Wie funktioniert horizontaler Gentransfer von einem Räuber auf seine tote Beute?

18. Mai 2022 von Laborjournal

Ein gerne bemühter Allgemeinplatz in der Wissenschaft lautet: Jedes Ergebnis öffnet die Tür zu neuen Fragen. Manchmal erscheint den Forschern jedoch die eine oder andere Frage, die ihre neusten Ergebnisse ihnen förmlich aufdrängen, zunächst als ziemlich bizarr.

Derart überrumpelt hat sich womöglich kürzlich ein internationales Biologenteam gefühlt – zumindest im ersten Moment. Den Beteiligten – unter ihnen Sven Künzel vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön sowie Miguel Vences aus dem Zoologischen Institut der Technischen Universität Braunschweig – ging es zunächst einmal nur darum, die Verbreitung eines sehr häufigen Säuger-Retrotransposons namens Bovine-B (Bov-B) in Fröschen zu prüfen. Und tatsächlich fanden sie die Bov-B-Sequenzen zuhauf im Erbgut nahezu all derjeniger Frösche, die sie auf Madagaskar eingesammelt hatten. Diese Bov-B-Sequenzen waren zuerst in Rindern aufgepürt worden, wo deren vervielfältigte Kopien teilweise mehr als 18 Prozent der gesamten Genomsequenz ausmachen. In manchen Exemplaren der Madagaskar-Frösche nahmen sie immerhin 0,5 Prozent des Genoms in Anspruch.

 

Eine Milbe als Vektor für horizontalen Gentransfer zwischen Schlangen-Räuber und Frosch-Beute? (Abb. 2(a) aus Mol. Biol. Evol. 39(4): msac052)

 

1998 hatten zwei slowenische Forscher den überraschenden Befund publiziert, dass die Vorfahren der Rinder sich die Bov-B-Retrotransposonen vor Jahrmillionen via horizontalem Gentransfer aus Schlangen eingefangen hatten (Kordis D & Gubensek F, PNAS 95(18): 10704-09). Damit waren Schlangen natürlich auch als Bov-B-Lieferanten für die Madagaskar-Frösche unter Verdacht. Und nach vergleichender Analyse etlicher Reptilien- und Amphibienarten stand schließlich fest: Die Bov-B-Sequenzen der madegassischen Frösche sind am engsten mit denen von madegassischen Schlangen verwandt (Mol. Biol. Evol. 39(4): msac052). Und mehr noch: Die Frosch-Ahnen erwarben die Bov-B-Elemente tatsächlich durch horizontalem Gentransfer aus den Vorfahren der Schlangen – und zwar in mehreren Sprüngen während des Zeitraums von vor 85 bis vor 1,3 Millionen Jahren. Diesen Beitrag weiterlesen »

Endlich Frühling! …

4. Mai 2022 von Laborjournal

… Zeit, den Pandemie-Winter abzuschütteln, das Fenster aufzureißen und das Frühjahr tief in die Lungenflügel zu saugen. Oh, wer liebt nicht diesen Frühlingsduft von Schnee­glöck­chen, Narzissen und Krokussen, der an vergangene Picknicks erinnert und auf laue Sommerabende hoffen lässt. Macht es Ihnen nicht auch direkt gute Laune, wenn dieses ganz bestimmte Aroma frisch gemähten Rasens in der Luft liegt?

Doch im Gegensatz zu Ihrer Hochstimmung ist dieser Duft eigentlich ein Zeichen der derzeitigen Übellaunigkeit Ihrer Grünfläche. Entkommen kann sie der mähwütigen Kleingärtnerschar schließlich nicht. Ohnmächtig bleibt ihr nur eines: ein chemisches SOS abzusetzen. Was dem Rasenmähermann und der Rasenmäherfrau dann in die Nasenhöhlen strömt, ist ein wahrer Cocktail an Alkoholen und Aldehyden. Einem Großalarm gleich metabolisieren verletzte Grünpflanzen nämlich α-Linolensäure mithilfe von Lipoxygenasen und Hydroperoxidlyasen zu flüchtigem cis-3-Hexenol – aka „frisch gemähtem Gras“ – und reduzieren, isomerisieren und verestern es alsdann zu einer Vielfalt grüner Blattduftstoffe.

