Kategorie-Archiv: Goethe-Universität Frankfurt

Frederick W. Alt und David G. Schatz werden mit dem Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis 2023 ausgezeichnet

© Goetheuniversität Frankfurt a. Main
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Preisträger haben Wissen über die Entwicklung des Immunsystems auf neue Stufe gehoben

Die Immunologen Frederick W. Alt (73) von der Harvard Medical School und David G. Schatz (64) von der Yale Medical School erhalten den Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis 2023. Das gab der Stiftungsrat der Paul Ehrlich-Stiftung heute bekannt. Die beiden Forscher werden für die Entdeckung von Molekülen und Mechanismen ausgezeichnet, die unser Immunsystem zu der erstaunlichen Leistung befähigen, Milliarden verschiedener Antigene schon beim ersten Kontakt zu erkennen.

FRANKFURT. Über die Fähigkeit, Antigene abzufangen, verfügen sowohl die von B-Zellen gebildeten Antikörper als auch Strukturen auf der Oberfläche von T-Zellen. Zusammenfassend werden sie als Antigenrezeptoren bezeichnet. Ihre ungeheure Vielfalt ist in erster Linie einer lotterieähnlichen Kombination verschiedener Genbruchstücke zu funktionsfähigen Genen zu verdanken. Das wurde am Beispiel von Antikörpern vor fast 50 Jahren erstmals gezeigt. Die Details dieser somatischen Rekombination blieben aber weitgehend im Dunkeln, bevor Alt und Schatz zunehmend Licht in die Sache brachten. „Das Bild, das wir heute von der Diversifikation von Antigenrezeptoren im Immunsystem von Wirbeltieren haben, ist vor allem den beiden Preisträgern zu verdanken“, erklärt der Vorsitzende des Stiftungsrates, Prof. Dr. Thomas Boehm. „Sie haben unser Wissen über die Entwicklung des Immunsystems auf eine neue Stufe gehoben.“

Antigenrezeptoren sind Proteine, die aus konstanten und variablen Anteilen bestehen. In jedem Antikörper zum Beispiel sind zwei schwere und zwei leichte Ketten zu einem Ypsilon zusammengefügt. Von den variablen Anteilen in den Armen des Ypsilons hängt es ab, welches Antigen der Antikörper erkennen kann. In jeder B-Zelle in unserem Knochenmark reift ein anderer Antikörper heran. Insgesamt kann unser Körper rund zehn Milliarden verschiedene Antikörper bauen, obwohl er nur über rund 20.000 Proteinbaupläne in Form von Genen verfügt. Das gelingt ihm durch Anwendung eines außerordentlich wagemutigen Verfahrens, das das Zerschneiden und Zusammensetzen der Erbinformation DNA auf bestimmten Chromosomen heranreifender Lymphozyten zur Norm macht.

Diese Schnitte vollzieht der von David Schatz und Kollegen entdeckte Enzymkomplex RAG1/2 an vorbestimmten Stellen. Für die Bildung der variablen Anteile schwerer Antikörperketten liegen diese Stellen auf Chromosom 14. Dort flankieren sie relativ weit auseinanderliegende Abschnitte in drei verschiedenen Bereichen, die V (für variable), D (für diversity) und J (für joining) genannt werden. Aus jedem dieser Bereiche schneidet RAG1/2 für jeden Antikörper einen zufälligen Abschnitt heraus. DNA-Reparaturenzyme fügen daraus ein VDJ-Gen für die variable Region einer schweren Kette zusammen. Frederick Alt entdeckte die Reparaturenzyme, deren Zusammenwirken zur Verknüpfung der ausgeschnittenen Abschnitte führt. Im nächsten Schritt der B-Zell-Reifung werden auf vergleichbare Art die leichten Ketten gebildet, allerdings kommt es in diesem Fall nur zu einer VJ-Rekombination.

Die RAG-Enzyme wandern jedoch nicht ziellos durch den Zellkern unreifer Lymphozyten. Im Gegenteil, sie führen die Chromatinfäden, in denen die DNA platzsparend aufgewickelt ist, vorübergehend immer wieder zu V(D)J-Rekombinationszentren zusammen. Dort nehmen sie ein Chromatin-Scanning vor. Dabei zieht eine Chromatinschlaufe, die mehr als eine Million DNA-Buchstaben lang sein kann, durch das Rekombinationszentrum, so dass weit auseinanderliegende Textabschnitte sicher miteinander verknüpft werden können. Der von Frederick Alt beschriebene loop extrusion-Mechanismus der V(D)J-Rekombination erklärt in eleganter Weise, wie diese Schlaufen entstehen und durch das Rekombinationszentrum hindurchgezogen werden.

Frederick Alt hat weitere entscheidende Beiträge zum Verständnis der Antigenrezeptordiversität geleistet. So gelang es ihm zu zeigen, dass die kombinatorische Vielfalt durch das enzymatische Einfügen sehr kurzer zufälliger DNA-Sequenzen, N-Nukleotide genannt, an den Schnittstellen der zu verknüpfenden Gensegmente um ein Vielfaches gesteigert wird. In B-Zellen wird die Antikörper-Vielfalt durch das Phänomen der somatischen Hypermutation weiter potenziert. Dabei wird die normale Rate von Mutationen, die nur einen DNA-Buchstaben betreffen, in den Regionen der V-Segmente durch ein Enzym millionenfach erhöht. Alt, Schatz und andere zeigten auf, wie Enzym seine Arbeit zielgenau verrichtet. Damit schufen sie einen Rahmen zur Lösung der Frage, wie sich B-Zellen die enorme Mutationsfähigkeit von AID für die Antikörperreifung zunutze machen können, ohne Gefahr zu laufen, dabei tumorauslösende Mutationen zu erleiden.

