Archiv der Kategorie: Wissenschaft

Stromspeicherung und -Produktion von Treibstoffen durch Bakterien?

(Cornell University) – Forscher der Cornell University wollen Strom auf höchst ungewöhnliche Art speichern. Sie arbeiten mit elektroaktiven Bakterien, die Elektronen einfangen, also elektrischen Strom, der von Wind-, Solar- oder Wasserkraftanlagen produziert wird. Diese Energie nutzen sie, um CO2 aus der Luft aufzuspalten. Den dabei entstehenden Kohlenstoff wandeln sie in Isobutanol oder Propanol um. Diese Flüssigkeiten können in Motoren genutzt werden, entweder in reiner Form oder als Beimischung zu Benzin oder Diesel.

Biologie kann Hauptrolle spielen
„Wir glauben, dass die Biologie eine signifikante Rolle beim Aufbau einer umweltverträglichen Energie-Infrastruktur spielen wird“, sagt Buz Barstow, Assistenzprofessor für Bio- und Umweltengineering an der Cornell University. „In einigen Prozessen hat die Biologie eine Hilfsfunktion, in anderen spielt sie die Hauptrolle.“ Er und sein Team seien auf der Suche nach allen Möglichkeiten, die Biologie im Energiesektor einzusetzen.

Die Photosynthese ist ein Beispiel für die Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse, also in einen Brennstoff. Pflanzen fangen sechsmal mehr Sonnenenergie ein als alle Menschen auf der Erde verbrauchen. Doch die Photosynthese ist nicht sehr effizient. Sie nutzt nur ein Prozent der einfallenden Energie. Solarzellen sind weitaus effektiver. Sie haben einen Wirkungsgrad von oft über 20 Prozent. Demnach kann Strom gemeinsam mit Bakterien mehr Solarenergie verarbeiten als Pflanzen.

CO2 aus Atmosphäre entfernen
Mikroorganismen und Strom können nicht nur Treibstoffe produzieren, ohne die Umwelt zu belasten. Sie können auch CO2 in einen Biokunststoff verwandeln, der sich gefahrlos untertage lagern lässt, sodass er dauerhaft aus der Atmosphäre entfernt wird. Die Herstellung von Treibstoffen und Bioplastik mit bakterieller Hilfe findet bei normalem Luftdruck und Raumtemperatur statt, sodass keine zusätzliche Energie nötig ist – außer dem Strom als „Bakterienfutter“ natürlich.

Um diese Technik tatsächlich zur indirekten Speicherung von grünem Strom nutzen zu können, muss jedoch noch eine Menge an Forschungsarbeit geleistet werden, sind die Wissenschaftler überzeugt. „Nach unseren Berechnungen ist diese Technik definitiv zu realisieren“, sagt Farshid Salimijazi, Barstows wissenschaftlicher Mitarbeiter, abschließend.

Zelltod beeinträchtigt Abwehr von Infektionen

(pte001/22.05.2019/06:00) – Tote Zellen stören laut einer Studie der University of Sheffield die Immunreaktionen und untergraben die Abwehr gegen Infektionen. Zellen, die darauf programmiert sind, abzusterben, können die normale Funktion der Immunzellen, der Makrophagen, beeinträchtigen. Das kann Auswirkungen darauf haben, wie gut sie auf Wunden reagieren und im Körper nach Infektionen suchen.

Zellmanipulation als Ziel
Makrophagen sind bei Wunden nötig, um eine Infektion zu verhindern und den Heilungsprozess zu unterstützen. Diese weißen Blutkörperchen können allerdings auch viele Krankheiten verursachen oder verschlimmern. Dazu gehören Krebs, Herzerkrankungen und neurodegenerative Erkrankungen. Die Studienergebnisse zeigen, dass die Immunzellen der Beseitigung abgestorbener Zellen Vorrang einräumen. Dadurch wird ihre normale Migration zu Verletzungen außer Kraft gesetzt und die Immunreaktion beeinträchtigt.

Die in „PLOS Biology“ veröffentlichten Forschungsergebnisse könnten zu neuen Ansätzen der Manipulation dieser Zellen und einer Beschleunigung des Heilungsvorgangs führen. Die Studie wurde an Fruchtfliegen durchgeführt, die über Zellen mit einer sehr großen Ähnlichkeit zu den Makrophagen beim Menschen verfügen. Dabei wurde auch eine neue Rolle eines Proteins Six-Microns-Under (Simu) beim Halten der Immunzellen am Ort der Verletzung entdeckt. Ohne dieses Protein verließen die Makrophagen die Wunde frühzeitig.

Reaktion von Fruchtfliegen
Laut Mitautorin Hannah Roddie zeigt die aktuelle Studie, dass die Art und Weise, wie die Blutkörperchen der Fruchtfliegen auf Verletzungen und absterbende Zellen reagieren, den menschlichen Immunzellen sogar noch ähnlicher ist, als bisher angenommen. In einem nächsten Schritt wird untersucht, welche Signale die Makrophagen nutzen, um absterbende Zellen aufzuspüren und wie sie sich zwischen toten Zellen und Wunden entscheiden.

