms auf Veränderungen des Mikrobioms an der Schnittstelle von Unterschieden innerhalb und zwischen den Arten zu untersuchen. „Dazu haben wir die sogenannten Erblichkeitsschätzungen für jede Bakterienart berechnet und konnten zeigen, dass mehrere Arten signifikant erblich sind. Anschließend haben wir getestet, ob diese Erblichkeitsschätzungen mit der jeweiligen sogenannten Ko-Artbildungsrate zusammenhängen. Dabei haben wir haben festgestellt, dass Bakterienarten, die sich parallel mit ihren Wirtslebewesen im Artbildungsprozess befinden, eine größere Abhängigkeit von Wirtsgenen aufweisen“, so Co-Autorin Turner, Dozentin an der Universität Bath.

Ein erheblicher Teil der mikrobiellen Arten ist also offenbar an die nachfolgenden Generationen vererbbar, was eine Grundlage für die genetische und mikrobielle Diversifizierung in den frühen Stadien der Artbildung bilden könnte. „Dies deutet möglicherweise darauf hin, dass diese Vererbung eine längere Geschichte der Anpassung des Wirts an die parallel in der Artbildung befindlichen Bakterien widerspiegelt. Insgesamt ist unsere Studie die erste, die eine Beziehung zwischen der Vererbbarkeit und dem Grad der Diversifizierung von Bakterien mit ihren Wirten während des Artbildungsprozesses herstellt“, betont Turner.

Neue Ansätze zur Erforschung Mikrobiom-assoziierter Krankheitsursachen
Um zudem mögliche Zusammenhänge mit der Krankheitsentstehung zu untersuchen, suchte das Forschungsteam im Genom der Tiere anschließend nach bereits bekannten mit menschlichen Krankheiten wie Chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) oder psychischen Störungen in Zusammenhang stehenden Genen. „In den Bereichen des Wirtsgenoms, die mit der mikrobiellen Besiedlung des Darms in Verbindung stehen, fanden wir tatsächlich eine Anhäufung solcher Gene”, betont Baines.

Damit eröffnen sich neue Forschungsansätze, denen Baines mit seinem Team unter anderem in einer geplanten dritten Phase der Förderung des SFB 1182 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) nachgehen möchte. „Das Verständnis der Kräfte, die die Variation in wirtsassoziierten bakteriellen Gemeinschaften innerhalb der Wirtsspezies bestimmen, ist der Schlüssel zum besseren Verständnis der Evolution und der Funktion aber auch der Störung von Metaorganismen. Unsere Studie zur genetischen Architektur der Interaktion von Wirten und Mikroorganismen liefert dazu wichtige neue Perspektiven“, fasst SFB 1182-Projektleiter Baines zusammen.

Wenn Stickstoff zum Problem wird: Tierhaltung und Gülle

Erde, Klima, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tier- Pflanzenwelt

Massentierhaltung für die Fleischproduktion schadet der Umwelt. Zusätzlich zum direkt emittierten Methan werden durch das Ausbringen von Gülle klimaschädliche Stickstoffverbindungen wie Ammoniak und Lachgas in die Atmosphäre freigesetzt. Zudem wird das Grundwasser über die Flüssigphase mit Nitrat verunreinigt. Wie sich die Gülle, die bei der Viehhaltung entsteht und häufig als Düngemittel eingesetzt wird, auf den Stickstoff-Fußabdruck auswirkt, haben nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersucht. Sie haben gezeigt, dass die Stickstoffbelastung durch Gülle aus der Rindfleischproduktion drei beziehungsweise acht Mal höher ist als bei Gülle aus der Schweine- und Geflügelfleischproduktion.

