US-Forscher lassen künstliche Rattenpfote wachsen

Durchbruch in der Transplantationsmedizin – Forscher lassen bald Gliedmaßen künstlich wachsen. Arme und Beine züchten in der Retorte? Das gibt es nur in Science-Fiction-Romanen. Einem Forscherteam ist es jetzt aber gelungen, die Pfote einer Ratte wachsen zu lassen. Der erste Schritt zu Science-Fiction?

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Das Foto zeigt eine künstliche Rattenpfote, die ein US-Forscherteam in einem Nährmedium wachsen lassen hat.

Eine von einem amerikanischen Forscherteam künstlich erzeugte Rattenpfote hat Hoffnungen auf Hilfe für Menschen mit abgetrennten Gliedmaßen geweckt. „Ich hoffe, dass in vielleicht zehn Jahren Menschen einen konkreten Nutzen haben werden“, sagte Forschungsleiter Harald Ott vom Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston der Deutschen Presse-Agentur. Das Team des Österreichers hatte in einem Nährmedium die Pfote wachsen lassen, die ein funktionierendes Gefäß- und Muskelgewebe habe.

„Wir haben die Pfote einer toten Ratte von allen Zellen befreit, so dass sie keinerlei Zellen mehr enthielt“, sagte Ott. „Dann haben wir sie mit lebenden Zellen quasi besiedelt.“ Das Ergebnis sei eine im Wesentlichen funktionierende Gliedmaße gewesen. „Wir haben auch den Unterarm eines Pavians von Zellen befreit und so nachgewiesen, dass die Methode grundsätzlich auch bei Primaten angewendet werden kann.“ Ott rechnet mit einer Anwendung in der Humanmedizin in etwa zehn Jahren. „Dann wird man nicht gleich einen Unterarm wachsen lassen, aber vielleicht Muskeln.“

Die Forscher hatten mit einem Lösungsmittel in einem tagelangen Prozess alle lebenden Zellen von der amputierten Pfote einer Ratte gelöst. Nur die Grundstrukturen seien erhalten geblieben. Dann hätten sie die einzelnen Teile wieder mit lebenden Zellen eines anderen Tieres besetzt. In den folgenden Tagen seien die einzelnen Gewebe wie Muskeln und Adern wieder herangewachsen. Bei den Muskeln sei das Zellwachstum zusätzlich durch elektrische Stimulation angeregt worden. Insgesamt dauerte der Wiederbesiedlungsprozess demnach zwei Wochen.

Der große Vorteil des Verfahrens ist, dass die Immunreaktion nach einer Transplantation weit geringer ausfiele, weil das transplantierte Organ ja mit den eigenen Zellen besiedelt wurde. Funktionstests hätten gezeigt, dass die Muskeln der künstlichen Pfote auf elektrische Anregung mit Kontraktionen reagierten, erläuterten die Forscher. Ihre Kraft habe etwa 80 Prozent der von Muskeln einer neugeborenen Ratte erreicht.

Nach der selben Methode – Entfernung aller Zellen eines Spenderorgans und Besiedelung mit lebenden Zellen – seien schon Nieren, Lebern, Herzen und Lungen von Tieren geschaffen worden. Gliedmaßen seien aber viel komplexer. In einem weiteren Versuch seien bei einem Unterarm eines Pavians alle Zellen entfernt und mit der Neubesiedlung begonnen worden, ergänzte Otts Team. Die bisherigen Ergebnisse nährten zwar die Hoffnung, so irgendwann auch beim Menschen Gliedmaßen ersetzen zu können. Der Aufbau der Nerven bleibe aber eine große Herausforderung.