Nahrung löst Immunantwort im Darm aus ! Mit einer Bemerkung von Jean Pütz

Unsere Redaktion war übrigens seinerzeit diejenige, die als erste mit dem Vorurteil aufräumte, AIDS befalle nur schwule Männer. Es war eine ARD-Sendung, die seinerzeit  im Rückblick mit dafür sorgte, dass diese schreckliche Krankheit in Deutschland relativ wenige Opfer forderte. Ein Beweis, dass verständliche Aufklärung insbesondere über Fernsehen und Rundfunk enorme Wirkung verursachen kann. Ich persönlich habe durch diese Recherchen endlich einmal auch Informationen zu Funktionsmechanismus des Immunsystem recherchieren können, denn die T4-Helferzelle steht im Mittelpunkt der weltweit besten Apotheke, die wir in uns tragen.
Was mich seinerzeit besonders faszinierte war die Tatsache, dass an der Immunantwort gegen alle möglichen Erreger insbesondere der Darm – genauer gesagt – der Dünndarm verantwortlich ist. Das sind die im Artikel genannten Peyerschen Plaques, die die Immunantwort triggern – nachzulesen in meinem Hobbytehkbuch ‚Darm & Po‘. Damals vermutete ich – wohlgemerkt vorwissenschaftlich –  dass die Darmflora ganz entscheidend für unsere Gesundheit mitwirkt.
Das war der Grund, weshalb ich bei einer dänischen Firma ein probiotisches Joghurt-Bakterien-Gemisch zusammenstellen lies. 30 Jahre später bestätigt mich die Forschung aber auch meine Fitness im hohen Alter. Ob das auch daran liegt, dass ich mit 82 Jahren noch keinen Zentimeter kleiner geworden bin, kann ich nicht belegen, aber auch das ist eine vorwissenschaftliche Vermutung von mir. Auch heute noch gehört jeden Tag eine gehörige Portion selbstgemachten Joghurts (mindestens 350 ml) mit Früchten, Nüssen und Getreidekörner, zum sonst spärlichen Frühstück. Es lebe die Wissenschaft.
Jean Pütz

Nahrung löst Immunantwort im Darm aus

Marburger Forscher revidieren Lehrbuchwissen – Nachweis über programmierten Zelltod erbracht

Marburg/Berlin/Mainz/Aachen (pte020/13.05.2019/10:30) – Nahrung löst im menschlichen Darm eine Immunantwort aus. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Forscher der Universität Marburg . Sie stellen damit ein in der Wissenschaft bislang festgeschriebenes Gesetz auf den Kopf. Laut dem Team um den Immunologen Ulrich Steinhoff löst die Nahrung im Dünndarm eine Immunantwort aus, die dadurch in Schach gehalten wird, dass die beteiligten Immunzellen absterben.

Peyer-Plaques als Schlüssel

„Bisher galt es als medizinisches Lehrbuchwissen, dass die Proteine in der Nahrung keine Immunreaktionen hervorrufen dürfen, sonst herrsche Chaos“, meint Steinhoff. Zusammen mit Kollegen aus Marburg, Berlin, Mainz, Aachen und Göteborg verfolgten die Experten das Schicksal von T-Zellen in den Peyer-Plaques. Das sind lymphknotenartige Strukturen im Dünndarm, die Ansammlungen von Immunzellen enthalten. „Die Peyer-Plaques sind diejenigen Orte im Verdauungstrakt, an denen Immunantworten initiiert werden“, so der Marburger Erstautor Alexander Visekruna.

T-Zellen gehören zu den wichtigsten Akteuren der Abwehr; bei ihnen handelt es sich um weiße Blutzellen, die körperfremde Proteine erkennen. Sie produzieren die T-Zellen in den Peyer-Plaques Moleküle. Nach einer gewissen Zeit unterlaufen die Zellen ein Programm, das dazu führt, dass sie absterben – die Fachleute sprechen von programmiertem Zelltod oder Apoptose. „Im Darm stellt sich ein Fließgleichgewicht wie bei einem Dorfbrunnen ein, es werden dauernd neue Immunzellen durch die Nahrung aktiviert und genauso viele durchlaufen den programmierten Zelltod und sterben ab“, sagt Steinhoff.

Gute Darmflora heißt auch Tod

Der Immunblocker PD-1 ist dafür verantwortlich, die T-Zellen zur Apoptose zu veranlassen. Hemmt man die Aktivität von PD-1, so führt dies zu Darmentzündungen, weil die Immunzellen nicht absterben. „Das erklärt auch, warum Darmentzündungen häufig bei Patienten mit Melanomen auftreten, bei denen PD-1 durch Antikörper ausgeschaltet wird“, unterstreicht Immunologe Steinhoff. Um zu testen, welche Bedeutung der Immunreaktion des Darms zukommt, wurden Tests mit der Nahrung von Mäusen durchgeführt. Erhalten die Tiere eine Protein-freie Diät, die alle wichtigen Nährstoffe enthält, so verkümmert der Dünndarm – offenbar braucht der Organismus Proteine, die das Immunsystem erkennen kann.

Im Einklang mit diesen wissenschaftlichen Befunden zeigte sich bei Patienten mit der chronischen Darmentzündung Morbus Crohn, dass sie in den Peyer-Plaques eine stark verringerte Anzahl von Immunzellen aufweisen, die Apoptose erleiden. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der programmierte Zelltod von nahrungsaktivierten Immunzellen das Markenzeichen eines gesunden Darms ist“, fasst Steinhoff zusammen.

Wie reagiert unsere Jugend auf Social-Media?

Universitäten Oxford und Hohenheim analysieren achtjährige Langzeitstudie auf Wechselwirkung zwischen Social Media-Nutzung und persönlicher Zufriedenheit

Es ist die weltweit umfangreichste Langzeitbefragung, die die University of Oxford und die Universität Hohenheim in Stuttgart mit komplexer Statistik untersuchten. Ergebnis: die persönliche Social Media-Nutzung und die persönliche Lebenszufriedenheit von Teenagern beeinflussen sich in nur kaum messbaren Größenordnungen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscherinnen und Forscher in der heutigen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).
Bisherige Studien über den Zusammenhang zwischen Social Media-Konsum und Lebensglück kämpfen meist mit einem Makel: Mal sind es geringe Teilnehmerzahlen, mal sehr einfache Auswertungen und oft handelt es sich nur um Momentaufnahmen durch wenige Befragungen in einem relativ kurzen Zeitraum.
Anders der Datenpool, den die Universität Hohenheim dank Kooperation mit der University of Oxford nun untersuchen konnte. Die Daten stammen aus der achtjährigen Langzeitstudie „Understanding Society“.
In dieser Auswertung dabei: Dr. Tobias Dienlin vom Fachgebiet Medienpsychologie der Universität Hohenheim. Erst- und Drittautor sind Amy Orben und Prof. Dr. Andrew Przybylski von der University of Oxford.