In der Landwirtschaft kommen große Mengen stickstoffhaltige Dünge- und Futtermittel zum Einsatz. Ein erheblicher Teil des eingesetzten Stickstoffs gelangt dabei ungenutzt in die Umwelt, etwa durch das Auswaschen von Nitrat aus Ackerböden oder durch Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung. „Dass die Fleischproduktion sich sehr nachteilig für die globale Stickstoffbilanz auswirkt, ist bekannt. Der Stickstoff-Fußabdruck-Rechner zeigt bislang aber nicht, welch hohen Anteil die dabei entstehende Menge an Gülle daran hat“, sagt Prantik Samanta vom Engler-Bunte-Institut – Wasserchemie und Wassertechnologie des KIT. „Zugleich bedeuten diese Stickstoffmengen einen enormen Ressourcenverlust. Denn Stickstoff rückzugewinnen, ist energetisch sehr aufwendig.“ Wie viel Stickstoff über Gülle bei der Rind-, Schweine- und Geflügelfleischproduktion jeweils die Umwelt verschmutzt und als Rohstoff verloren geht, hat der Doktorand und Erstautor der Studie nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen untersucht. Zusätzlich haben sie berechnet, wie viel Energie benötigt würde, um die Gülle aufzubereiten und Stickstoff zurückzugewinnen. Dieser könnte wiederrum etwa gezielt als Düngemittel bereitgestellt werden.

Größte Stickstoffverlust bei der Rindfleischproduktion

„Wir haben festgestellt, dass sich der Stickstoffverlust pro Kilo Fleisch direkt mit einem virtuellen Stickstofffaktor, kurzVNF, berechnen lässt“, so Samanta. „Die Beziehung zwischen der Gesamtstickstoffzufuhr und dem entsprechenden Stickstoffverlust pro Kilogramm Fleischproduktion ist linear.“ Der VNF setzt den Stickstoffverlust mit dem Stickstoffgehalt im Fleisch ins Verhältnis. Dabei schlägt sich der größte Verlust in der zu entsorgenden beziehungsweise zu behandelnden Gülle nieder. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Rindfleischproduktion in den meisten Teilen der Welt am stärksten auf den Stickstoff-Fußabdruck auswirkt. Der Stickstoffverlust ist drei beziehungsweise acht Mal höher als bei Gülle aus der Schweine- und Geflügelfleischproduktion. Die Forschenden führen dies auf den hohen Futtermittelbedarf und den hohen Grundumsatz von Rindern zurück. Die Stickstoffverluste bei der Schweine- und Geflügelfleischerzeugung begründen sie eher mit schlechten Stallbedingungen als mit Futter und der Verdauung der Tiere.

Bei ihren Untersuchungen haben die Forschenden zudem mehrere Länder miteinander verglichen: „Japan setzt die größte Menge an Stickstoff in Bezug auf das konsumierte Fleisch frei, gefolgt von Australien. Das liegt auch daran, dass es zur Verschiebung der Werte kommt, wenn die Länder Futter und Fleisch in größerem Umfang ex- beziehungsweise importieren“, so Samanta. „Als Resultat ist in Japan auch die zu behandelnde Menge an Gülle pro Kilogramm Fleisch am höchsten.“ Der Stickstoffverlust durch die Fleischerzeugung sei in den USA und Europa niedriger.

Preissteigerungen von Fleisch durch hohen Energiebedarf

Die Forschenden haben außerdem berechnet, wie viel Energie nötig wäre, um den Eintrag von Stickstoff in die Umwelt weitestgehend zu minimieren. „Bei der Produktion von einem Kilogramm Rindfleisch verbleiben 140 Gramm Ammoniumstickstoff in der Rindergülle. Um diesen zurückzugewinnen, benötigen wir sieben Kilowattstunden an Energie. Zum Vergleich: Die Deutschen verbrauchen pro Kopf im Durchschnitt etwa 29 Kilowattstunden Strom pro Woche“, zeigt der Wissenschaftler auf. Bei der Behandlung von einem Kilogramm Schweine- und Geflügelmist sinke der Energiebedarf deutlich auf unter drei beziehungsweise 0,8 Kilowattstunden.

„Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, wie hoch der Energieverbrauch für die Güllebehandlung wäre, um den gesamten Stickstoff-Fußabdruck in der Tierhaltung zu verringern“, sagt Samanta. Zurzeit werde dieser Energiebedarf bei der Preisbildung nicht berücksichtigt: „Bezöge man ihn ein, müsste der Fleischpreis, je nach Fleischsorte, um 0,20 bis 1,50 Euro pro Kilo steigen.“ (swi)

Von der EU gebremstes Verbrenner-Verbot macht Hoffnung

Erde, Klima, Umweltschutz

Mein persönlicher Kommentar:

es scheint sich noch nicht herumgesprochen zu haben, dass ein E-Auto  ohne Hunderte Kilogramm-Batterie möglich ist, , welches gleichzeitig ein Minimum an Energie benötigt, um von A nach B zu kommen (der kleine Lademotor mit grünem Methanol betrieben), mit nur maximal 20 kWh-Batterie, 250 kg leichter als E-Auto Typ Tesla, doch sonst rein elektrisch angetrieben. Hierbei handelt es sich um ein serielles Hybrid-Auto. Die Firma Obrist, die zwei Prototypen konstruiert und gebaut hat, nennt es ‚Hyper-Hybrid-Auto. Ein mit Benzin betriebener Prototyp benötigt nur 1,5 Liter Treibstoff auf 100 Kilometer mit dem 30 Liter fassenden Tank erzielt es ohne mögliches Zwischenladen eine Reichweite von 1,500 Kilometer. Weil es so leicht ist, beschleunigen es die zweimal 60 kW Elektro-Motoren in 4 Sekunden auf 100 km pro Stunde.. Die Energie dazu wird der Batterie entzogen. Diese genetische Energie kann aber zu fast 100% zurück geladen werden. Nur die Reifenreibung und der Windwiderstand benötigen verlorene CO2-produzierende Energie. Dieses bedeutet erheblich weniger Feinstaub durch den Reifenabrieb inkl. Mikroplastik.

Der größte Vorteil, ein solches Hyper-Hybrid-Elektro-Auto ist nicht teurer als heutige Verbrenner. In der Stadt oder auf Kurzstrecken reicht die kleine, mit regenerativem Strom vollgeladene Batterie aus, um mindestens 80 km rein elektrisch zu fahren. Es benötigt infolgedessen keinerlei Subventionen und Privilegien, um auch für kleine Leute erschwinglich zu sein.

Bisher verhindern nur mindestens 20.000 Euro staatlicher Zuschuss inkl. 9.000 Euro Verkaufsprämie pro Batterie-schwerem herkömmlichen Elektroauto und die schwachsinnige Null-Liter-Anrechnung im Flottenverbrauch der Automobilfirmen die Hinwendung zum Hybrid-Elektro-Auto.

Jean Pütz

(Manager-Magazin) – Die Einigung der EU-Länder ist ein De-Facto-Zulassungsverbot für Verbrenner ab 2035. Welche Konzerne das nervös macht und welche Absatzmärkte nach 2035 noch für Verbrenner bleiben – ein Überblick.

Das Ende der Ära des Verbrennungsmotors ist eingeläutet. In der Nacht zum Mittwoch haben sich die nationalen Umweltminister der Europäischen Union darauf geeinigt, ab 2035 nur noch Neuwagen ohne CO2-Emissionen zuzulassen. Allerdings verständigten sie sich auf Ausnahmen: Mit synthetischen Kraftstoffen betriebene Verbrenner dürfen weiter auf den Markt gebracht werden.