Den Medizinern zufolge leben allein in den USA mehr als 1,5 Millionen Menschen mit fehlenden Gliedmaßen. Trotz großer Fortschritte bei den Prothesen sei dies eine Belastung für das tägliche Leben und nicht zuletzt das Empfinden. „Die komplexe Natur unserer Gliedmaßen macht es zu einer großen Herausforderung, sie zu ersetzen“, so Ott. „Sie bestehen aus Muskeln, Knochen, Knorpel, Sehnen, Bändern und Nerven – alles muss aufgebaut werden und alles bedarf einer bestimmten Grundstruktur.“ Sein Team habe nun bewiesen, dass diese Struktur erhalten und mit neuem Gewebe versehen werden kann.

Wirklich neu sei der Ansatz nicht, sagte Raymund Horch, Direktor der Plastisch- und Handchirurgischen Klinik am Universitätsklinikum Erlangen. Eine solche Dezellularisierung und Repopularisierung sei auch schon mit anderen Geweben wie Herz und Trachea gemacht worden, habe aber bisher dennoch keinen Einzug in die klinische Anwendung gefunden.

„Es ist aber ein interessanter Ansatz, weil man letztlich doch die Natur braucht, um ein optimales Stützgerüst zu haben, welches dann durch Dezellularisieren wieder lebendig gemacht werden soll“, so Horch. „Das eigentliche Anliegen, nämlich einmal ganze Organe zu züchten, wird damit nicht wirklich gelöst.“ Selbst wenn bei dem Ansatz künftig einmal alles gut funktionieren sollte, werde immer noch ein Spenderorgan benötigt. „Das ist aber das Problem bei der initialen Idee des Tissue Engineering gewesen: Man wollte eben gerade den Mangel an Spenderorganen umgehen.“

via: www.rp-online.de/

Veränderte Hefe als Drogenfabrik – Opiate lassen sich aus Zucker produzieren

Morphin, Codein und andere Schlafmohn-Substanzen lassen sich aus Mikroorganismen gewinnen. Mit Hefe haben Forscher erstmals die Grundsubstanz für Opiate hergestellt. Ein Durchbruch für die Pharma-Industrie, mit einer Schattenseite: die Drogenproduktion könnte davon profitieren.

– Genveränderte Hefe kann Opiate aus Zucker produzieren
– Studie aus den USA als bahnbrechend eingestuft
– Staatliche Kontrolle von Hefestämmen gefordert

Opiate und andere Schlafmohn-Bestandteile lassen sich künftig industriell von Mikroorganismen aus Zucker herstellen. Mit eingeschleusten Enzymen haben amerikanische Forscher Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) dazu gebracht, aus Glukose die Schlafmohn-Substanz Reticulin zu produzieren. Sie ist der Vorläufer vieler Opiate und anderer Arzneien.

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Schlafmohn lässt sich bald aus Mikroorganismen gewinnen

Nun sei die biotechnologische Herstellung solcher Stoffe nur noch eine Frage der Zeit, schreibt das Team um John Dueber von der Universität von Kalifornien in Berkeley im Fachblatt „Nature Chemical Biology“. Dies erleichtere die illegale Produktion vieler Drogen, mahnen Experten in einem Kommentar und fordern eine staatliche Kontrolle solcher Hefestämme.

Schlafmohn-Bestandteil aus Glukose-Abkömmling

Die Wissenschaftler suchten einen Weg, so genannte Benzylisochinoline (BIAs) von Mikroorganismen herstellen zu lassen. Zu diesen Stoffen im Schlafmohn (Papaver somniferum) zählen neben Opiaten wie Morphin oder Codein auch Antibiotika, der krampflösende Wirkstoff Papaverin oder Krebsmittel. Indem die Wissenschaftler die Hefe mit Enzymen etwa der Zuckerrübe (Beta vulgaris) ausstatteten, erzeugten sie aus einem Glukose-Abkömmling den Schlafmohn-Bestandteil Reticulin. Die weiteren Schritte – zu Morphin oder anderen Substanzen – sind nach ihren Angaben eher Formsache.