Angaben von 5.492 Teenagern aus achtjährigem Befragungszeitraum
Für ihre Veröffentlichung werteten sie die Angaben von 5.492 Teenagern aus. Bis zu acht Jahre lang hatten diese regelmäßig angegeben, wie viele Stunden sie an einem normalen Schultag mit Social Media verbrachten und wie hoch ihre gegenwärtige Lebenszufriedenheit sei.
Die Anzahl der Stunden markierten sie auf einer fünfstufigen Skala zwischen 0 bis 7 und mehr Stunden. Ihre Lebenszufriedenheit markierten sie auf einer Skala von Smileys mit sieben Stufen. Dabei unterschieden sie verschiedene Bereiche wie die Zufriedenheit mit Freundschaften, Aussehen oder familiärer Situation.
Die Befragungen fanden acht Mal mit einem Abstand von jeweils einem Jahr statt. Die erste Befragungswelle der „Understandig Society-Studie“ begann im Jahr 2009. Die Befragungen halten bis heute an.

Einfluss auf veränderte Lebenszufriedenheit liegt bei weniger als einem Prozent
„Wenn man leichte Tendenzen sucht, lässt sich sagen, dass wir eine ganz schwache Wechselwirkung zwischen Social Media Konsum und Lebenszufriedenheit gefunden haben. Nimmt der Social Media Konsum zu, reduziert sich die Lebenszufriedenheit geringfügig. Gleichzeitig steigt bei sinkender Lebenszufriedenheit auch in ganz leichtem Maße der Social Media Konsum. Die Effekte scheinen dabei für Mädchen etwas ausgeprägter zu sein als für Jungen.“
Die Effekte seien jedoch minimal: „In Zahlen ausgedrückt lassen sich Veränderungen in der Lebenszufriedenheit nur zu weniger als einem Prozent auf den Social-Media-Konsum zurückführen“, so Dr. Dienlin. Um das Ergebnis einzuordnen: Die Häufigkeit, mit der Jugendliche und Eltern das Abendessen teilten, habe einen etwa gleich großen Einfluss auf die Lebenszufriedenheit.
„Bislang wird die aktuelle Debatte meist durch Studien mit geringer Aussagekraft bestimmt. Die Studie ist deshalb ein wichtiger Schritt, um Technikfolgen für das Wohlergehen von Heranwachsenden zu bestimmten“, so die Bewertung von Prof. Dr. Andrew Przybylski, Director of Research am Oxford Internet Institute.
Gleichzeitig könne die Auswertung von Befragungen nur ein erster Schritt sein, betont Amy Orben, Doktorandin und College Lecturer am University of Oxford. Um die detaillierten Auswirkungen der Sozialen Medien auf Teenager zu verstehen, sei es nötig, Zugriff auf die Daten der Social Media-Anbieter zu erhalten.
Es sei deshalb dringend an der Zeit, den notwendigen politischen, ethischen und wissenschaftlichen Rahmen für solche Untersuchungen zu schaffen, so das Credo der Kooperation.

Veröffentlichung und Methodik
Das vollständige brief paper “Social media’s enduring effect on adolescent life satisfaction” erschien am 6. Mai 2019 in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).
Für ihre Auswertung nutzten die Universitäten Oxford und Hohenheim die Methode der sog. Random Intercept Cross-Lagged Panel Model. Dabei wird untersucht, inwiefern Zu- oder Abnahme einer der beiden Variablen in Zusammenhang steht mit der Zu- oder Abnahme der anderen Variable – über einen Zeitraum von jeweils einem Jahr. Die Methode gilt aktuell als die bestgeeignete, um einen besseren Eindruck über den kausalen Zusammenhang der Variablen zu erhalten.

UNIVERSITÄT HOHENHEIM, Klebs

C-Prozessor aus lebenden Bausteinen

Welterster Bio-Dual-Core-Prozessor entwickelt

(pte015/16.04.2019/10:30) – Forscher der ETH Zürich (ETH) http://ethz.ch haben einen Weg gefunden, einen zentralen Prozessor aus biologischen Bauteilen zu konstruieren, der flexibel und vielseitig programmierbar ist. Der Clou: Die neue Bio-CPU beruht auf einem modifizierten Crispr/Cas-System und kann beliebig viele Eingaben in Form von RNA-Molekülen (sogenannter Leit-RNA) verarbeiten. Am Ende stand ein biologischer Dual-Core-Prozessor mit zwei Rechnerkernen in einer Zelle.

Cas9-Protein als Kern

Den Kern des Prozessors stellt eine Variante des Cas9-Proteins dar. Die CPU reguliert als Antwort auf die Eingabe durch Leit-RNA-Sequenzen die Aktivität eines bestimmten Gens, sodass das zugehörige Protein hergestellt wird. Damit konnten die Schweizer Wissenschaftler in menschlichen Zellen skalierbare Schaltnetze programmieren, welche wie digitale Halbaddierer aus zwei Eingängen und zwei Ausgängen bestehen und zwei einstellige Binärzahlen addieren können.

Die Forscher sind bei ihrer Arbeit im Labor sogar noch einen Schritt weiter gegangen und schufen analog zur digitalen Welt einen biologischen Dual-Core-Prozessor, in dem sie zwei Rechnerkerne in eine Zelle einbauten. Dazu verwendeten sie Crispr/Cas-Einheiten von zwei unterschiedlichen Bakterien. „Damit haben wir den ersten Zellcomputer mit mehr als einem Rechnerkern geschaffen“, unterstreicht Bioingenieurwissenschaftler Martin Fussenegger.