Ohne den Rekombinations-aktivierenden Enzymkomplex RAG1/2 ist die Diversifikation von Antigenrezeptoren unmöglich, die Reifung der Lymphozyten gestört und ein schwerer Immundefekt die Folge. Umso bemerkenswerter ist es, dass RAG 1/2 ursprünglich offenbar ein springendes Gen war – ein Transposon. Das sind eigennützige DNA-Parasiten, die sich irgendwann in unser Genom eingeschlichen haben und dort von einer Stelle zu einer anderen gelangen können. Aufgrund ihrer unkontrollierten Verteilung können sie in die Entstehung von Krankheiten involviert sein. RAG1/2 stammt nach den Erkenntnissen von David Schatz von einem Transposon ab, das alle kiefertragenden Wirbeltiere, zu denen wir Menschen gehören, sehr früh in der Evolution zu ihren eigenen Zwecken gezähmt haben. Damit es nicht weiterspringen kann, mussten sie es fixieren. Welche biochemischen Mechanismen sie dafür anwandten, hat Schatz gezeigt. Außerdem konnte er in strukturbiologischen Studien den Akt der Transposition über mehrere Stufen nachvollziehen. Damit eröffnet er der Wissenschaft einen faszinierenden Blick zurück auf einen revolutionären Vorgang am Beginn der Wirbeltier-Evolution: Die Ausbildung des adaptiven Immunsystems zusätzlich zu der schon bestehenden angeborenen Immunität. An diesen Blick der Grundlagenforschung anknüpfend, wird die translationale Forschung neue therapeutische Perspektiven für Krankheiten erschließen können, bei denen unser Immunsystem eine entscheidende Rolle spielt.

Frederick W. Alt ist Charles A. Janeway Professor of Pediatrics und Director of the Program in Cellular and Molecular Medicine am Boston Children’s Hospital, Howard Hughes Medical Institute Investigator und Professor of Genetics an der Harvard Medical School.
https://www.childrenshospital.org/research/labs/alt-laboratory-research

David G. Schatz ist Professor of Molecular Biophysics and Biochemistry an der Yale University and Chairperson of the Department of Immunobiology an der Yale School of Medicine. https://medicine.yale.edu/profile/david_schatz/

Hoffnung für immunschwache COVID-Patientinnen und -Patienten – Kombinationstherapie mit Interferon in Zellkultur hoch wirksam

Kann die Bildung neuer Varianten des Corona-Virus bald eingedämmt werden? Ein Team von Goethe-Universität Frankfurt und University of Kent hat Kombinationen verschiedener antiviraler Medikamente mit Interferon gefunden, die das SARS-CoV-2-Virus in Zellkulturen hoch effizient bekämpfen – was zu dieser Hoffnung berechtigt.

FRANKFURT. Das internationale Team unter der Leitung von Prof. Jindrich Cinatl am Institut für Medizinische Virologie (Goethe-Universität), Prof. Martin Michaelis und Prof. Mark Wass (University of Kent) hat Kombinationen von vier antiviralen Medikamenten mit Interferon-beta in ihrer Wirkung auf die Omicron- und Delta-Variante getestet. Interferone wie Interferon-beta werden im Körper als Schutz gegen Virusinfektionen produziert und können als antivirale Medikamente eingesetzt werden.

Motiviert ist die Forschung dadurch, dass Menschen mit Immundefekten nicht durch eine Impfung gegen SARS-CoV-2 geschützt werden können, und die verfügbaren Therapien in Menschen mit geschwächtem Immunsystem nur eingeschränkt wirksam sind. Zudem ist es wichtig, die Bildung resistenter Virusvarianten durch möglichst effektive Therapien zu unterdrücken.

Derzeit gibt es für COVID-19 drei zugelassene Medikamente: Remdesivir, Molnupiravir, und Nirmatrelvir (der Wirkstoff in Paxlovid). Aprotin ist ein weiterer Wirkstoff, dessen Wirksamkeit gegen SARS-CoV-2 von der Forschergruppe in Kent und Frankfurt entdeckt wurde und der sich unlängst auch in klinischen Studien als wirksam gegen COVID-19 erwiesen hat. Die Kombination von Betaferon mit Molnupiravir, Nirmatrelvir und Aprotinin erwies sich als hochwirksam gegen die Omicron- und Delta- Variante von SARS-CoV-2.

Prof. Martin Michaelis erklärt: „Wir hoffen, dass unsere Befunde helfen, die Therapie von immungeschwächten COVID-19-Patient:innen zu verbessern und die Entstehung therapieresistenter Virusvarianten zu vermeiden.“ Denn gerade im Körper von immungeschwächten Personen kommt es häufig zu Langzeitinfektionen und dadurch zur Bildung neuer, potentiell Therapie-resistenter Varianten.

Die Kombination von Betaferon mit Remdesivir war in der Zellkultur als einzige weniger effektiv. Das erklärt, warum sie in klinischen Studien nur geringfügig besser abschnitt als die alleinige Behandlung mit Remdesivir. Die Kombination der anderen drei Medikamente mit Interferon halten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen für einen vielversprechenden Therapieansatz, der in der Klinik getestet werden sollte.

„Wenn die Kombinationstherapie sich auch in klinischen Studien als wirksam erweist, haben wir weitaus effektivere Möglichkeiten, die Entstehung neuer gefährlicher Varianten von COVID-19 zu verhindern“, sagt Prof. Jindrich Cinatl vom Institut für Medizinische Virologie der Goethe-Universität.

„Die Zukunft des Kinos liegt in Afrika“ – Wissenschaftsmagazin „Forschung Frankfurt“ der Goethe-Universität zum Thema „Perspektive Afrika“ erschienen

zukunft-des-kinos-liegt-in-afrika-forschung-frankfurtDie Erfolgsgeschichte des nigerianischen Kinos hat einen Namen: Nollywood. Aus einer Notlage geboren, hat der nigerianische Film das US-amerikanische Vorbild an Umsatz und Zuschauerzahlen längst überholt. An der Goethe-Universität beschäftigen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in enger Kooperation mit Kollegen in Afrika mit dem nigerianischen Filmerbe. Über gemeinsame Forschungs- und Lehrprojekte berichtet die aktuelle Ausgabe von Forschung Frankfurt mit dem Titel „Perspektive Afrika“.