Zwar bleibt der maßgeblich von Deutschland initiierte Beschluss hinter den radikaleren Forderungen des EU-Parlaments zurück. Das hatte zuvor ein vollständiges Verbrennerverbot beschlossen. Doch auch so ist es ein Einschnitt. „Ich habe volles Vertrauen, dass die europäische Automobilindustrie es schaffen kann“, sagte Frans Timmermans (61), der Vizepräsident der Kommission, zu den Ministern, als sich die hitzigen Gespräche in Brüssel dem Ende zuneigten. „Unsere Automobilhersteller gehören zu den führenden Unternehmen in Europa und können dies auch weiterhin bleiben, wenn sie sich auf diesen globalen Wandel einlassen.“

Noch dominieren klar Benzin- und Dieselmotoren. Weltweit wurden laut der Beratungsfirma Berylls 2021 rund 80,3 Millionen Verbrenner verkauft. Die angekündigte Verbote verkleinern den potenziellen Markt gewaltig. „Würden bereits heute die weltweit angekündigten Verkaufs- oder Zulassungsverbote für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor gelten, wären 36,6 Millionen Einheiten oder 45,6 Prozent vom aktuellen globalen Absatzvolumen betroffen“, sagt Andreas Radics, geschäftsführender Partner bei der Berylls Group. Wobei China in diese Gleichung mit allein 18,5 Millionen verkauften Verbrennern 2021 eingeht.

Was also bedeutet das faktische Verbrenner-Aus in Europa für die Autoindustrie? Die wichtigsten Fragen und Antworten im Überblick.

Was haben die EU-Länder genau beschlossen?

Die EU-Staaten einigten sich darauf, dass die sogenannten Flottengrenzwerte für Autos bis 2035 auf null sinken sollen. Diese geben Autoherstellern vor, wie viel CO2 ihre produzierten Fahrzeuge im Betrieb ausstoßen dürfen. In der Folge werden neu verkaufte Benzin- und Diesel-Fahrzeuge wahrscheinlich immer mehr durch Elektrofahrzeuge ersetzt werden, um die Ziele zu erreichen.

Auf Drängen Deutschlands lässt der Beschluss eine Hintertür für Verbrennungsmotoren offen. Die EU-Kommission soll prüfen, ob es Ausnahmen für Verbrenner geben könnte, wenn diese mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden. Solche E-Fuels werden unter Einsatz von Strom hergestellt; stammt der aus erneuerbaren Energien, können auch sie klimaneutral sein. Ob sie allerdings jemals marktfähig werden, ist unklar.

Wer gerät durch den Vorschlag unter Druck?

Alle. 2035 ist in der EU Schluss mit Benzin und Diesel. Und noch ist – außer Elektromarken wie Tesla und Polestar – niemand auch nur annähernd so weit, die Verbrenner abzuschalten. Die Aktien von Mercedes-Benz, Volkswagen und BMW verloren am Mittwoch entsprechend überdurchschnittlich.

Am stärksten auf Alternativen zur reinen Elektromobilität gesetzt oder öffentlich gewarnt haben zuletzt Autohersteller wie BMW und Porsche. BMW-Vorstandschef Oliver Zipse (58) etwa glaubt noch an den Verbrenner und hält ein Verbot ab 2035 für falsch. „In der heutigen Zeit alles auf eine Karte zu setzen, ist ein industriepolitischer Fehler“, sagte er vor der Einigung am Dienstag. Der Weg zur Klimaneutralität sei auch technologieoffen zu schaffen. Für offen hält Zipse, ob die notwendige Ladeinfrastruktur für E-Autos bis 2035 aufgebaut werden kann. Auch wie Europa den Zugang zu den entscheidenden Rohstoffen für all die Elektroautos sicherstellen wolle, sei unklar. Hier drohten neue Abhängigkeiten.