Dieser innovative Biocomputer ist nicht nur extrem klein, sondern im Prinzip auch beliebig skalierbar. „Man stelle sich ein Mikrogewebe mit mehreren Mrd. Zellen vor, und jede davon verfügt über einen Dual-Core-Prozessor. Solche ‚Rechenorgane‘ könnten eine theoretische Rechenkapazität erreichen, welche diejenige eines digitalen Supercomputers bei Weitem übertrifft, und das mit einem Bruchteil der Energie“, sagt Fussenegger.

Vielseitige Nutzbarkeit

Ein solcher Zellcomputer ließe sich laut den Experten dazu nutzen, biologische Signale aus dem Körper wie gewisse Stoffwechselprodukte oder Botenstoffe wahrzunehmen, sie zu verarbeiten und wunschgemäß zu reagieren. Programmiert man die CPU entsprechend, könnten die Zellen zwei verschiedene Biomarker als Eingangssignale wahrnehmen.

Ist nur Biomarker A vorhanden, dann reagiert der Biocomputer mit der Bildung eines diagnostischen Moleküls oder eines Wirkstoffs. Registriert der Zellcomputer nur Biomarker B, dann löst er die Bildung eines anderen Wirkstoffs aus. Sind beide Biomarker vorhanden, dann erzeugt dies eine dritte Reaktion. Angewendet könnte dies in der Medizin, zum Beispiel zur Behandlung von Krebs.

„Wir könnten zudem Rückkopplungen einbauen“, betont der ETH-Professor. Sei beispielsweise Biomarker B über längere Zeit in einer gewissen Konzentration im Körper vorhanden, dann könnte das auf die Bildung von Krebsmetastasen hindeuten und der Biocomputer würde dementsprechend einen Wirkstoff bilden, der speziell diese bekämpft.

Musik verbindet Welten

Deutsch-Holländisch Europäisches Jugend-Musikensemble
„We connect X“

Was verbindet Menschen, Herzen und Gedanken unabhängig von Kultur, Glaube oder Herkunft? Genau: die Musik

We Connect X ist eine Gruppe junger, talentierter Musiker die sich für eine bessere, gemeinsame und grenzüberschreitende Zukunft einsetzen.
Das X verkörpert eine Variable, die alles sein könnte, denn We Connect X verbindet und überzeugt jeden Menschen und jede Kultur.
Wir als We Connect X wollen uns gegen Antisemitismus einsetzen.
Dieses Ziel erreichen wir durch das Schaffen einer toleranten Gemeinschaft durch Musik.
Die Musik verbindet und schafft Begegnungen zwischen Kulturen die völlig verschieden sind, sodass Jugendliche mit verschiedenen Hintergründen innerhalb Europas friedlich zusammen Arbeiten und eine gemeinsame Zukunft, ohne Hass und Diskrimination, entwickeln können.

Denn nur wir gemeinsam können dafür sorgen, dass sich unsere Zukunft positiv entwickelt und die Welt davon überzeugt wird, zusammen zu arbeiten und zusammen zu halten. Denn nur gemeinsam sind wir stark!
Außerdem ermöglicht dieses Projekt den Jugendlichen Einblicke in andere Kulturen zu erhaschen und sich damit auseinander setzen zu können, um diese Kulturen besser zu begreifen.
Hiermit erweitern wir die Perspektiven der Jugendlichen und zeigen ihnen wie ein gemeinsames miteinander aussieht.
Geschrieben von: Manon Veenman
Schülerin der Joseph Beuys Gesamtschule Kleve

Deutsche und holländische Jugendliche haben in Kleve ein gemeinsames Projekt, das Deutsch-Holländisch Europäische Jugend-Musikensemble „We connect X“, gegründet.
Die jungen Musiker aus Deutschland und Holland wollen durch gemeinsame Konzerte (von Klassik bis Pop-Musik) in verschiedenen europäischen Städten weitere musikbegabte Jugendliche gewinnen und für den europäischen Gedanken begeistern. Musik und Kunst soll dabei als verbindendes Element zwischen den Menschen dienen. Diese verbindende Kraft der Musik wird durch ihre Konzerte Teil der europäischen Integrationsarbeit. Durch das gemeinsame Musizieren und Leben in Gastfamilien werden für die Jugendlichen neue Perspektiven entstehen.Auf diese Weise wird das gegenseitige Verständnis für die unterschiedlichen europäischen Kulturen geschärft.

Das Projekt wird damit zum friedlichen Miteinander in Europa beitragen.
Darüberhinaus wollen wir mit unserem Ensemble aktiv ein Zeichen setzen gegen den zunehmenden Antisemitismus in Deutschland und Europa, verstärkt nicht zuletzt durch die vermehrten Flüchtlinge aus dem arabischen Raum und das Zunehmen rechter Parteien, die diese Ressentiments schüren. Durch unsere Konzerte wollen wir also auch ein Zeichen setzen für unsere Verbundenheit mit den Menschen in Israel.

Projektziele
• Aufruf an die Jugend Europas, sich gemeinsam für Demokratie, Toleranz und Frieden einzusetzen
• Durch das „Sichkennenlernen“ den Abbau von Vorurteilen bewirken und das Verständnis für die gegenseitigen Kulturen fördern
• Ein neues Gefühl des Miteinander der europäischen Kulturen und Religionen schaffen
• Öffnung für die europäische Lebensart
• Wachsen von gemeinsamen Werten und Normen
• Gesellschaftliches, politisches und kreatives Engagement der Jugendlichen stärken
Wie ist dieses Ziel erreichbar?
• Akquise in europäischen Städten
• Vermittlung von geeigneten Schulträgern mit Hilfe der mitwirkenden Städte die aktiv an dem Projekt mitarbeiten.
• Vorbereitung/respektive Vermittlung der Schüler der ausgewählten Schule auf den europäischen Gedanken
• Vermittlung von Gastfamilien für die deutsch-holländischen Musiker
• Bereitstellung von geeigneten Aufführungsorten für die gemeinsamen Konzerte, z.B. Schulaula, Stadttheater etc.
• Pressearbeit
• Erarbeitung eines begleitenden Kulturprogrammes für die Jugendlichen
Wie ist dieses Ziel erreichbar?
• Akquise in europäischen Städten
• Vermittlung von geeigneten Schulträgern mit Hilfe der mitwirkenden Städte die aktiv an dem Projekt mitarbeiten.
• Vorbereitung/respektive Vermittlung der Schüler der ausgewählten Schule auf den europäischen Gedanken
• Vermittlung von Gastfamilien für die deutsch-holländischen Musiker
• Bereitstellung von geeigneten Aufführungsorten für die gemeinsamen Konzerte, z.B. Schulaula, Stadttheater etc.
• Pressearbeit
• Erarbeitung eines begleitenden Kulturprogrammes für die Jugendlichen