Natürlich macht Ihre Rasenfläche das nicht Ihres Schreberglücks wegen, sondern aus Überlebensgründen. Der chemische SOS-Ruf warnt nicht nur Pflanzenkumpane in der Nachbarschaft und wirkt toxisch auf Pilze und Bakterien, sondern wehrt fressgierige Herbivoren ab. Denn Hexenol-Derivate locken parasitierende Schlupfwespen an, die ihre Eier unter anderem in gefräßige Insekten-Larven legen. Während das für die Pflanzenschädlinge den Tod bedeutet, hilft es gegen Ihre eiserne Rasenmähermaschinerie natürlich nicht. Beim nächsten Grünflächen-Stutzen denken Sie daran, dass das Duftbouquet keine persönliche Einladung an Sie zum Verweilen ist, sondern Ihre Wiese Sie gerade als Fressfeind ächtet.  Diesen Beitrag weiterlesen »

Ameisen waren schon zu Dinozeiten eusozial

2. März 2022 von Laborjournal

Zum Glück tropfte vor Urzeiten viel Harz von den Bäumen. Des öfteren fror es dabei mit einem knappen „Blob“ kleine Erdbewohner mitten in ihren Alltagsverrichtungen ein, wurde anschließend zu festem Bernstein und konservierte den Urwelt-Schnappschuss auf diese Weise bis zum heutigen Tage.

Ein ebensolches Glück ist es, dass mittlerweile tolle Methoden zur Verfügung stehen, mit denen man solche Fossilien direkt im Bernstein hochauflösend untersuchen kann. Genau dies tat jetzt ein internationales Team unter Federführung von Zoologen und Evolutionsbiologen der Universität Jena: Mittels Mikro-Computertomographie durchscannte es einen Bernstein-Blob aus der Kreidezeit – und darin mit besonders hoher Auflösung vier wunderbar erhaltene Ameisen (Zool. J. Linn. Soc., doi: 10.1093/zoolinnean/zlab097).

 

Abbildung 1 aus dem im Text erwähnten Original-Paper

 

Nicht nur die äußere Morphologie, auch den Aufbau des Gehirns, die Struktur des Nervensystems und den Verlauf der Muskelstränge konnten Erstautor Brendon Boudinot et al. auf diese Weise bis ins Detail vergleichend untersuchen – sodass sie am Ende unter anderem verkünden konnten: Zwei der erwachsenen Tiere gehören zu einer bislang unbekannten Art der ausgestorbenen Ameisen-Gattung Gerontoformica. Sie firmiert nun unter dem vollen Namen Gerontoformica sternorhabda sp. nov.

Den Clou lieferten jedoch die beiden anderen Tiere. Diese gehören zwar der bereits bekannten Spezies Gerontoformica gracilis an, bei einem davon handelte es sich jedoch um die erste nicht vollständig entwickelte Ameisenpuppe, die jemals in kreidezeitlichem Bernstein gefunden wurde. Da Ameisenpuppen sich jedoch nicht fortbewegen können, erwischte der Harz-Blob das erwachsene, flügellose Weibchen damals offenbar genau in dem Moment, als es die Puppe trug. Was die Autoren als klares Indiz dafür ansehen, dass flügellose Weibchen schon in der Kreidezeit kooperativ waren – und es sich bei ihnen demnach um echte „Arbeiterinnen“ handelte.

Boudinot fasst das folgendermaßen zusammen:

Dieser sogenannte Bruttransport ist ein einzigartiges Merkmal des arbeitsteiligen Zusammenlebens von Ameisen. Das Fossil liefert somit den ersten materiellen Beweis für kooperatives Verhalten aus der Kreidezeit.

Der Bernstein-Schnappschuss aus der Kreidezeit legt daher nahe, dass Ameisen bereits damals in einem arbeitsteiligen eusozialen System lebten – mit den drei Kasten, wie wir sie von deren heutigen Nachfahren kennen: Geflügelte Weibchen legen als Königinnen die Eier, die Männchen befruchten sie, und die flügellosen Arbeiterinnen kümmern sich um Nachwuchs, Nahrung und Nestbau.

