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Menschliches Immunsystem im Reagenzglas

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Sind chirurgische Instrumente oder Implantate mit Rückständen von Bakterien - Pyrogenen - verunreinigt, kann dies zur Blutvergiftung führen. Forscher entwickeln einen Test, der das menschliche Immunsystem im Labor nachstellt und Tierversuche ersetzt.

Bisher kann man Pyrogene über drei verschiedene Methoden nachweisen: Etwa über Tierversuche am Kaninchen - diese sind ethisch umstritten und teuer. Oder an menschlichem Vollblut: Werden Pyrogene zugegeben, schütten die Immunzellen Fieber erzeugende Stoffe aus, die im Labor nachgewiesen werden können. Das Problem bei diesem Test: Man braucht einen gesunden Blutspender, zudem muss das Blut möglichst frisch sein. Eine dritte Möglichkeit Pyrogene aufzuspüren, ist ein Extrakt aus dem Pfeilschwanzkrebs. Sobald die Fieber erzeugenden Stoffe zugegeben werden, gerinnt es. Dieser Test erkennt jedoch nur Pyrogene von bestimmten Bakterien - Gram-negativer Bakterien -, also nur einen geringen Teil der gesamten Pyrogene.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben nun eine Möglichkeit gefunden, die Nachteile der etablierten Tests zu umgehen. "Wir haben das mensch-liche Immunsystem in einer Zellkultur nachgestellt", sagt Dr. Steffen Rupp, Privatdozent und Leiter des Projekts am IGB. "Dafür verwenden wir eine mammalische Zelllinie, also Zellen, die man sehr lange vermehren kann, ohne dass sie absterben. Man braucht daher keinen menschlichen Spender." Die Forscher schleusen die DNA eines menschlichen Rezeptors in die Zellen ein, der die Pyrogene erkennt. Daraufhin bilden die Zellen den Rezeptor und setzen ihn als eine Art Wächter auf ihre Außenseite. Doch woher wissen die Forscher, ob der Rezeptor ein Pyrogen entdeckt hat? "Das verrät uns ein Reporter-Gen. Es ruft eine Farbänderung hervor, wenn der Rezeptor ein Pyrogen geschnappt hat", sagt Rupp.

Ein weiterer Vorteil: Das System ist wesentlich kostengünstiger als die üblichen Methoden. Für Pyrogene Gram-negativer Bakterien ist es bereits einsatzbereit und damit vergleichbar mit dem Pfeilschwanzkrebs-Test. Jetzt bauen die Forscher den Test aus, damit er auch die anderen Pyrogene zuverlässig erkennt. "In etwa zwei bis drei Jahren sollte das Verfahren das gesamte Immunsystem abbilden", schätzt Rupp. Dann könnte der Test vorbereitet und eingefroren an die Kunden geschickt werden - eine eigene Zellkulturtechnik brauchen sie dazu nicht.

Dr. rer. nat. Steffen Rupp | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.igb.fraunhofer.de
http://www.fraunhofer.de/fhg/press/pi/2007/07/Mediendienst72007Thema3.jsp

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Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

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Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

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Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...