„Alles wirkliche Leben ist Begegnung”
Martin Buber
FÖRDERVEREIN BEGEGNUNGEN 2005
Internationaler Jugendaustausch
und Jugendförderung Köln e.V.
Anerkannter Träger der freien Jugendhilfe gemäß § 75 SGB
Vorsitzender des Vorstandes: Dr. Karl Adenauer
Büro West
Frankenstraße 54
50858 Köln
Telefon +49(0)221 50 60 492
Telefax +49(0)221 50 60 493
E-Mail info@begegnungen2005.de
www.begegnungen2005.de

Klimageschichte im Eis

In der Antarktis wollen europäische Forscher wichtige Klimadaten aus den letzten 1,5 Millionen Jahren analysieren

Alfred-Wegener-Institut- In einem Projekt der Europäischen Union haben Forscher von 14 Institutionen in zehn europäischen Ländern im Eis der Antarktis drei Jahre lang nach einem Ort gesucht, an dem sie am besten die Klimageschichte der letzten 1,5 Millionen Jahre untersuchen können. Das Ergebnis hat das Konsortium Beyond EPICA – Oldest Ice (BE-OI) unter Leitung von Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven heute auf einer Tagung der „European Geosciences Union“ in Wien vorgestellt.

Ausgewählt haben die Forscher einen der kältesten, trockensten und leblosesten Plätze, die es auf der Erde gibt: „Little Dome C“ liegt drei Stunden Schneemobil-Fahrt (30 Kilometer) von der Antarktis-Station Dome Concordia entfernt, die Frankreich und Italien auf dem Eis des Wilkes-Landes in einer Höhe von 3233 Meter über dem Meeresspiegel betreiben. Niederschläge beobachten die Forscher dort kaum einmal, und im Jahresdurchschnitt liegen die Temperaturen bei minus 54,5 Grad Celsius. Wärmer als minus 25 Grad wird es dort sehr selten und im Winter fallen die Temperaturen manchmal unter minus 80 Grad.

Wo heute die Concordia-Station steht, bohrten Forscher zwischen 1996 und dem Dezember 2004 im Rahmen des europäischen EPICA-Projektes (European Project for Ice Coring in Antarctica) 3270 Meter tief ins das Eis der Antarktis. Mit genauen Analysen der so erhaltenen Bohrkerne konnten Forscher die Klimageschichte der vergangenen 800.000 Jahre zuverlässig rekonstruieren. „In dieser Zeit wechselten sich lange Kaltzeiten mit kürzeren warmen Epochen in einem Rhythmus von ungefähr hunderttausend Jahren ab“, erklärt AWI-Forscher und BE-OI-Projektkoordinator Olaf Eisen. Da in diesem Eis auch winzige Bläschen eingeschlossen sind, die noch Luft aus der Zeit enthalten, in der das Eis sich bildete, können die Klimaforscher darin den Gehalt der wichtigen Treibhausgase Kohlendioxid und Methan messen. Und sie finden klare Zusammenhänge: War das Klima auf der Erde kalt, gab es viel weniger Kohlendioxid und auch weniger Methan in der Luft als in wärmeren Epochen.

Aus den Jahrhunderttausenden vor dieser Zeit haben die Forscher bisher allerdings keine Eisbohrkerne, in deren Luftbläschen sie den damaligen Gehalt der Treibhausgase messen könnten. Gerade in dieser Epoche aber hat sich der Rhythmus stark verändert, in dem sich Kaltzeiten und wärmere Perioden abwechseln: „Vor mehr als 1,2 Millionen Jahren dauerte ein solcher Zyklus nur etwa 40.000 Jahre, ausgelöst durch regelmäßige Änderungen in der Neigung der Erdachse. Danach folgte eine 300.000 Jahre lange Übergangszeit, bevor vor rund 900.000 Jahren dann der Hunderttausend-Jahre-Rhythmus begann“, erklärt Olaf Eisen.

Diese Entwicklung kennen Klimaforscher aus Untersuchungen der Sedimente, die sich in diesen Zeiten am Meeresgrund abgelagert haben. Solche Analysen liefern Hinweise auf die damaligen Temperaturen und auf die Massen der Eispanzer, die in diesen Zeiten über der Antarktis, über Grönland und zeitweise auch über Nordamerika und dem Norden Europas lagen. Daten zu den Treibhausgasen Kohlendioxid und Methan und deren Zusammenhänge mit der Entwicklung des Klimas erhalten die Forscher dagegen nur aus den Luftbläschen, die in dieser Zeit im Eis eingeschlossen wurden.

„Es gibt daher sehr gute Gründe, nach den 800.000 Jahre alten EPICA-Proben bis in mindestens 1,5 Millionen Jahre altes Eis zu bohren“, erklärt Olaf Eisen. Damit könnten die Forscher nicht nur die Klimazusammenhänge der „mittleren Pleistozän-Übergangszeit“ untersuchen, sondern auch den davor liegenden 40.000-Jahre-Rhythmus. Da die im Eis enthaltenen Moleküle im Laufe vieler Jahrtausende ein wenig diffundieren und so die Analysen „verschmieren“, suchen die Forscher Eis mit einer höheren Auflösung, in dem zehntausend Jahre Klimageschichte in einem mindestens einen Meter langen Bohrkern stecken, in dem das Verschmieren eine geringere Rolle spielt.