Reticulin ist entscheidend

„Eigentlich will man bei der Fermentation die Hefe mit einer billigen Zuckerquelle füttern und sie alle weiteren chemischen Schritte machen lassen, um die Zielsubstanz zu gewinnen“, wird der Biotechnologe Dueber in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. „Mit unserer Studie sind nun alle Schritte beschrieben, und es geht nur noch darum, sie zusammenzubringen und die Produktion aufzustocken.“

„Reticulin ist entscheidend, denn von da an sind die molekularen Schritte zur Herstellung von Codein und Morphin durch Hefe schon beschrieben“, sagt der Mikrobiologe Vincent Martin von der Concordia Universität in Montreal (Kanada).

Studie als bahnbrechend eingestuft

Pamela Peralta-Yahya vom Georgia Institute of Technology in Atlanta (US-Bundesstaat Georgia) wertet die Studie in einem „Nature“-Kommentar als bahnbrechend: „Diese Arbeit öffnet die Tür dazu, komplexe BIAs direkt aus Glukose herzustellen.“ Hefe sei der bevorzugte Wirtsorganismus für die Erzeugung pflanzlicher Wirkstoffe und eigne sich gut für die industrielle Produktion.

Allerdings dürfte das Produktionsverfahren Regulierungsbehörden vor neue Herausforderungen stellen, betonen die Forscher. Denn damit könne man Opiate oder andere rechtlich regulierte Stoffe schon in wenigen Jahren selbst erzeugen.

Markt lässt sich dezentralisieren

In einem weiteren „Nature“-Kommentar fordern drei Forscher eine staatliche Regulierung. Derzeit werde etwa Morphin noch aus Schlafmohn produziert, der illegal vor allem in Afghanistan, Mexiko, Laos und Myanmar angebaut werde, schreiben die Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT/USA) und der kanadischen Universität von Alberta in Edmonton.

Mit der neuen Technologie lasse sich der Markt dezentralisieren. „Prinzipiell könnte jeder mit Zugang zu dem Hefe-Stamm und Grundkenntnissen in Fermentierung mit einem Heimset zum Bierbrauen Morphin-produzierende Hefe kultivieren“, schreiben sie. Die Zahl von derzeit etwa 16 Millionen Menschen, die weltweit illegal Opiate konsumieren, könne mit leichterem Zugang und sinkenden Preisen steigen.

Die Kommentatoren fordern, die neuen Hefestämme zu überwachen und nur lizenzierten Forschern zur Verfügung zu stellen. Dueber hält das für schwierig: „Wenn das Wissen darum, wie man einen Opiat-produzierenden Stamm erzeugt, erst einmal da draußen ist, kann das theoretisch jeder mit Grundkenntnissen in Molekularbiologie machen.“

via: www.focus.de/wissen/

Wundermittel Cannabis: Hanf zerstört Krebs

Neue Mechanismen der Anti-Krebs-Wirkung in der Hanfpflanze entdeckt. Forschern der Universität Rostock konnten durch Experimente beweisen, dass spezifische Inhaltsstoffe der Hanfpflanze Krebszellen zerstören können. Die Pharmakologen berichten über ihre Forschungsarbeiten Fachzeitschrift „Biochemical Pharmacology“. Darin beschreiben sie, wie gewonnene Cannabinoide die Zerstörung der Tumorzellen anregen, weil sie ein Protein mit der Bezeichnung „ICAM-1“ auf der Oberfläche von Krebszellen bilden. Die wissenschaftlichen Arbeiten könnten in der perspektivischen Behandlung von Krebs hilfreich sein.

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Beeren töten Krebs in Minuten

Brisbane. Australische Forscher haben eine Regenwaldfrucht entdeckt, die bei Tierversuchen 75 Prozent von Tumoren abtötete. Die Effekte sind bereits innerhalb von Minuten sichtbar – bisher jedoch nur bei Tieren.

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Frucht des Blushwood Tree. Foto: QIMR/ Berghofer Medical Research Institute

Die Regenwaldfrucht Fontainea picrosperma, auch Fountains Blushwood genannt, wird von einheimischen Tieren im Norden Australiens gerne gefressen. Nicht jedoch deren Kerne. Die spucken die Tiere wieder aus. Dies hat die Aufmerksamkeit eines Botanikers erregt. Also untersuchten Wissenschaftler den Samen und entwickelten mit Hilfe des QIMR Berghofer Medical Research Instituts in Brisbane das Präparat EBC-46.