Das eusoziale Kastenwesen der Ameisen hätte sich demnach schon vor über 100 Millionen Jahren entwickelt. Zu einer Zeit also, als die Dinosaurier noch lange auf Erden wandeln sollten.

Ralf Neumann

 

Neidisch auf Kaninchen-Knorpel

26. Januar 2022 von Laborjournal

 

Tag für Tag flattern jede Menge Meldungen in unsere Redaktion herein. Darunter sind natürlich solche und solche. Und hin und wieder auch welche, die den einen oder die andere von uns persönlich betreffen. In so einem Fall wird es dann meistens irgendwie … komisch.

Nehmen wir unseren Chefredakteur. Der ist schon lange nicht mehr der jüngste, spielt dennoch weiter Fußball – und bekommt jetzt zunehmend die Quittung dafür. Stichwort Knorpel: Zweimal am Meniskus operiert, auch in anderen Gelenken knackt’s bedenklich – und im Großzeh-Grundgelenk schmerzt die Arthrose jedes Jahr ein wenig mehr. Klar, dass er an dieser einen Meldung hängenbleiben musste. Schließlich pries sie ein Paper mit dem Titel „Exercise-induced piezoelectric stimulation for cartilage regeneration in rabbits“ an.

Knorpel-Regeneration? Nicht nur von seinen Ärzten hatte er mitgeteilt bekommen, dass da praktisch nichts mehr geht. Dass man die Symptome zwar lindern und den Knorpel-Abbau mit Hyaluronsäure-Spritzen womöglich etwas bremsen kann – das ja! Aber rückgängig machen oder gar Knorpel wieder neu aufbauen? Träum’ weiter!

Vor einigen Jahren ging einer seiner Kick-Kollegen diesbezüglich ans Äußerste. Ließ sich Knorpel irgendwo anders entnehmen, in der Schale weiter heranzüchten – und das passend modellierte Stück Neu-Knorpel in die Knie-Schadstelle hinein transplantieren. Danach konnte er vier Jahre lang nicht mal mehr joggen.

Unser Chefredakteur begann also, die Meldung zu lesen …

Ein Team von 19 US-Forschern hatte einigen Kaninchen erstmal die Knie-Knorpel zerstört. Anschließend pflanzten sie ihnen ein Gerüst aus biologisch abbaubaren Milchsäure-Nanofasern ins kaputte Gelenk, wie sie auch zum Verschließen von Operationswunden eingesetzt werden. Die Idee dahinter: Da das Gerüst dank seiner piezoelektrischen Eigenschaften bei mechanischer Belastung eine Spannung erzeugt, könnte sich das positiv auf die Knorpel-Regeneration auswirken. Schließlich, so betonten die Autoren, hätten andere Studien bereits gezeigt, dass sich Knorpelgewebe zumindest in der Kulturschale mit elektrischer Stimulation zu Wachstum anregen lässt.

Okay, kapiert. Und was kam raus? …

Erstmal gaben die Forscher den malträtierten Kaninchen einen Monat zur Erholung von dem Eingriff. Dann durften sie zum täglichen Trainingsprogramm aufs Laufband. Und siehe da: Nach nur vier bis acht Wochen Laufband-Hoppeln hatten die Kaninchen-Knie die zerstörten Knorpel komplett regeneriert. Bei Kontroll-Kaninchen, die kein piezoelektrisches Implantat erhielten oder kein Laufband-Training absolvierten, heilten die Knorpelschäden gar nicht oder deutlich schlechter.

„Wow!“, dachte unser Chefredakteur nicht ganz objektiv. Und spürte kurz in seine eigenen kaputten Gelenke hinein. Ihm war klar, dass er Meldungen dieser Kategorie normalerweise ganz schnell wieder wegklickt. Eben, normalerweise!

Was machte er also stattdessen damit? … Klar, er schrieb diesen Blog-Beitrag 😉!