In den vergangenen drei Jahren suchten die Forscher aus zehn europäischen Ländern, unterstützt von Kollegen aus den USA, Australien, Japan und Russland, in der Antarktis im BE-OI-Projekt daher Eis, das diese Kriterien erfüllt. Bei Flügen über die Antarktis analysierten sie mit Radarstrahlen die unter der Oberfläche liegenden Schichten des Eises, die sie mit bis zu 400 Meter tiefen Probebohrungen auch direkt untersuchten. Aus diesen Ergebnissen schlossen die Forscher auf die Verhältnisse in tieferen und damit älteren Schichten. Dabei kristallisierte sich der „Little Dome C“ als bester Kandidat für mindestens 1,5 Millionen Jahre altes Eis heraus, das in seinen ältesten Bereichen noch eine gute Auflösung hat und das unter dem riesigen Druck der darüber liegenden Massen auch an seiner Basis nicht schmilzt.

Gibt die Europäische Union wie erhofft grünes Licht für die zweite Phase von BE-OI, werden die Forscher koordiniert von Carlo Barbante von der Universität von Venedig auf dem „Little Dome C“ ein Feldcamp aufbauen, in dessen Containern die Mannschaft während der Bohrungen in recht einfachen Verhältnissen leben wird. Voraussichtlich Mitte November 2021 kann dann eine Bohrung beginnen, mit der zehn Zentimeter dicke Eiskerne gewonnen werden. In drei Antarktissommern soll diese Bohrung dann jeweils von Mitte November bis Anfang Februar fortgesetzt werden, bis 2024 eine Tiefe von 2730 Metern erreicht wird, in der das Eis mindestens 1,5 Millionen Jahre alt sein dürfte. Im Jahr 2025 sollten die ersten Daten der Bohrkern-Analysen vorliegen, aus denen das internationale Forscherteam dann die Zusammenhänge zwischen den Treibhausgasen und dem Klima in der „mittleren Pleistozän-Übergangszeit“ und den davor liegenden Epochen untersuchen wollen.

Hintergrundinformationen:
BE-OI ist der europäische Beitrag für die weltweite Suche nach der geeigneten Stelle für eine Eisbohrung. Das Konsortium übernimmt die Vorstudien für die Standortwahl rund um Dome C und Dome Fuji, beides potentiell geeignete Regionen in der Ostantarktis. Weitere Wissenschafts-Konsortien untersuchen im Rahmen von IPICS (International Partnerships in Ice Core Sciences) andere Lokationen. Dieses Projekt wird gefördert von der Europäischen Union im Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm unter der Förderungsnummer 730258.

Mitglieder im BE-OI-Konsortium:

• Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI, Deutschland), Koordination
• Institut Polaire Français Paul Émile Victor (IPEV, France)
• Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA, Italy
• Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, France)
• British Antarctic Survey (NERC-BAS, Great Britain)
• Universiteit Utrecht – Institute for Marine and Atmospheric Research (UU-IMAU, Netherlands)
• Norwegian Polar Institute (NPI, Norway)
• Stockholms Universitet (SU, Sweden)
• Universität Bern (UBERN, Switzerland)
• Università di Bologna (UNIBO, Italy)
• University of Cambridge (UCAM, Great Britain)
• Kobenhavns Universitet (UCPH, Denmark)
• Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgium)
• Lunds Universitet (ULUND, Sweden)

Kinder sollten gegen Rotavirus geimpft werden

2019/03/2019 In Australien ging in der Periode vom Jahr 2000 bis 2015 die Inzidenz von neu diagnostiziertem Typ-1-Diabetes bei Kindern ab dem Jahr 2008 zurück (1,2). Im Mai 2007 war in Australien die orale Impfung gegen Rotavirus bei allen Kindern ab der 6. Lebenswoche eingeführt worden, an der schätzungsweise 84% aller Kinder teilnahmen. In Australien werden so gut wie alle Kinder mit neu diagnostiziertem Typ-1-Diabetes vom National Diabetes Services Scheme erfasst. Für alle 0-14 Jährigen ergab sich zusammen eine mittlere Rate von 12.7 (95% CI, 11.0 -14.8) Fällen pro 100.000 Kindern. Für die Teilnehmer von 0-4 Jahre errechnete sich ein Rückgang der Inzidenz nach Einführung der Rotavirus-Impfung von 14% (p=0.04). Für die älteren Kinder (5-9 und 10-14J) war der Rückgang nicht signifikant

Den Autoren war schon vor längerer Zeit ein Zusammenhang zwischen einer Rotavirus-Infektion, der häufigsten Ursache einer Gastroenteritis in der Pädiatrie, und dem Auftreten von diabetesspezifischen Antikörpern bei genetisch empfänglichen Kindern aufgefallen. Bei Mäusen triggerte das Rotavirus den Tod von ß-Zellen im Pankreas und eine transiente Hyperglykämie. Schließlich fand man auch ein Oberflächen-Antigen des Rotavirus, VP7 genannt, das strukturell den Betazell-Autoantigenen ähnlich war, die bei der Entstehung eines Typ-1-Diabetes beteiligt waren. Somit könnte diese „molekulare Mimikrie“ das Immunsystem so alterieren, dass die Betazell-Attacken gefördert werden (siehe 2). An Mäusen entfaltete auch eine Impfung gegen das Enterovirus Coxsackie-B eine Schutzwirkung vor Typ-1-Diabetes (3). Diese Viren stehen ebenfalls im Verdacht, zu einem Betazellverlust zu führen. Frau Teresa Rodiguez-Calvo vom Diabetes-Institut des Helmholtz-Zentrums in München (Direktorin: Frau Prof. Anette Ziegler) erforscht mit ihren Mitarbeiter*innen schon seit vielen Jahren einen Zusammenhang zwischen Virusinfektionen und endokrinem Pankreas (Übersicht: Lit. 4, siehe auch 5).