EBC-46 wurde im Rahmen einer achtjährigen Studie 300 Tieren, darunter Mäusen, Katzen, Hunde und Pferde gespritzt. Drei Viertel aller zuvor injizierten Tumore verschwanden und sind bis heute nicht zurückgekommen.

„Sobald wir die Tumore damit injiziert haben, haben sie sich innerhalb von nur fünf Minuten lila gefärbt, innerhalb von zwei Stunden waren sie noch dunkler und am folgenden Tag schwarz“, sagte Glen Boyle, der die Studie am QIMR Berghofer Medical Research Institut leitete. „In den nächsten Tagen bildete sich eine Kruste und nach einer Woche fiel der Tumor ab.“ Dadurch, dass das Präparat gespritzt werden muss, beschränkt es sich auf Krebsarten wie Brust-, Darm-, Prostata- und Hautkrebs oder Tumore im Kopf- und Halsbereich.

Krebserkrankungen, die bereits Metastasen gestreut haben, sind nicht behandelbar. „Im Moment können wir das Präparat nur als Injektion verabreichen, da es die Tumorzellen abtötet, die Blutversorgung zum Tumor abschneidet und hilft, das Immunsystem zu aktivieren“, sagte Boyle. „Vor allem wegen letzterem müssen wir es lokal verabreichen, da es ansonsten andere negative Nebenwirkungen haben könnte.“

Am meisten erstaunte den Wissenschaftler jedoch, mit welcher Geschwindigkeit das Extrakt der Regenwaldfrucht Tumore abtötet. „Sichtbare Veränderungen gibt es bereits nach fünf Minuten.“ Normalerweise zeige eine Tumorbehandlung erst nach mehreren Wochen Erfolge. EBC-46 wirke jedoch extrem schnell, erklärte der australische Wissenschaftler.

Nachdem die Tierversuche mit erstaunlichen Erfolgen von 75-prozentiger Heilung abgeschlossen wurden, sollen in den kommenden Monaten nun die ersten klinischen Studien am Menschen folgen. Die Zulassung für die Phase I klinischer Studien wurde bereits erteilt. Nun soll der Wirkstoff an wenigen, etwa 10 bis 30 Freiwilligen getestet werden.

Eine weitere Gruppe Wissenschaftler beschäftigt sich zur gleichen Zeit mit der Pflanze, von der das neue Heilmittel stammt, dem „Blushwood Tree“, der nur in manchen Regenwaldregionen im Norden Australiens vorkommt. Diese Gruppe soll untersuchen, unter welchen Bedingungen der Baum genau wächst und ob er vielleicht kommerziell angebaut werden könnte.

Obwohl Glen Boyle optimistisch ist, dass seine „Wunderfrucht“ auch beim Menschen effektiv sein wird, sieht er das neue Präparat nicht als Ersatz für eine Chemotherapie oder für Operationen. „Das Produkt kann aber eine zusätzliche Behandlungsmethode sein und beispielsweise bei Menschen zum Einsatz kommen, bei denen andere Therapien nicht geholfen haben oder bei älteren Menschen, die zu schwach für eine weitere Runde Chemotherapie sind.“

Der Weg zum Medikament

Wirkstoff Bei dem aus dem australischen Blushwood Tree gewonnenen EBC-46 handelt es sich um einen neuen Wirkstoff aus der Gruppe der Diterpen-Ester. Er kann die so genannte Proteinkinase aktivieren, ein Signaleiweiß in der Zelle, das die Zellteilung und das Zellwachstum beeinflusst.