Und zuvor dachte er noch kurz amüsiert: „Manchmal könnte man sich glatt wünschen, Kaninchen zu sein … Obwohl, … die spielen zu schlecht Fußball!“

Ralf Neumann

(Foto: YouTube / konijnentrainen)

 

Anschwellender Forschungsmüll

19. Januar 2022 von Laborjournal

Wie identifiziert man die best available science insbesondere in Zeiten, in denen der schon vorher beein­druckende wissen­schaftliche Müllberg durch „Covidi­za­tion“ noch weiter anschwillt? In denen durch die Inflation von hastig produzierten, teilweise per Presse­konferenz kommunizierten Ergebnissen eine Trennung von Signal und Rauschen immer schwerer wird – und Evidenz­synthese schon deswegen zum Scheitern verurteilt ist. Denn wo man Müll oben reinsteckt, kommt unten auch wieder Müll raus.

So schrieb unser Wissenschaftsnarr unter dem Titel „Wissenschaft berät Politik oder Survival of the Ideas that fit“ in unserem Heft 11/2020.

 

 

Veröffentlicht die Wissenschaft tatsächlich so viel Müll? Und dies auch schon vor und ganz ohne Corona?

Schaut man sich das Abstract des Papers „Slowed canonical progress in large fields of science“ der beiden US-Forscher Johan Chu und James Evans an, muss man das wohl unterschreiben (PNAS 118 (41): e2021636118). Darin heißt es:  Diesen Beitrag weiterlesen »

Grüner Tee wirkt anders

10. November 2021 von Laborjournal

Immer wieder schön, wenn neue Ergebnisse vermeintlich lange etablierte Erkenntnisse mit einem Mal vom Kopf auf die Füße stellen.

Neues Beispiel: Die Mechanismen hinter den gesundheitsfördernden Wirkungen von Grünem Tee. Diese gelten in der Fachwelt als gesichert, seitdem mehrere klinische und epidemiologische Studien durchweg positive Effekte des Getränks bei erhöhtem Blutdruck oder Blutzucker sowie bei krankhafter Fettleibigkeit verzeichneten. Und auch die entscheidenden Inhaltsstoffe haben Ernährungsforscher schon lange im Visier: Die beiden Polyphenole Epigallocatechin-Gallat (EGCG) und Epicatechin-Gallat (ECG). Im Grünen Tee schwimmen zwar noch weitere solcher Katechine, aber diese beiden sind die häufigsten.

Besonders interessant wurden die beiden Katechine unter anderem, als man durch Zugabe von EGCG-reichen Grüntee-Extrakten ins Futter die gesunde Lebenspanne von Drosophila und auch Mäusen signifikant verlängern konnte. Bei Caenorhabditis erreichte man schließlich das Gleiche durch Beimischen von reinem EGCG in einer Konzentration von rund 200 μM.

Auch hier herrschte bald weitgehend Einigkeit über den Mechanismus, mit dem die Katechine den Alterungsprozess verzögern: Als starke Antioxidantien schützen sie die Zellen vor oxidativen Schäden, indem sie die hochreaktiven Sauerstoffradikale abfangen, die unter anderem beim Energiestoffwechsel in den Mitochondrien frei werden.

Kurz gesagt: Die Katechine aus dem Grünen Tee drosseln den oxidativen Stress in den Zellen. Dachte man. Denn eine Gruppe um Michael Ristow vom Departement Gesundheitswissenschaften der ETH Zürich und dem Institut für Ernährungsforschung der Uni Jena hat jetzt das genaue Gegenteil festgestellt: Die Katechine aus dem Grünen Tee fördern vielmehr den oxidativen Stress – wenigstens zeitweise. Diesen Beitrag weiterlesen »

Der ewige Ursprung des Lebens

12. Oktober 2021 von Laborjournal

Ende September brachte die Hiroshima University eine Pressemeldung mit dem Titel „Answering a century-old question on the origins of life“ heraus. Der Untertitel lautete: „A team of Japanese scientists found the missing link between chemistry and biology in the origins of life“. Ohne weiter auf den Inhalt oder das zugehörige Original-Paper in Nature Communications eingehen zu wollen: Was stört an dem Untertitel?