Rotavirus-Infektionen dürften aber nur einer von den bei der Entstehung eines Typ-1-Diabetes beteiligten Umweltfaktoren bei genetisch empfänglichen Kindern sein. Die Rotavirus-Impfung schützt jedoch möglicherweise zumindest bei einem Teil der Kinder vor Typ-1-Diabetes. Aus der gefundenen Assoziation kann man freilich keinen kausale Zusammenhang ableiten. Vielleicht sind andere Änderungen in den Umweltbedingungen, die zur gleichen Zeit stattfanden, die Ursache für den epidemiologisch beobachteten Rückgang des Typ-1-Diabetes bei den Kindern. Fraglich ist auch, ob ein gleiches Phänomen auch in anderen Ländern zu finden ist. So hat eine Fall-Kontroll-Studie in Finnland an knapp 500 Kindern dieses nicht gesehen (6). In Australien zumindest nahmen nach der Rotavirus-Impfung seit 2008 die neuen Fälle von Typ-1-Diabetes von 130 auf 110 pro Jahr ab (2).

Wenn man so wie auch der DGE-Blogbeauftragte (H.S) das jahre- und jahrzehntelange Suchen nach Präventionsmöglichkeiten des Typ-1-Diabetes zumindest bei genetisch belasteten Neugeborenen und Kindern verfolgt, so wird man von den Australischen Resultaten beeindruckt sein. Man muss abwarten, ob sich tatsächlich ein kausaler Zusammenhang finden lässt und ob die Resultate auch bei uns reproduzierbar sind. Ob in Deutschland eine 84%ige (!) Rate von Rotavirus-Impfungen erzielbar ist, erscheint dem Referenten gerade bei der heute weit verbreiteten Impfmüdigkeit oder sogar Impfgegnerschaft höchst unwahrscheinlich, wenn auch bei uns die Ständige Impfkommission STIKO seit 2013 die Rotavirus-Impfung für Kleinkinder zum Schutz vor Durchfällen und Magen-Darm-Erkrankungen empfiehlt.

Prof. Helmut Schatz

Diektor a.D. der medizinischen Universitätsklinik Bergmannsheil der Ruhr-Universität Bochum. Seit seiner Emeritierung arbeitet er als niedergelassener Arzt in einer Praxis. Der Schwerpunkt liegt auf der Endokrinologie und der Diabetologie.

Trend zur individualisierten Medizin nimmt Fahrt auf

(Leibniz) Die Personalisierung der Medizin schreitet voran, dies belegte eindrucksvoll das Symposium „Personalisierte Medizin – Diagnostik – Medizintechnik“ des Forschungsverbunds Leibniz Gesundheits­techno­logien am 20. März 2019 in Berlin. Vorgestellt wurden dabei Innovationen von Forschungs­ein­rich­tungen, Kliniken und der Industrie: Angefangen bei künstlicher Intelli­genz zur Unterstützung des Patientengesprächs, über die individuelle Therapie von Tuberkulose bis hin zur lichtbasierten Schnelldiagnostik von Sepsis. Zugleich nahm die Veranstaltung aber auch rechtliche, soziale und ethische Fragestellung der Individualisierung des Gesundheitswesens in den Fokus.

„Die Zeit des Mittelwerts ist vorbei. Das Zeitalter der Präzisionsmedizin hat begonnen. Die Medizin nimmt zunehmend das Individuum in den Blick mit seiner einzigartigen biologischen Ausstattung und psychosozialen Situation“ – so fasste Prof. Ernst Rietschel, ehemaliger Präsident der Leibniz-Gemeinschaft und früherer Vorstandsvorsitzender des Berlin Institute of Health, das eintägige Symposium des Forschungsverbunds Leibniz Gesundheitstech­nologien abschließend zusammen. Vor mehr als 100 Gästen hatten zuvor Wissenschaftler, Ärzte, Industrieentwickler, Ethiker und Juristen den aktuellen Stand der personalisierten Medizin in seiner Vielschichtigkeit beleuchtet.

Die wissenschaftliche Organisation der Veranstaltung und Leitung durch das Programm übernahmen Prof. Jürgen Popp, Sprecher des Forschungs­verbunds „Leibniz Gesundheitstechnologien“ und Direktor des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien, sowie Prof. Wolfram Eberbach, Ethikzentrum der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Rechtsanwalt in der Erfurter Kanzlei Bietmann Rechtsanwälte PartmbH.

Von der KI-basierten Anamnese bis zur personalisierten Therapie

So stellte beispielsweise Dr. Martin Christian Hirsch die App „Ada“ vor, mit der Patienten noch vor dem Arztbesuch eine individuelle Vor-Anamnese mit Hilfe künstlicher Intelligenz durchführen können. Insbesondere in Hinblick auf tausende seltenen Krankheiten könnte dies eine große Hilfe für Mediziner darstellen, erklärte Hirsch: „KI-Systeme von Ada Health ersetzen keine Ärzte. Sie machen allerdings das stets wachsende medizinisches Wissen besser handhabbar und schaffen für Ärzte Freiräume, sich wieder stärker empathisch um den Patienten kümmern zu können“. Solche Systeme können künftig eine wichtige Rolle in Gebieten mit mangelnder ärztlicher Versorgung spielen, weshalb die Firma mit der Fondation Botnar und der Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung kooperiert.

Darüber hinaus spielten auch Ansätze für personalisierte Diagnostik und Therapie-Monitoring in Kliniken bei dem Symposium eine wichtige Rolle. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Jena) stellten lichtbasierte Verfahren zur schnellen Erreger- und Resistenz­bestimmung bei Sepsis vor und zeigten wie multimodale Bildgebung die Tumorrand-Erkennung während der Operation ermöglichen könnte. Leibniz-Forscher des FZ Borstel präsentierten indes Ansätze zur Charakterisierung neuer Biomarker zur individualisierten Diagnostik und Therapie bei Asthma und COPD und zeigten zudem auf, welche Verbesserung eine umfassend individualisierte Tuberkulose-Therapie verspricht.