Auch Porsche-Chef Oliver Blume (53) setzt zumindest beim für die Marke wahrscheinlich wichtigsten Modell weiterhin auf den Verbrenner: dem 911er. Porsche verkauft den E-Sportwagen Taycan, will bei 2030 auf 85 bis 90 Prozent Elektroanteil kommen. Aber Blume investiert auch in die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe und hat damit innerhalb des VW-Konzerns einen Sonderweg eingeschlagen. In Chile investierte der Sportwagenbauer rund eine halbe Milliarde Euro in den Bau einer Anlage zur Produktion von E-Fuels. Allerdings sollen die Stoffe nach bisherigen Plänen nur herkömmlichem Benzin beigemischt werden. Alles andere sei „Science-Fiction“, sagte ein Sprecher am Mittwoch dem SPIEGEL.

Skeptisch zeigt sich auch der Verband der Automobilindustrie (VDA). „Eine flächendeckende europaweite zuverlässige Ladeinfrastruktur ist zwingende Voraussetzung für die Verbraucherinnen und Verbraucher“, sagte ein VDA-Sprecher. In Deutschland sei man davon weit entfernt.

Grünes Methanol als Wasserstoffspeicher zum Antrieb von Monster-Schiffen

Erde, Klima, Umweltschutz

(Fraunhofer) – Der Schiffsverkehr gehört zu den am schnellsten wachsenden Quellen für Treibhausgase. Schiffsbauer und Betreiber suchen nach umweltfreundlichen, alternativen Antrieben. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit Partnern das Antriebskonzept »HyMethShip« entwickelt, bei dem Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird. Die Technik benötigt keine großen Wasserstofftanks an Bord und ist daher deutlich sicherer. In Zukunft könnte sie auch für Kreuzfahrtschiffe interessant sein.

Nach Angaben der europäischen Umweltagentur sind maritime Transporte für gut drei Prozent der gesamten CO2-Emissionen der Europäischen Union verantwortlich. Allein 2019 waren es mehr als 144 Millionen Tonnen CO2. Das klingt nicht nach besonders viel. Doch durch den starken Anstieg des Handelsvolumens gehört der Schiffsverkehr seit vielen Jahren zu den am schnellsten wachsenden Quellen von Treibhausgasemissionen. Schiffsbauer und -betreiber weltweit sind daher auf der Suche nach umweltfreundlichen Alternativen zu den klassischen Schiffsmotoren, die mit Schweröl oder Diesel arbeiten. Dabei gerät auch grüner Wasserstoff als saubere Energiequelle immer mehr in den Fokus. Allerdings bringt das Mitführen großer, schwerer Spezialbehälter auf hoher See, die den Wasserstoff unter Druck speichern, immer auch ein gewisses Risiko mit sich.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben nun gemeinsam mit Partnern eine Technologie entwickelt, die Wasserstoff als emissionsfreies Antriebskonzept nutzt und gleichzeitig sehr sicher ist. Das von der EU geförderte Projekt »HyMethShip« verwendet Methanol als flüssigen Wasserstoffträger. Das Konzept sieht vor, am Hafen Methanol zu tanken. An Bord wird aus dem Methanol durch Dampfreformierung Wasserstoff für den Schiffsantrieb gewonnen. »Damit schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe: Der Schiffsantrieb ist nahezu vollkommen emissionsfrei, zugleich benötigt man keine großen und potenziell gefährlichen Wasserstofftanks«, erklärt Dr. Benjamin Jäger von der Abteilung Katalyse und Materialsynthese am Fraunhofer IKTS.

Methanol tanken, Wasserstoff verbrennen

Technisches Herzstück des Systems ist der Reaktor. Dabei wird das Methanol zunächst mit Wasser gemischt, durch Wärme verdampft und in den vorgeheizten Reaktor eingespeist. Dort wird die Methanol-Wasser-Mischung zu Wasserstoff und CO2 umgesetzt. Bei der Abtrennung des Wasserstoffs und dem Reaktorengineering kann das Fraunhofer IKTS seine langjährige Erfahrung in der Membranverfahrenstechnik einsetzen. Die Fraunhofer-Forschenden haben eine mit Kohlenstoff beschichtete Keramikmembran entwickelt. Durch die extrem feinen Poren der Membran entweichen die Wasserstoffmoleküle, während die größeren Kohlenstoffdioxid-Gas-Moleküle zurückgehalten werden. Der Wasserstoff erreicht dabei eine Reinheit von mehr als 90 Prozent. Er wird nun in den Motor geleitet, wo er wie im klassischen Verbrennungsmotor verbrennt und den Motor antreibt. Klimaschädliche Abgase entstehen dabei nicht.