Lange Strecke Dr. Susanne Weg-Remers, Leiterin des Krebsinformationsdienstes in Heidelberg nennt die Anti-Krebs-Effekte des australischen Mittels EBC-46 im Mausmodell „vielversprechend“. Allerdings seien die Ergebnisse nicht ohne weiteres auf den Menschen übertragbar. Vor einem Einsatz zur Behandlung von Patienten müssen mit EBC-46 zunächst Studien bei Menschen erfolgen. Die klinische Arzneimittelprüfung dauert etwa neun Jahre.

Studienphasen Unterschieden werden die Studienphasen I bis IV: In den Phasen I und II steht das Bestimmen der geeigneten Dosierung und der Verträglichkeit einer neuen Substanz im Vordergrund sowie die Definition der Krankheitsbilder, die ein Ansprechen auf die Therapieform zeigen. In den Phase-III-Studien wird die Wirksamkeit der Therapie bei bestimmten Erkrankungen geprüft. In der Regel vergleicht man mit der Standardtherapie oder einem Scheinmedikament (Plazebo). Ein zufällig ausgewählter Teil der Patienten erhält die neue Therapie, der andere Teil die bereits etablierte oder das Plazebo (so genannte randomisierte Studie). Unter Phase IV der klinischen Prüfung versteht man die Studien nach der Einführung des Mittels in den klinischen Alltag.

via: www.swp.de/

Astronauten sollen auf dem Mars Gemüse ernten

Gurken- und Tomatenzucht im All: Forscher wollen die Nahrung von Astronauten revolutionieren. Sie entwickeln Gewächshäuser, die an Bord der ISS oder auf dem Mars frisches Gemüse und Obst liefern sollen.

Daniel Schubert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen präsentiert einen Salatkopf, der in einem Labor gezüchtet wurde. Ziel ist es, Gewächshäuser für das Weltall zu entwickeln.

Daniel Schubert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen präsentiert einen Salatkopf, der in einem Labor gezüchtet wurde. Ziel ist es, Gewächshäuser für das Weltall zu entwickeln.

Daniel Schubert ist eigentlich kein passionierter Gärtner. Dem Bremer Ingenieur vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) liegen eher technische Tüfteleien. Dennoch züchtet Schubert zusammen mit Kollegen zurzeit Salat. Allerdings nicht auf herkömmliche Weise, sondern im sterilen Labor.

Unter pinkfarbenem Licht wachsen in einem Zeltschrank Dutzende kleine Salatköpfe auf mehreren Ebenen übereinander. Ziel der Forschung ist die Entwicklung ressourcenschonender Gewächshäuser für das All.

„Jedes Kilo, das von der Erde in den Orbit gebracht wird, kostet bis zu 20.000 Euro“, erklärt Schubert. „Wird das Kilo auf den Mars transportiert, sind wir schon fast im Millionenbereich.“

Astronauten können Nahrung selbst produzieren

Für eine mögliche Marsmission, die zwei bis drei Jahre dauert, würden für die sechs Astronauten mehrere Tonnen an Spezialnahrung benötigt. Gewicht gespart werden könnte, wenn vorzugsweise Samen mitgenommen würden. „Die Astronauten könnten damit frische Nahrung produzieren“, sagt Schubert.

Ein weiterer Vorteil des Gärtnerns: Die Pflanzen produzieren Sauerstoff. Und sie geben viel Wasser ab, woraus Trinkwasser gewonnen werden könnte. Ganz wichtig sei auch die psychologische Wirkung.

„Wer drei Jahre in einer Blechdose verbringt, mit künstlichem Licht, vielen Kabeln und einem hohen Geräuschpegel, der möchte wenigstens etwas Grünes um sich haben“, sagt Schubert.

Frisches Essen hebt die Stimmung

Das wurde auch auf der Internationalen Raumstation (ISS) beobachtet: „Die Astronauten gehen in ihrer Freizeit gerne zu den Experimenten mit Pflanzen und tätscheln sie.“ Gutes, frisches Essen hebt zudem die Laune.

„Eden“ nennt sich das vom DLR federführend geleitete Projekt. Der Name ist Programm. „Wir schaffen den ersten Garten auf einem fremden Planeten“, sagt Ingenieur Schubert.