FRANKFURT. Wer den Blickwinkel der europäischen Medien- und Kulturindustrien erweitern will, sollte auf die afrikanischen Medien- und Filmindustrien sehen. Davon sind die Frankfurter Filmwissenschaftler und Filmwissenschaftlerinnen überzeugt, die die afrikanische Medienkultur mit afrikanischen Kooperationspartnern erforschen und auch gemeinsam einen einzigartigen Masterstudiengang zur Filmarchivierung anbieten. „Es ist die unglaubliche Energie, der Erfindungsreichtum von Kleinunternehmern und die kreative Kapazität, mit sehr wenig sehr viel zu bewegen“, die den Filmwissenschaftler Vinzenz Hediger am afrikanischen Kino faszinieren.

Nach dem Zusammenbruch der nigerianischen Celluloid-Filmkultur in den 1990er Jahren entwickelte sich der Filmmarkt Nigerias zu einem der größten der Welt, indem die Filmschaffenden das Vorhandene – Technik und Vertrieb – kreativ nutzten: Per VHS-Kassette und auch als Raubkopie vertrieben sie mit einfachen Mitteln gedrehte Homevideos. Das New Nollywood genannte Kino wiederum feiert seit den Nullerjahren Erfolge, indem es sich der neuen digitalen Technik und der neuen Vertriebswege im Internet bedient. Wie verändert sich die Kulturbranche, wenn die Produktion von Film und Musik zunehmend digitalisiert wird? Diesen Fragen gehen die Wissenschaftler der Goethe-Universität in dem interdisziplinären, internationalen Forschungsprojekt Cultural Entrepreneurship and Digital Transformation in Africa and Asia (CEDITRAA) nach – gemeinsam mit Partnern in Mainz im Rahmen der strategischen Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU) und dem Kooperationspartner Pan-Atlantic University in Lagos in Nigeria.

In der aktuellen Ausgabe von „Forschung Frankfurt“ berichten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Goethe-Universität über ihre Forschungsprojekte mit Perspektive Afrika. Da geht es zum Beispiel um die Frage, warum afrikanische Migranten im Rhein-Main-Gebiet besonders schnell Deutsch lernen, wie die Bevölkerung in Burkina Faso und Gambia das Engagement von innerafrikanischen Friedensorganisationen bewerten und wie die Verknüpfungen zwischen afrikanischen und asiatischen Ländern jenseits von Stereotypen beschaffen sind. Zu lesen ist von archäologischen Forschungen, die die Wanderungsbewegungen und Ernährungsgewohnheiten früherer Kulturen in den Blick nehmen, oder aber von der Erkundung bislang unbekannter Felsbilder in der Namib-Wüste. Auch die postkoloniale Debatte hat ihren Platz im Themenheft: Sie fragt danach, wer eigentlich über wen forschen darf und welche Rolle dabei die Herkunft der Forschenden spielen sollte.

Alle Beiträge sind online erhältlich unter www.forschung-frankfurt.de

Forscher der Goethe-Universität entwickeln neue Biobatterie zur Speicherung von Wasserstoff Bidirektionale Bindung und Freisetzung von Wasserstoff in Bioreaktor

Einem Team von Mikrobiologen der Goethe-Universität ist es gelungen, mit Hilfe von Bakterien Wasserstoff kontrolliert zu speichern und wieder abzugeben. Auf der Suche nach CO2-neutralen Energieträgern im Interesse des Klimaschutzes ist dies ein wichtiger Schritt. Das entsprechende Paper ist nun in der renommierten Fachzeitschrift „Joule“ erschienen.

FRANKFURT. Der Kampf gegen den Klimawandel macht die Suche nach CO2-neutralen Energieträgern immer dringlicher. Grüner Wasserstoff, der mit Hilfe von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Solarenergie aus Wasser gewonnen wird, ist einer der Hoffnungsträger. Allerdings sind Transport und Speicherung des hochexplosiven Gases schwierig und weltweit suchen Forschende nach chemischen und biologischen Lösungen. Ein Team von Mikrobiologen der Goethe-Universität haben in Bakterien, die unter Luftabschluss leben, ein Enzym gefunden, das Wasserstoff direkt an CO2 bindet und damit Ameisensäure herstellt. Dieser Prozess ist vollkommen reversibel, eine Grundvoraussetzung für eine Wasserstoffspeicherung. Diese acetogenen Bakterien, die zum Beispiel in der Tiefsee vorkommen, ernähren sich von Kohlendioxid, das sie mithilfe von Wasserstoff zu Ameisensäure verstoffwechseln. Normalerweise ist diese Ameisensäure aber nur ein Zwischenprodukt ihres Stoffwechsels, das weiter zu Essig und Ethanol verdaut wird. Doch das Team um den Leiter der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik Prof. Volker Müller hat die Bakterien so angepasst, dass dieser Prozess nicht nur auf der Stufe der Ameisensäure gestoppt, sondern auch rückabgewickelt werden kann. Das Grundprinzip ist bereits seit 2013 patentiert.

„Die gemessenen Raten der CO2-Reduktion zu Ameisensäure und zurück sind die höchsten je gemessenen und sie sind um ein Vielfaches größer als bei anderen biologischen oder chemischen Katalysatoren; die Bakterien benötigen für die Reaktion auch nicht wie die chemischen Katalysatoren seltene Metalle und keine extremen Bedingungen wie hohe Temperaturen und hohe Drücke, sondern erledigen den Job bei 30 °C und Normaldruck“, berichtet Müller. Nun vermeldet die Gruppe einen neuen Erfolg, die Entwicklung einer Biobatterie zur Wasserstoffspeicherung mit Hilfe der genannten Bakterien.

Für eine kommunale oder häusliche Wasserstoffspeicherung ist ein System sinnvoll, bei dem die Bakterien in ein und demselben Bioreaktor zunächst Wasserstoff speichern und dann wieder freisetzen, möglichst stabil über einen langen Zeitraum. Fabian Schwarz, der im Labor von Prof. Müller seine Doktorarbeit zu diesem Thema geschrieben hat, ist die Entwicklung eines solchen Bioreaktors gelungen. Er hat die Bakterien acht Stunden mit Wasserstoff gefüttert und sie dann während einer 16-stündigen Nachtphase auf eine Wasserstoff-Diät gesetzt. Die Bakterien haben den Wasserstoff daraufhin vollständig wieder freigesetzt. Die ungewollte Bildung von Essigsäure konnte durch gentechnische Verfahren eliminiert werden. „Das System lief für mindestens zwei Wochen ausgesprochen stabil“ erklärt Fabian Schwarz, der sich freut, dass diese Arbeiten zur Veröffentlichung in „Joule“, einem angesehenen Journal für chemische und physikalische Verfahrenstechnik, angenommen wurde. „Dass Biologen in diesem hochkarätigen Journal publizieren, ist eher ungewöhnlich“, freut sich Schwarz.