Schon der Untertitel suggeriert, dass die chemischen Reaktionen, die die Japaner beobachtet haben, sich vor Urzeiten tatsächlich als Vorstufe zur Entstehung des Lebens abgespielt hätten. Das jedoch kann die Origin-of-Life-Forschung in letzter Konsequenz gar nicht feststellen – und zwar schon rein prinzipiell.

Um dieses Dilemma, in dem die Forschung zum Ursprung des Lebens steckt, im Detail klarzumachen, bemühten wir bereits vor zwei Jahren in unserer Kolumne „Schöne Biologie“ die folgenden Beispiele: Diesen Beitrag weiterlesen »

Werden Corona-Artikel schlampiger begutachtet?

8. September 2021 von Laborjournal

 

Vor einem Jahr schrieben wir in unserem Heft 10/2020 auf Seite 10:

Die Qualität wissenschaftlicher Veröffentlichungen sinkt zu Zeiten der SARS-CoV­2-Pandemie. Das legt eine Metastudie aller COVID19-Publikationen des ersten Halbjahres 2020 nahe (Scientometrics 126831-42). Von 23.594 in Web of Science oder Scopus gelisteten Publikationen mussten 1,3 Prozent korrigiert oder binnen kurzer Zeit zurückgezogen werden, trotz vorherigem Peer Review. Vor 2020 traf dieses Schicksal im Durchschnitt nur vier von zehntausend Publikationen, also 0,04 Prozent. Infiziert SARS-CoV-2 zu allem Überfluss auch noch unsere wissenschaftliche Integrität?

In Heft 6/2021 legten wir dann auf Seite 8 unter „Inkubiert“ folgendermaßen nach:

Leider steht es mit [der Qualität] der Corona-Forschung bekanntlich nicht zum Allerbesten – auch wegen der enormen Dringlichkeit, Ergebnisse zu liefern. So sagen Experten, dass von der enormen Flut an Corona-Preprints rund siebzig Prozent deutliche Mängel aufweisen. Folgerichtig hielt schon vor einiger Zeit eine Metastudie fest, dass von tausend weltweit duchgeführten Studien zur Infection Fatality Rate von COVID-19 nur eine „sehr geringe Zahl“ den normalen methodischen Standards entsprach. Und selbst nach Peer Review und „ordentlicher“ Publikation in einem „richtigen“ Journal bleibt es oft zumindest schwammig. Nicht umsonst wurden innerhalb des letzten Jahres bereits über hundert Originalartikel rund um Corona wieder zurückgezogen.

Der Peer Review war also unter Verdacht. Diesen Beitrag weiterlesen »

Evidenz — und dann lange nichts mehr?

21. Juli 2021 von Laborjournal

Ein großer Kritikpunkt im Rahmen der Bewältigung der Corona-Krise lautet, dass die Entscheidungen der Politik zu wenig evidenzbasiert zustandekommen. Dies wiederum – so die Kritiker weiter – liege jedoch mit daran, dass die medizinischen (und auch andere) Wissenschaften zu wenige Daten systematisch nach den Maßgaben der evidenzbasierten Medizin erheben. Mit der Folge, dass sich die Politikberatung nur selten auf echte und robuste Evidenz aus den (medizinischen) Wissenschaften stützen kann.

In seiner Kolumne „Von Botswana lernen, heißt im Kampf gegen Corona siegen lernen!“ schrieb etwa unser „Wissenschaftsnarr“ Ulrich Dirnagl dazu:

Wir haben eine Flut von Studien, die die Wirksamkeit von Corona-Maßnahmen mittels statistischer Modellierung untersuchen – und nicht ganz überraschend zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen. […] Dazu gibt es eine Flut von Beobachtungsstudien, welche die Effekte von Corona-Maßnahmen zum Gegenstand haben. Aber solche Beobachtungsstudien liefern nur schwache Evidenz und erlauben keine kausalen Schlussfolgerungen. Was wir deshalb bräuchten, sind randomisierte und kontrollierte Studien (RCT), in denen spezifische Corona-Maßnahmen als Intervention getestet werden. RCTs sind schließlich der Goldstandard zur Überprüfung therapeutischer Interventionen in der Medizin.