Das im Projekt genutzte Prozesskonzept setzt noch zwei weitere konstruktive Kniffe ein, um das System zu optimieren. Zum einen wird die Abwärme des Motors genutzt, um den Reaktor zu heizen, womit sich die Effizienz des Systems deutlich erhöht. Zum anderen wird das zurückbleibende Kohlenstoffdioxid im Nachgang zum Reaktor wieder verflüssigt und in die leeren Methanoltanks geleitet. Ist das Schiff am Hafen angekommen, wird das CO2 in Tanks geleitet und kann für die neuerliche Methanol-Synthese verwendet werden.

»Methanol ist ein idealer Wasserstoffträger für die Schifffahrt. Die Energiedichte ist doppelt so hoch wie bei verflüssigtem Wasserstoff, deshalb sind die Methanoltanks an Bord auch nur halb so groß. Außerdem ist es gefahrlos zu transportieren. Selbst wenn ein Tank leckt, besteht keine akute Umweltgefahr«, sagt Fraunhofer-IKTS-Experte Jäger.

Eine technische Herausforderung bei der Entwicklung bestand darin, die Keramikmembranen so zu vergrößern, dass sie auch für die nötige Antriebsleistung von Schiffsmotoren infrage kommen. Den Forschenden ist es dabei gelungen, die ursprünglich nur 105 Millimeter lange Membran auf eine Länge von 500 Millimeter zu skalieren. Damit ist bereits eine Motorleistung von bis zu 1 MW erreichbar. Angestrebt werden mittelfristig Antriebe mit 20 MW Leistung und mehr.

Ideal wäre die emissionsfreie Antriebstechnologie beispielsweise für Fähren, die fest zwischen zwei Häfen verkehren und dort jeweils eine Tankstation für Methanol zur Verfügung haben. Die Technologie wäre in Zukunft aber auch für Containerschiffe und Kreuzfahrtschiffe interessant. Eine grüne Kreuzfahrt ohne Treibhausgasemissionen und ohne große Schornsteine, die den Ruß aus der Schwerölverbrennung in die Luft blasen, würde Kreuzfahrten auch für umweltbewusste Passagiere attraktiv machen.

Bei dem von der EU geförderten-Projekt »HyMethShip« arbeitete das Fraunhofer IKTS mit mehreren Partnern zusammen. Die Gesamtkoordination des Projekts übernahm das Large Engines Competence Center (LEC) im österreichischen Graz. Das Startup SES-HyDepot e.U. in Innsbruck betrieb die Small-Scale-Testanlage zur Validierung des verfahrenstechnischen Grundprozesses. Christian Mair, CEO von SES-HyDepot, ist optimistisch: »Der Testbetrieb hat gezeigt, dass die Wasserstoffbereitstellung auf Methanol-Basis realisierbar ist und auch für Schiffe und ihre hohen Leistungsanforderungen mittelfristig eine Perspektive darstellt.«

Die Politik hat im Rahmen der Energiewende und des europäischen Green Deal begonnen, den Druck auf die Branche zu erhöhen. So forderte das EU-Parlament 2020, die Schifffahrtsunternehmen auf, ihre Emissionen deutlich zu reduzieren. Das Projekt »HyMethShip« mit seinem emissionsfreien Wasserstoffantrieb könnte hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

Zudem sind Anwendungen in anderen Branchen möglich. Das Prinzip der Wasserstofferzeugung aus Methanol lässt sich auch für verschiedenste Szenarien in der chemischen Industrie verwenden.