Volker Müller hat sich schon in seiner Doktorarbeit mit den Eigenschaften dieser speziellen Bakterien befasst – und jahrelang Grundlagenforschung dazu betrieben. „Ich habe mich dafür interessiert, wie diese ersten Organismen ihre Lebensvorgänge organisiert haben und wie sie es schaffen, unter Luftabschluss mit einfachen Gasen wie Wasserstoff und Kohlendioxid zu wachsen“, erklärt er. Durch den Klimawandel gewann seine Forschung eine neue, anwendungsorientierte Dimension. Die Biologie biete – für viele Ingenieure überraschend – durchaus praktikable Lösungen an.

Publikation: Fabian M. Schwarz, Florian Oswald, Jimyung Moon, Volker Müller: Biological hydrogen storage and release through multiple cycles of bi-directional hydrogenation of CO2 to formic acid in a single process unit. Joule (2022)

https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.020

„Wie viel Identität verträgt die Demokratie?“ – Diskussion im The English Theatre Frankfurt am 9.Mai 2022

Plakat_StreitClub_09Mai2022Deitelhoff und Friedman diskutieren im „StreitClub“ über ein aktuelles Debattenthema – Als Gäste geladen: Armin Nassehi und Roger Köppel

FRANKFURT. Die Veranstaltungsreihe „StreitClub“ wird fortgesetzt. Nicole Deitelhoff, Professorin für Politikwissenschaft an der Goethe-Universität und Sprecherin des Forschungsinstituts Gesellschaftlicher Zusammenhalt, lädt gemeinsam mit dem Publizisten und Moderator Michel Friedman:

am Montag, 9. Mai, um 19:30 Uhr
im The English Theatre Frankfurt,
Gallusanlage 7
60329 Frankfurt am Main

zum Streitgespräch ein. Zu Gast sind diesmal der Soziologe Armin Nassehi und der Journalist Roger Köppel. Sie stellen sich einem weiteren aktuellen Streitthema: „Wie viel Identität verträgt die Demokratie?“

Als die 1968er-Generation über Identität sprach, ging es noch um das Abstreifen alter Identitäten, das Experimentieren mit neuen Identitäten und um Rollenerwartungen. Die heutige Diskussion um Identität hat eine andere Ausrichtung: Identität ist zum Schutzwall einerseits und zur Waffe in der politischen Auseinandersetzung andererseits geworden. In der Frage, wer wen repräsentieren kann oder darf und wer wem etwas schuldet, treffen auf den ersten Blick nahezu unvereinbare Ansprüche aufeinander. Verträgt das die Demokratie? Muss sie das sogar ertragen und wenn ja, wie viel davon?

Prof. Dr. Armin Nassehi lehrt Soziologie in München. Aufgewachsen in Tübingen, München, Landshut, Teheran und Gelsenkirchen, studierte von 1979 bis 1985 Erziehungswissenschaften, Philosophie und Soziologie an der Universität Münster sowie an der Fernuniversität in Hagen. Für seine Rolle als Wissenschaftler in der Öffentlichkeit wurde er mehrfach mit Preisen ausgezeichnet. Er ist u.a. Mitglied im Bayerischen Ethikrat. Der Schweizer Roger Köppel ist Journalist, Medienunternehmer, Publizist und Politiker. Seit 2001 ist er Chefredaktor und Verleger des Wochenmagazins „Die Weltwoche“, mit einem zweieinhalbjährigen Intermezzo als Chefredakteur der Tageszeitung „Die Welt“. Seit 2015 ist Köppel Mitglied im Schweizer Nationalrat.

Die Veranstaltung ist eine Kooperation zwischen dem Forschungsinstitut Gesellschaftlicher Zusammenhalt (FGZ), dem Center for Applied European Studies (CAES) und dem English Theatre Frankfurt (ETF). Sie findet im Hybridformat statt. Der Livestream ist auf YouTube abrufbar, den Link finden Sie auf der Homepage des StreitClubs unter https://cutt.ly/streitclub.

Der StreitClub ist ebenso wie die Formate „StreitBus“ (in Kooperation mit dem DemokratieWagen von mehralswählen e.V. und dem Leibniz-Institut Hessische Stiftung Friedens- und Konfliktforschung) und die Online-Debattenreihe „Kontrovers: Aus dem FGZ“ Teil des Projekts „Frankfurt streitet!“ des Frankfurter FGZ-Standorts. Dabei geht es um die Bedeutung von Streitkultur für die Demokratie. Tickets für den StreitClub sind für 12 bzw. 10 Euro über das English Theatre Frankfurt erhältlich.

Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Preis heute in der Frankfurter Paulskirche doppelt verliehen

Zum ersten Mal in seiner Geschichte wird der Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Preis heute in der Frankfurter Paulskirche doppelt verliehen. Mit dem Preis des Jahres 2021 werden Bonnie Bassler und Michael Silverman ausgezeichnet, deren Entdeckung, wie Bakterien miteinander kommunizieren, den Weg zu einer völlig neuen Antibiotikaklasse eröffnet. Die Auszeichnung des Jahres 2022 teilen sich Katalin Karikó, Ugur Sahin und Özlem Türeci, deren Erforschung der messenger RNA (mRNA) in der spektakulär schnellen Entwicklung eines hochwirksamen Impfstoffs gegen Covid-19 gipfelte und zudem aussichtsreiche Perspektiven im Kampf gegen Krebs bietet.