Doch die Vielzahl neuer Möglichkeiten für personalisierte Diagnostik und Therapien gehen zugleich einher mit rechtlichen und ethischen Herausforderungen. Prof. Christiane Woopen, Vorsitzende des Europäischen Ethikrates, warf in ihrem Vortrag unter anderem die Frage auf: Wie gehen wir mit Algorithmen um, mit denen wir eine individuelle Sterbewahrscheinlichkeit berechnen können? Einerseits lassen sich daraus leicht Alptraumszenarien entwerfen, andererseits kann eine solche Berechnung auch die angemessene Versorgung von Patienten am Lebensende verbessern, zum Beispiel durch rechtzeitige Aufnahme in ein Hospiz. Technologien zu Personalisierung seien demnach weder gut noch schlecht, die Gesellschaft müsse sich jedoch rechtzeitig über gewünschte und nicht gewünschte Folgen für das Zusammen­leben austauschen.

„Think and act Leibniz“ – Zusammenarbeit über Disziplingrenzen hinweg

Für Prof. Mathias Kleiner, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft, ist die im Symposium präsentierte disziplinübergreifende Zusammenarbeit der Schlüssel, um eine individualisierte Medizin bis zum Patienten zu bringen: „Interdisziplinarität beschleunigt die Translation von Wissen in neue Medizinprodukte und stellt zugleich sicher, dass ökonomische, ethische und soziale Fragestellungen nicht aus dem Blick geraten. Die interdisziplinäre Kooperation im Leibniz-Forschungsverbund liefert damit einen wichtigen Beitrag, um personalisierte Diagnosen und Behandlungen in Kliniken und Arztpraxen zu etablieren.“

Künstliche Intelligenz bestimmt Industrie der Zukunft

(KIT) Kunden wollen individuelle Lösungen, Produktlebenszyklen werden immer kürzer und neue Geschäftsmodelle entstehen: Die industrielle Fertigung muss mit dynamischen Veränderungen Schritt halten. Eine interdisziplinäre Gruppe mit Forscherinnen und Forschern aus Maschinenbau, Elektrotechnik, Informationstechnik und Informatik entwickelt am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) am Anwendungsfall des Remanufacturing ein agiles Produktionssystem, das sich autonom und dynamisch an wechselnde Produktspezifikationen anpasst. Die Carl Zeiss Stiftung fördert das Projekt AgiProbot mit drei Millionen Euro.

„Die industrielle Fertigung muss zunehmend maßgeschneiderte Produkte liefern und gleichzeitig hocheffizient sein“, erklärt Professorin Gisela Lanza, Sprecherin des Projekts AgiProbot (kurz für Agiles Produktionssystem mittels mobiler, lernender Roboter mit Multisensorik bei ungewissen Produktspezifikationen). Bisherige Lösungen zur Optimierung der klassischen Linienproduktion stoßen heute an ihre Grenzen. Denn alle Strategien setzen voraus, dass die unterschiedlichen Produktionsszenarien bereits im Vorfeld bekannt sind. „Das reicht nicht aus, um der zunehmenden Volatilität gerecht zu werden“, sagt Lanza. „Wir werden in Zukunft nicht alles vordenken können.“

Die Forschungsgruppe setzt deswegen auf ein agiles Produktionssystem, das alle relevanten Teilsysteme integriert, selbstständig lernt sowie dynamisch auf vorher nicht bekannte Anforderungen reagiert und die individuell bestmögliche Lösung ermittelt. Multimodale Sensoren erfassen simultan sich ergänzende Umweltinformationen –etwa Bewegung und Berührung. Sie sind  unter anderem in der Anlagentechnik, in Industrierobotern und in Fahrzeugen implementiert und sammeln die jeweils produktionsrelevanten Daten. Auf dieser Datenbasis versorgen zum einen fahrerlose Transportsysteme die modular aufgebauten Fertigungsstationen mit den notwendigen Warenströmen. Zum anderen nutzen kollaborierende, mobile und autonome Roboter die Daten, um ihre Handlungsstrategien anzupassen.

Über spezielle Algorithmen lernt das Produktionssystem mittels Künstlicher Intelligenz (KI) und bereits vorhandenem technischem Vorwissen. Die Algorithmen unterstützen aber auch das Lernen aus den Bewegungen und Blicken der Menschen, mit denen die Industrieroboter kollaborieren.

Ziel des Projektes ist es, eine Demonstrator-Fabrik für das Remanufacturing von Elektromotoren aus der Automobilindustrie zu entwickeln. Sie sollen in einem agilen und automatisierten Prozess demontiert und für die Wiederverwendung aufbereitet werden. „Das Remanufacturing ist ein Bereich von hoher wirtschaftlicher Relevanz, der deutlich macht wie wichtig ganzheitliche, domänenübergreifende und intelligente Produktionssysteme in Zukunft werden“, betont Projektkoordinator Dr. Benjamin Häfner. Bislang werden dort die einzelnen Prozessschritte wie die Demontage, Reinigung, Prüfung oder Aufarbeitung in aller Regel manuell und nicht vernetzt durchgeführt, weil der qualitative Zustand der einzelnen Bauteile zu unterschiedlich ist und die hieraus entstehenden Warenströme bislang zu komplex sind für eine klassische Automatisierung.

Das Projekt AgiProbot – Agiles Produktionssystem mittels mobiler, lernender Roboter mit Multisensorik bei ungewissen Produktspezifikationen – wird von der Carl Zeiss Stiftung bis Februar 2024 mit drei Millionen Euro gefördert. Unter Federführung des Instituts für Produktionstechnik (wbk) beteiligen sich am KIT die Institute für Industrielle Informationstechnik (IIIT), für Anthropomatik und Robotik (IAR), für Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL) und für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation (ifab) an dem Projekt.