Aber ist das wirklich der Weisheit letzter Schluss? Brauchen wir zu den diversen offenen Fragen der Corona-Pandemie tatsächlich nur systematisch Studien nach dem Goldstandard der evidenzbasierten Medizin durchführen – und alles wird gut?

Ganz sicher nicht, meint Trisha Greenhalgh, Professorin für Primary Care Health Science an der Universität Oxford, in einem aktuellen Editorial für PLoS Medicine. Mehr noch: Gleich in der Überschrift dreht sie den Spieß komplett um und stellt stattdessen die Gegenfrage: „Wird COVID-19 zur Nemesis der evidenzbasierten Medizin?“    Diesen Beitrag weiterlesen »

Gut beobachtet ist gut geforscht!

7. Januar 2021 von Laborjournal

Neulich auf Twitter empörte sich mal wieder jemand darüber, wie gering im aktuellen Forschungstreiben die pure Beschreibung neuer Beobachtungen geschätzt werde. Ganz im Gegensatz zur Entschlüsselung funktioneller Mechanismen. Das ist es, was die Gutachter bei Journalen und Förderorganisationen sehen wollen – das ist es, was die Kollegen am meisten schätzen.

Besagter Twitterer war indes anderer Meinung. „In vielen Fällen ist die Frage nach dem Mechanismus einfach nur lächerlich“, ereiferte er sich am Ende. „Wenn jemand eine wirklich neue Beobachtung macht, muss der Mechanismus doch per definitionem unbekannt sein. Daher ist es doch ein Unding, die Leute zu nötigen, jahrelang mit der Mitteilung aufregender Beobachtungen zu warten, bis man irgendwann eventuell den Mechanismus dahinter entschlüsselt hat.“

Sofort sprang ihm Twitterer Nr. 2 zur Seite: „Mal ehrlich, allzu oft kommt die Frage nach dem Mechanismus doch von faulen Reviewern, die einen einfach noch mehr Arbeit machen lassen wollen.“

Twitterer Nr. 3 jedoch wollte beides nicht so stehen lassen – und entgegnete ihnen: „Ich bin ein Mechanismus-Fan! Wissenschaft ist doch gerade das Entschlüsseln von Mechanismen. Klar, auch Beobachtungen zu beschreiben ist sicherlich ein Teil davon. Doch erst in den Mechanismen offenbart sich endgültig die Schönheit der Natur.“

Na ja, auch mit etwas weniger Pathos bleibt „Schönheit“ bekanntlich vor allem Empfindungssache. So würden sicherlich nicht wenige der reinen Form der DNA-Doppelhelix unter ästhetischen Gesichtspunkten mehr „Schönheit“ zugestehen als jedem noch so ausgefuchsten biochemischen Mechanismus. Und eventuell unter intellektuellen Gesichtspunkten sogar ebenfalls.

Aber klar, die abschließende Antwort auf die allermeisten Forschungsfragen bietet letztlich der Mechanismus, der das untersuchte Phänomen steuert. Nur hätte man ohne vorherige – und vor allem auch vorurteilsfreie – Beobachtungen die große Mehrheit dieser Fragen gar nicht erst stellen können. Siehe etwa die Erstbeschreibung von Mikroorganismen durch van Leeuwenhoeks sowie Hookes Mikroskopie. Oder Mendels Erbsenzählerei. Oder Prusiners Prionen. Oder die reine Entschlüsselung von Genomsequenzen…

Und heißt es nicht sowieso, dass in der Wissenschaft das Stellen der richtigen Fragen wichtiger sei als das Finden von Antworten?

Wie auch immer, die Beschreibung von Beobachtungen und die Entschlüsselung von Mechanismen sind zwei Seiten derselben Medaille – untrennbar miteinander verbunden wie Yin und Yang.

Folglich sollte ein jeder Gutachter sich schämen, der eine Ablehnung ausschließlich mit dem Totschlag-Argument begründet, es handele sich ja nur um eine rein deskriptive Studie. Entweder war er dann wirklich faul, oder er hat Wissenschaft nur halb verstanden.

Ralf Neumann