FRANKFURT. Im vergangenen Jahr musste die Verleihung des Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Preises pandemiebedingt entfallen. „In diesem Jahr der wiedergewonnenen Präsenz ehren wir Laureaten, die entscheidend zur Überwindung der Pandemie beigetragen haben“, sagt Thomas Boehm, Vorsitzender des Stiftungsrates der Paul Ehrlich-Stiftung und Direktor am Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg. „Gleichzeitig zeichnen wir heute eine Entdeckung aus, die einen neuen Ansatz gegen das globale Problem der Antibiotikaresistenz bietet.“

Bakterien, gegen die Antibiotika nichts mehr ausrichten können, sind weltweit auf dem Vormarsch. Das bedeutet eine tödliche Gefahr, die nach Angaben der Weltgesundheits-organisation alarmierende Ausmaße angenommen hat. Neue Antibiotika sind deshalb notwendig. Aber die meisten neuen Wirkstoffe, die entwickelt werden, folgen einem alten Prinzip. Sie stoppen das Wachstum von Bakterien oder töten sie ab. Diesen Angriff kontern die Mikroorganismen naturgemäß mit Mutationen, denen die Selektion widerstandsfähiger Stämme folgt.

Es ist dann nur eine Frage der Zeit, bis sie auch gegen neue Antibiotika resistent geworden sind. Die Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Preisträger des Jahres 2021 haben das Fundament für ein neues Antibiotika-Prinzip gelegt. Michael Silverman und Bonnie Bassler entdeckten und entschlüsselten die Sprache, in der Bakterien miteinander kommunizieren. Durch den Austausch bestimmter Signalmoleküle verständigen sich Bakterien darüber, wann sie ein ausreichendes Quorum erreicht haben, um mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit gegen einen Wirtsorganismus vorgehen zu können. Diesen mikrobiellen Chat durch „Quorum Quenching“ pharmakologisch zu unterbrechen, schaltet die Bakterien stumm, ohne sie abzutöten. Sie erfahren keinen resistenzerzeugenden Selektionsdruck. Forschende in aller Welt arbeiten inzwischen daran, solche neuen Antibiotika zu entwickeln. Gegen multiresistente Keime wie beispielsweise Pseudomonas aeruginosa haben sie dabei bemerkenswerte Fortschritte erzielt.

Viren, die wie aus dem Nichts kommen, sind in der Lage, das Leben der gesamten Menschheit schlagartig in Mitleidenschaft zu ziehen. Das haben wir seit dem Ausbruch der Covid-19-Pandemie alle gelernt. Dass diese Pandemie dennoch beherrschbar wurde, ist ganz wesentlich den Leistungen der Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Preisträger des Jahres 2022 zu verdanken. Durch ihre geistesgegenwärtige Reaktion auf das plötzliche Auftauchen des Coronavirus SARS-CoV-2 gelang es ihnen, in Rekordzeit einen Impfstoff zu entwickeln, der Millionen von Menschen in aller Welt das Leben gerettet hat. Die Basis dieses Erfolgs war ihre jahrzehntelange Erforschung des Botenmoleküls mRNA und dessen Optimierung für medizinische Zwecke. Katalin Karikó suchte seit Beginn ihrer Karriere unbeirrt von vielen Hindernissen nach Wegen, die intrazelluläre Proteinproduktion durch die Gabe von mRNA anzuregen. Dabei machte sie die bahnbrechende Entdeckung, wie sich die Immunabwehr des Körpers gegen extern applizierte mRNA ausschalten lässt. Ugur Şahin und Özlem Türeci fokussierten sich primär darauf, Krebsimpfstoffe zu entwickeln, die dem Immunsystem eines Patienten die Antigene seines eigenen Tumors präsentieren, damit es diesen zerstöre. Dabei entdeckten sie, wie sich die mRNA stabilisieren und die Effizienz ihrer Botschaften signifikant steigern lässt. 2008 gründeten sie das Unternehmen BioNTech. Mehrere therapeutische Krebsimpfstoffe auf mRNA-Basis haben sie dort bereits bis zur klinischen Prüfung entwickelt.

Neben den Hauptpreisen wird heute auch der Paul Ehrlich-und-Ludwig Darmstaedter-Nachwuchspreis doppelt vergeben. Mit dem Nachwuchspreis für 2021 wird die Biologin Elvira Mass ausgezeichnet. Sie hat durch die geschickte Anwendung genetischer Markierungsverfahren entdeckt, dass die gesunde Entwicklung eines Organismus schon sehr früh von spezialisierten Immunzellen gesteuert wird, die dem Dottersack des Embryos entstammen. Den Nachwuchspreis für 2022 erhält die Ärztin Laura Hinze. Sie hat mit Hilfe eines genomweiten Screenings entdeckt, auf welchem Weg sich die Resistenz von Leukämiezellen gegen ein bestimmtes Chemotherapeutikum überwinden lässt. Daraus hat sie auch eine neue mögliche Strategie zur Behandlung solider Tumore wie Darmkrebs abgeleitet.

Nobelpreis-Experiment: 100 Jahre Stern-Gerlach-Versuch an der Goethe-Universität – Festveranstaltung am 8.2.22 per Livestream aus der Paulskirche

Präsident Enrico Schleiff würdigt bahnbrechende Erkenntnis für Quantenphysik – Dienstag Festveranstaltung mit Livestream in Frankfurter Paulskirche

FRANKFURT. In der Nacht vom 7. auf den 8. Februar 1922 waren die Physiker Prof. Otto Stern und Prof. Walter Gerlach an der Goethe-Universität mit einem Experiment erfolgreich, das ausschlaggebend für die Verleihung des Nobelpreises 1943 an Otto Stern sein sollte.

Prof. Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität Frankfurt und selbst Physiker, erinnert an den Forschungsgeist, der die Arbeiten am Institut für Physik der erst acht Jahre zuvor gegründeten Goethe-Universität prägte: „Wirtschaftlich war die Lage sehr schwierig, doch die Neugierde von Otto Stern und Walter Gerlach konnte das nicht bremsen; sie wollten unbedingt die theoretisch vorhergesagte Raumquantelung experimentell überprüfen. Das Geld für die Apparaturen bekamen sie von Freunden sowie Stifterinnen und Stiftern, ein Engagement der Frankfurter Bürgerschaft zur Stärkung der Forschung der Goethe Universität, ohne die auch heute die Forschung auf Spitzenniveau kaum möglich wäre.