Noch steckt die Forschung in den Kinderschuhen. Der erste bereits geerntete Salat schmeckte auch nicht besonders gut. Dennoch haben sich die Forscher ein erstes Ziel gesteckt. 2016/17 soll ein Gewächshaus neun Monate lang in einer unwirtlichen Umgebung auf Erden getestet werden – an der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in der Antarktis.

Experimente im Eis und an Bord eines Satelliten

Das Experiment vor Ort betreuen wird der DLR-Ingenieur Paul Zabel. Zusammen mit neun AWI-Forschern wird Zabel im ewigen Eis überwintern. „Das Projekt kommt einer Raumfahrtmission sehr nah, daher hatte ich gleich großes Interesse daran“, sagt der 27-Jährige.

Außerdem soll 2016 ein Gewächshaus an Bord eines Satelliten ins Weltall starten, in dem ein kombiniertes Lebenserhaltungssystem das Abfallprodukt Urin zu Dünger verwertet und so das Wachstum von Tomaten für Mond- und Marshabitate sowie Langzeitmissionen ermöglicht. Die Mission wird über ein Jahr laufen, anschließend verglüht der Satellit in der Atmosphäre.

Während der Mission sollen Kameras und Sensoren erfassen, welche Prozesse im Inneren der Gewächshäuser ablaufen: Wie verläuft das Wachstum der Tomaten und ihre Fotosynthese? Welchen pH-Wert und welche Sauerstoffkonzentration hat das Wasser, das in einem Kreislaufsystem die Stoffe durch das gesamte Gewächshaus transportiert.

Tomaten- und Gurkenzucht ist schwierig

Doch bis dahin muss noch viel Vorarbeit geleistet werden. Gezüchtet werden soll alles, was leicht verderblich ist. „Wir wollen erst einmal den Salat beherrschen, dann kommen die Radieschen“, sagt Schubert. „Das schwierigste sind Tomaten und Gurken.“

Noch stehen die Gewächshäuser in einem Labor, gleich neben der Tiefgarage des DLR in Bremen. Wer den Raum betreten will, muss Schutzkleidung anziehen und wegen der UV-Strahlen der LED-Panels eine Schutzbrille tragen.

Die Pflanzen wachsen in einem geschlossenen System extrem schnell. Sie werden bis zu 24 Stunden am Tag mit Licht verwöhnt. Erde wird nicht benötigt. Die Pflanzen hängen in der Luft, die Wurzeln werden ständig mit einer Nährstofflösung besprüht. Was nicht sofort aufgenommen wird, wird aufgefangen und wiederverwendet.

„Pestizide brauchen wir auch nicht, da in einem geschlossenen System keine Schädlinge eindringen können“, sagt Schubert. Später könnten die Gewächshäuser zum Beispiel aufblasbar sein.

Noch ist das meiste nur Theorie, die sich in der Praxis noch bewähren muss. „Auf dem Mond oder Mars wäre es fatal, wenn sich herausstellen würde, dass es nicht funktioniert“, sagt Schubert.

via: http://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/

Flugzeuge per Gedanken steuern

Erfolgreiche Simulation. Werden Flugzeuge bald per Gedanken gesteuert? Mit den eigenen Gedanken ein Flugzeug steuern: Was nach Science-Fiction klingt könnte bald Realität sein. In München haben Probanden nun erstmals wirklichkeitsnahe Tests im Flugsimulator überstanden – mit überraschenden Ergebnissen.
Allein durch gedachte Kommandos können Piloten möglicherweise einmal ihr Flugzeug steuern. Das hirngesteuerte Fliegen habe erstmals am Simulator funktioniert – und zwar mit überraschender Genauigkeit, teilte die Technische UniversitätMünchen(TUM) am Montag mit. Elektrische Potenziale werden dabei in Steuerbefehle umgewandelt.