Getragen wurden sie vom ‚Spirit‘ am Institut für Physik, von dem Walter Gerlach später einmal sagte, dass die Zusammenarbeit großartig gewesen sei und man dauernd über alles gesprochen und voneinander gelernt habe. Dieser ‚Spirit‘ ist auch für unser heutiges Miteinander an der Universität und den mit uns verbunden Partnern in der Forschung von enormer Bedeutung, um die Zukunftsfähigkeit der Gesellschaft mitzugestalten.

Das Experiment von Otto Stern und Walter Gerlach hat uns gezeigt, wie wichtig die Grundlagenforschung wer und ist, denn sie legt die Basis für zahlreiche Anwendungen, wie im Fall von Stern und Gerlach das Kernspinverfahren, die Atomuhr oder den Laser. Gerade die Erinnerung an diese Experimente sollte auch in die Politik getragen werden, denn auch in der heute so schnelllebigen Zeit ist langfristig angelegte Grundlagenforschung das Fundament für die langfristige Innovationsfähigkeit unserer Gesellschaft.

Gleichzeitig mahnt uns ein Rückblick auf diese Zeit zu nie nachlassender Toleranz und Weltoffenheit, denn wegen des erstarkenden Antisemitismus in den 1920er-Jahren verließ Otto Stern zunächst unsere Universität und dann Deutschland.“

Zum Gedenken an das „Stern-Gerlach-Experiment“ vor 100 Jahren veranstalten die Deutsche Physikalische Gesellschaft, der Physikalische Verein Frankfurt, der Fachbereich Physik der Goethe-Universität und die Gesellschaft Deutscher Chemiker in der Frankfurter Paulskirche eine Festlichkeit, die per Livestream übertragen wird:

Dienstag, 8. Februar 2022
18 Uhr bis 19:30 Uhr
https://hvo.events/dpg

Programm:

  • „Das Stern-Gerlach-Experiment – Ein Meilenstein der Physikgeschichte“
    Vortrag von Prof. Horst Schmidt-Böcking, Institut für Physik, Goethe-Universität
  • „Stern-Gerlach in der Moderne – Präzisionsphysik mit gespeicherten Ionen“
    Vortrag von Prof. Klaus Baum, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
  • Grußwort der Frankfurter Bürgermeisterin Nargess Eskandari-Grünberg

Dialog-Gespräch zwischen Prof. Dorothée Weber-Bruls, Präsidentin des Physikalischen Vereins, und Dr. Lutz Schröter, Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft

Forscher:innen von Goethe-Universität und University of Kent finden Erklärung für mildere Omikron Verläufe COVID-19 Wirkstoffe sind zudem wirksam gegen Omikron in Zellkulturstudie

Eine neue Studie von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Goethe-Universität und der University of Kent zeigt, dass die SARS-CoV-2 Omikron-Variante weniger gut zelluläre Abwehrmechanismen („die Interferonantwort“) gegen Viren blockieren kann als die Delta-Variante. Außerdem deuten Zellkulturdaten darauf hin, dass acht wichtige Wirkstoffe gegen COVID-19 auch die Vermehrung der Omikron-Variante hemmen.

FRANKFURT/CANTERBURY. Die SARS-CoV-2 Omikron-Variante verursacht weniger häufig schwere COVID-19-Verläufe als die Delta-Variante, obwohl es ihr besser gelingt, den Immunschutz durch Impfung und vorherige Infektionen zu umgehen. Die Gründe hierfür sind unklar.

Nun zeigt eine aktuelle Studie eines Teams von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt, dem Universitätsklinikum Frankfurt und der britischen University of Kent, dass die Viren der Omikron-Variante besonders empfindlich gegenüber einem nicht spezifischen, zellulären Abwehrmechanismus sind, der sogenannten Interferon-Antwort. Dies erklärt zum ersten Mal, warum mit der Omikron-Variante infizierte Patienten häufig weniger schwer erkranken.

Außerdem zeigte die Studie, dass acht der wichtigsten COVID-19-Wirkstoffe – zum Teil in der Entwicklung, zum Teil bereits zugelassen – auch die Vermehrung der neuen Omikron-Variante effektiv hemmen. Getestet wurden EIDD-1931 (ein Metabolit von Molnupiravir), Ribavirin, Remdesivir, Favipravir, PF-07321332 (Nirmatrelvir, ein Paxlovid-Bestandteil) sowie die Proteasehemmer Nafamostat, Camostat und Aprotinin. Alle Substanzen zeigten in der Zellkulturstudie eine ähnliche Wirksamkeit wie gegen die Vermehrung der Delta-Variante.

Prof. Martin Michaelis, School of Bioscience, University of Kent, erläutert: „Unsere Zellkulturexperimente liefern eine erste Erklärung dafür, warum Omikron-Infektionen häufiger milde klinische Verläufe nach sich ziehen: Offenbar kann Omikron im Gegensatz zu Delta nicht verhindern, dass die befallenen Zellen Interferon produzieren und ausschütten.“

Prof. Jindrich Cinatl vom Institut für Medizinische Virologie der Goethe-Universität sagt: „Obwohl unsere Zellkulturexperimente natürlich nicht ohne weiteres auf die ungleich komplexere Situation in Patienten übertragbar sind, geben sie Hoffnung, dass die enormen Anstrengungen zur Entwicklung von COVID-19-Medikamenten nicht vergebens waren. Wir können also zuversichtlich sein, dass auch gegen die neue Omikron-Virusvariante bald ein breites Spektrum an Wirkstoffen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen zur Verfügung steht.“

Publikation: Denisa Bojkova, Marek Widera, Sandra Ciesek, Mark N. Wass, Martin Michaelis, Jindrich Cinatl jr. Reduced interferon antagonism but similar drug sensitivity in Omicron variant compared to Delta variant SARS-CoV-2 isolates. In: Cell. Res. (2022) https://doi.org/10.1038/s41422-022-00619-9

Weitere Informationen: Wirkstoff Aprotinin verhindert Eindringen von SARS-CoV2 in Wirtszellen (23.11.2020)

https://www.puk.uni-frankfurt.de/94489118/Wirkstoff_Aprotinin_verhindert_Eindringen_von_SARS_CoV2_in_Wirtszellen

Schon vor 3500 Jahren kam Blattgemüse auf den Tisch Archäologen und Archäobotaniker der Goethe-Universität rekonstruieren die Wurzeln der westafrikanischen Küche

Ausgrabung eines Nok-Gefäßes am Fundplatz Ifana 3. Foto: Peter Breunig
Ausgrabung eines Nok-Gefäßes am Fundplatz Ifana 3. Foto: Peter Breunig

Blattgemüse gehört in Westafrika als Beilage zu vielen Gerichten wie dem gestampften Yams im Süden der Region. In Zusammenarbeit mit Chemikern der Universität Bristol ist Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Goethe-Universität nun der Nachweis gelungen, dass die Ursprünge solcher Gerichte 3500 Jahre zurückreichen.

FRANKFURT. Mehr als 450 Töpfe aus prähistorischer Zeit wurden untersucht, 66 von ihnen enthielten Reste von Lipiden, also wasserunlöslichen Substanzen. Im Auftrag des Nok-Forschungsteams der Goethe-Universität extrahierten Chemiker der Universität Bristol Lipidprofile, die Aufschluss über die verwendeten Pflanzen geben sollten. Die Ergebnisse sind jetzt in der Zeitschrift „Archaeological and Anthropologial Sciences“ veröffentlicht worden: Mehr als ein Drittel der 66 Lipidprofile zeigten sehr unterschiedliche und komplexe Verteilungsmuster – ein Hinweis darauf, dass hier verschiedene Pflanzen und Pflanzenteile verarbeitet wurden.

Blattgemüse gehört heute in Westafrika als Beilage zu vielen Gerichten. Gekocht werden Blätter von Bäumen wie beispielsweise dem Baobab (Adansonia digitata) oder die bitter schmeckenden Blätter eines strauchigen Korbblütlers (Vernonia amygdalina). Diese Blattsoßen werden mit Gewürzen, Gemüse, auch Fisch oder Fleisch, angereichert und komplettieren die stärkehaltige Grundlage von Speisen wie dem gestampften Yams im Süden Westafrikas oder dem festen Brei aus Perlhirse in den trockeneren Savannen im Norden. Mit vereinter Expertise haben Archäologie und Archäobotanik der Goethe-Universität und chemische Wissenschaften der Universität Bristol nachgewiesen, dass die Ursprünge solcher Gerichte in Westafrika 3500 Jahre zurückreichen.

Die Untersuchungen sind Teil eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts unter Leitung von Prof. Peter Breunig und Prof. Katharina Neumann, das im Dezember 2021 seinen Abschluss fand. Mehr als zwölf Jahre lang haben Archäologen und Archäobotaniker der Goethe-Universität die Nok-Kultur Zentralnigerias untersucht, die bekannt ist für ihre großformatigen Terrakotta-Figuren und für frühe Eisenproduktion in Westafrika im ersten Jahrtausend v. Chr. – wobei die Wurzeln der Nok-Kultur bis in die Mitte des 2. Jahrtausends zurückreichen. Im Fokus der Forschung stand vor allem der gesellschaftliche Kontext, in dem die Skulpturen geschaffen worden waren, also auch Wirtschaft und Ernährung. Anhand verkohlter Pflanzenreste aus Zentralnigeria konnte nachgewiesen werden, dass die Nok-Leute Perlhirse kultivierten. Ob sie aber auch andere stärkehaltige Pflanzen wie Yams nutzten und welche Gerichte sie aus der Perlhirse zubereiteten, lag bislang im Dunkeln.

„Verkohlte Pflanzenreste wie Samen und Nussschalen, die verkohlt in den archäologischen Sedimenten erhalten geblieben sind, spiegeln nur einen Teil dessen wider, was die Menschen damals gegessen haben“, erklärt Prof. Katharina Neumann. Von den chemischen Analysen habe man sich zusätzliche Erkenntnisse über die Nahrungszubereitung erhofft. Und tatsächlich konnten die Forscher aus Bristol mit Hilfe von Lipid-Biomarkern und Analysen stabiler Isotope an mehr als 450 prähistorischen Töpfen zeigen, dass verschiedene Pflanzenarten zur Herstellung von Speisen verwendet wurden.

Dr. Julie Dunne von der Abteilung für organische Geochemie der Universität Bristol sagt: „Diese ungewöhnlichen und hochkomplexen pflanzlichen Lipidprofile sind die vielfältigsten, die bisher (weltweit) in archäologischer Keramik gefunden wurden.“ Es scheint mindestens sieben verschiedene Lipidprofile in den Gefäßen zu geben, was ein deutliches Indiz für die Verarbeitung verschiedener Pflanzenarten und -organe in diesen Gefäßen ist, darunter möglicherweise auch von unterirdischen Speicherorganen (Knollen) wie etwa Yams.

Seit Beginn des Projekts suchten die Archäobotanikerinnen im Projekt Belege für die frühe Nutzung von Yams, liegt die Nok-Region doch im „Yamsgürtel“ Westafrikas, also in dem Bereich des Kontinents, in dem Yams heute kultiviert wird. Verkohlte Reste helfen hier nicht weiter, denn das weiche Gewebe der Knollen ist oft schlecht erhalten und zudem wenig spezifisch. Die chemischen Analysen deuten nun darauf hin, dass neben Blättern und anderen noch nicht identifizierten Gemüsen auch suberinhaltiges Pflanzengewebe gekocht wurde – diese Substanz findet man in der Rinde sowohl von oberirdischen als auch unterirdischen Pflanzenorganen – möglicherweise also ein erstes Indiz für die Zubereitung von Yams, wenn auch nicht der erhoffte eindeutige Beweis.