„Es ist nicht so, dass direkt Gedanken gelesen werden, sondern in dem Experiment stellt sich der Pilot Bewegungen seiner Hände vor. Wenn er das nicht macht, fliegt das Flugzeug im Idealfall geradeaus weiter“, sagte Luft- und Raumfahrtingenieur Tim Fricke, der das Projekt an der TUM leitet.

Denke der Pilot etwa ans Essen, ändere das nichts am Flug, da bei Hunger andere Neuronen aktiv würden. „Es ist meines Wissens das erste Mal, dass das in einem realitätsnahen Simulator gemacht worden ist“, sagte Fricke. Es habe aber schon ähnliche Experimente mit Drohnen und mit Autos gegeben.



Guillermo Falconi probt das hirngesteuerte Steuern eines Flugzeugs in Garching bei München

Per Gedankenlenkung die Flugprüfung bestehen?

Bei dem Gemeinschaftsprojekt mit der TU Berlin werden Hirnströme gemessen, die für das Lenken zuständig sind. „Allerdings ist eine Idee, dass es andersherum funktionieren könnte. Nämlich dass man als Mensch lernt, Hirnströme zu erzeugen und zu lenken – wie man lernt, ein Musikinstrument zu spielen“, ergänzte Fricke. Auch dazu gebe es bereits Versuche.
Bei dem Flugtest stiegen sieben Probanden mit unterschiedlichen Kenntnissen in denFlugsimulator

. Ein Teilnehmer hatte gar keine praktische Erfahrung im Cockpit. Die Genauigkeit, mit der die Versuchspersonen allein durch gedachte Kommandos den Kurs halten konnten, hätte teils sogar den Anforderungen einer Flugschein-Prüfung genügt, sagte Fricke. Auch der Landeanflug bei schlechter Sicht sei einigen gut gelungen.

Welche Probleme nun gelöst werden müssen

Die Forscher beschäftigen sich nun mit Anforderungen an das Steuerungssystem und die Flugdynamik. Der Pilot spürt normalerweise Widerstände bei der Steuerung und muss Kraft aufwenden, wenn das Flugzeug zu sehr belastet wird. Das fällt beim hirngesteuerten Fliegen weg. Daher müsse der Pilot auf alternativen Wegen eine Rückmeldung erhalten, ob er etwa das Flugzeug zu stark beansprucht.

Die Forscher wollen ihr Projekt Ende September beim Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress vorstellen. Bis zur Anwendung wird es aber noch lange dauern. Fricke: „Bis es überhaupt die technische Reife erlangt hat, vergehen sicher noch Jahre, Jahrzehnte.“

via: http://www.focus.de/wissen/technik/

Künstliches Leben: Forscher erschaffen Chromosom

Sensation mit Hefe. Sieben Jahre dauerte es, jetzt haben Forscher ein synthetisches Hefe-Chromosom konstruiert – von seinem natürlichen Vorbild kaum zu unterscheiden. Es ist ein Durchbruch auf dem Weg zu komplexen künstlichen Lebewesen, denn bisher wurden nur Bakterien nachgebaut.

Chromosomen tragen die Erbinformationen von Lebewesen – Wissenschaftlern ist es nun gelungen, eine solche Struktur aus der Bäckerhefe künstlich nachzubauen. Das Designer-Chromosom sei voll funktionsfähig, Hefezellen mit ihm unterschieden sich nicht von natürlichen Hefezellen, berichten die Forscher im Fachblatt „Science“. Ziel der Methode sei es, künftig gezielt Lebewesen zu entwerfen, die bestimmte Kraftstoffe, Arzneimittel oder andere Substanzen herstellen.

Als Chromosomen werden die Strukturen in den Zellen bezeichnet, die die Gene – die Erbinformationen – des jeweiligen Lebewesens enthalten. Menschen haben 23 Chromosomen-Paare, die gewöhnliche Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) hat 16. Dank der raschen technologischen Fortschritte und der sinkenden Kosten bei der Synthese von DNA haben Wissenschaftler in den vergangenen Jahren bereits einige bakterielle Chromosomen und Erbgut von Viren im Labor nachgebaut.