Durch die archäobotanische Untersuchung von verkohlten Resten wusste man bisher von Perlhirse (Cenchrus americanus) und Kuhbohne (Vigna unguiculata), den ölhaltigen Früchten des Canariumbaumes (Canarium schweinfurthii) und von einer Afrikanischer Pfirsich genannten Frucht (Nauclea latifolia), die wegen ihre Vielzahl von Samen an große Feigen erinnert. Die molekulare Untersuchung komplettiert nun das Bild der Nahrungszubereitung an den Fundplätzen der Nok-Kultur. Die Frankfurter Archäobotanikerin Dr. Alexa Höhn erklärt: „Die sichtbaren und unsichtbaren Reste der Nahrungszubereitung im archäologischen Sediment und in der Keramik vermitteln uns ein viel vollständigeres Bild vergangener Ernährungsgewohnheiten. Die neuen Belege lassen nun auf eine beträchtliche zeitliche Tiefe der westafrikanischen Küche schließen.“

Publikation: Julie Dunne, Alexa Höhn, Katharina Neumann, Gabriele Franke, Peter Breunig, Louis Champion, Toby Gillard, Caitlin Walton‑Doyle, Richard P. Evershed Making the invisible visible: tracing the origins of plants in West African cuisine through archaeobotanical and organic residue analysis. Archaeological and Anthropological Sciences https://doi.org/10.1007/s12520-021-01476-0

Lesen und Sprechen folgen einem ähnlichen Takt Verarbeitung von geschriebener und gesprochener Sprache liegen nah beieinander

Beim Lesen bewegt sich der Blick in einem bestimmten Muster über den Text. Dieses Muster ähnelt in überraschendem maß der Rhythmik gesprochener Sprache, wie ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Beteiligung der Goethe-Universität herausgefunden hat. Die Ergebnisse ihrer Forschung erscheinen heute in der Fachzeitschrift „Nature Human Behavior“.

FRANKFURT. Wenn wir lesen, lassen wir unseren Blick über einen Text wandern. Die Bewegungen der Augen folgen dabei einer charakteristischen zeitlichen Rhythmik. Ein internationales Team von Forscherinnen und Forschern mit starker Beteiligung der Goethe-Universität hat in Blickbewegungsexperimenten und einer Metastudie mit 14 verschiedenen Sprachen herausgefunden, dass diese zeitliche Struktur des Lesens nahezu identisch ist mit der dominanten Rhythmik der gesprochenen Sprache. Daraus lasse sich schließen, dass sich die Verarbeitung von geschriebener und gesprochener Sprache in einem größeren Maße ähneln als bisher angenommen. Die Ergebnisse der Forschungen erscheinen in der Fachzeitschrift „Nature Human Behavior“. Weitere beteiligte Forschungseinrichtungen waren die Universität Wien, das Ernst Strüngmann Institut Frankfurt, die New York University, das Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik Frankfurt und die Universität Salzburg.

Sprachen und Schriftsysteme sind zentrale Elemente menschlicher Kommunikation. Schriftsysteme ermöglichen uns seit Jahrtausenden, Information nicht nur von Angesicht zu Angesicht zu teilen, sondern sie auch materiell zu speichern und dauerhaft verfügbar zu machen. „Das Lesen ist eine der faszinierendsten kulturellen Errungenschaften des Menschen“, sagt Erstautor Dr. Benjamin Gagl, bis vor kurzem wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Psychologie der Goethe-Universität. „Die gesprochene Sprache beeinflusst auch das Lesen. Bis jetzt ist aber wenig über die gemeinsamen zugrundeliegenden Mechanismen von Lesen und gesprochener Sprache bekannt“, erklärt Gagl, der von Haus aus Psychologe ist.

Diese Mechanismen hat Gagl gemeinsam mit einem internationalen Team unter Leitung von Prof. Christian Fiebach untersucht, indem er die zeitlichen Strukturen des Lesens mit denen der gesprochenen Sprache verglich. Dabei zeigte sich, dass die rhythmischen Abläufe der Augenbewegungen beim Lesen und die dominante Rhythmik im Sprachsignal nahezu identisch sind. Diese Erkenntnis wirft ein neues Licht auf die Schnittstelle zwischen geschriebener und gesprochener Sprache.

Für ihre Studie übertrug das Team Methoden der Frequenzanalyse, die in der Untersuchung des lautlichen Sprachsignals schon breite Verwendung finden, auf die Untersuchung von Augenbewegungen. Diese Vorgehensweise wurde in zwei Studien an der Goethe-Universität Frankfurt und einer Studie an der Universität Salzburg angewandt. Neben einer vergleichbaren Rhythmik von Lesen und Sprechen zeigte sich bei weniger leseerfahrenen Personen eine direkte zeitliche Kopplung der Lese- und Sprachprozesse. Geübtere Leserinnen und Leser hingegen lasen schneller und konnten zwischen zwei Augenbewegungen mehr Information aus dem Text entnehmen. Zusätzlich erfassten die Autorinnen und Autoren in einer Metastudie alle in Fachzeitschriften erschienenen Blickbewegungsstudien des Lesens aus den Jahren 2006 bis 2016 und schätzten für diese die zeitliche Rhythmik des Lesens für 14 Sprachen und mehrere Schriftsysteme. Dabei zeigte sich, dass der Leserhythmus bei zeichenbasierten Schriftsystemen (wie etwa im Chinesischen) langsamer ist, was mit den höheren Anforderungen an die visuelle Analyse der komplexeren Schriftzeichen erklärt werden kann.

„Die Ergebnisse zeigen Zusammenhänge zwischen gesprochener und geschriebener Sprache auf eine neuartige und bisher noch nicht bekannte Art und Weise“, so Christian Fiebach. „Die Sprachverarbeitungssysteme des menschlichen Gehirns haben sich im Verlauf der Evolution auf die zeitlichen Abläufe der gesprochenen Sprache spezialisiert. Wir gehen aufgrund der aktuellen Ergebnisse davon aus, dass diese Sprachsysteme beim Lesen als eine Art ‚Taktgeber‘ für die Augen dienen, damit diese die gelesenen Informationen in einem optimalen zeitlichen Rhythmus an das Gehirn senden und so die weitere Analyse erleichtern. Diese Hypothese kann nun mit dem hier vorgestellten methodischen Ansatz vertieft untersucht werden.“

Publikation: Gagl, B., Gregorova, K., Golch, J., Hawelka, S., Sassenhagen, J., Tavano, A., Poeppel, D. & Fiebach, C. J. (accepted). Eye movements during text reading align with the rate of speech production. Nature Human Behavior.

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/391896v3.full.pdf