Mit dem Chromosom der Hefe sei nun erstmals ein Chromosom eines sogenannten eukaryotischen Lebewesens synthetisch hergestellt worden, schreiben die Forscher. Unter diesem Begriff werden Lebewesen mit einem Zellkern in den Zellen zusammengefasst – etwa Pflanzen, Tiere oder Pilze. Sie werden in der Biologie von den Prokaryoten unterschieden, zu denen Bakterien und Archaebakterien gehören.

Konstruktion des Genoms dauerte sieben Jahre

Das Forscherteam um Jef De Boeke von der Johns Hopkins University in Baltimore baute das Chromosom III der Hefe nach, das drittkleinste der 16 Chromosomen. Die Abfolge seiner Bausteine – insgesamt besteht es aus mehr als 316 000 solchen Basenpaaren – ist bereits seit über 20 Jahren bekannt.

Die Forscher entfernten zunächst im Computer aus dieser Sequenz alle überflüssigen oder sich wiederholenden Abschnitte. Sie fügten aber auch einige Basenpaare zu der ursprünglichen Abfolge hinzu. Diese dienten als Markierung oder dazu, bestimmte Gene später zu löschen oder zu verändern. Anschließend machten sie sich daran, das Chromosom basierend auf dieser Sequenz zu synthetisieren. Die gesamte Konstruktion dauerte sieben Jahre.

Genom-Veränderungen sind ein „Glücksspiel“

Das fertige „snyIII“ ist mit gut 272 000 Bausteinen etwas kleiner als sein natürliches Gegenstück. Es funktioniert allerdings offenbar genauso: Hefezellen mit dem synthetischen Chromosom unterschieden sich nicht von den rein natürlichen Vorbildern. “ Wenn man das Genom verändert, ist das ein Glücksspiel. Eine falsche Veränderung und die Zelle stirbt“, sagte De Boeke. „Wir haben über 50 000 Veränderungen in dem Chromosom vorgenommen, und unsere Hefe lebt immer noch. Das ist bemerkenswert.“

In weiteren Versuchen testeten die Wissenschaftler, welche der Gene unter bestimmten Bedingungen für das Überleben der Hefe notwendig sind. Dies gehört zu den Grundfragen beim Nachbau von Lebewesen in der synthetischen Biologie. „Rasche Fortschritte in der synthetischen Biologie in Kombination mit den sinkenden Kosten der DNA-Synthese lassen es bald möglich erscheinen, neue eukaryotische Genome – inklusive Genome von Pflanzen und Tieren – mit synthetischen Chromosomen zu bauen“, schreiben die Wissenschaftler.

via: http://www.focus.de/wissen/natur/

Kontrollierte Kernfusion: Sonnenfeuer-Experimente liefern erstmals ein Energie-Plus

US-Forscher haben einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur kontrollierten Kernfusion erreicht: Unter Laserbeschuss verschmolzen Wasserstoffkerne in Sekundenbruchteilen und setzten mehr Energie frei als hineingepumpt wurde.

Die Sonne macht es vor: In ihrem heißen, dichten Zentrum verschmilzt unablässig Wasserstoff zu Helium. Dabei wird Energie frei, am Himmel als feurige Sonnenglut zu erkennen. Es ist ein lang gehegter Wissenschaftler-Traum, diese Kernfusion auf der Erde nachzuahmen: Die überschüssige Energie könnte billig, klimaschonend und ungefährlich den Bedarf der Menschheit decken. Jetzt vermelden US-Forscher im Fachblatt Nature einen wichtigen Schritt auf diesem Weg: Unter Laserbeschuss verschmolzen Wasserstoffkerne in Sekundenbruchteilen und setzten dann erstmals mehr Energie frei als die Laser hineingepumpt hatten.

Energieplus in Kernfusionsexperiment


Die gekühlte Haltevorrichtung für den Reaktionszylinder ? die Fusionskammer. Quelle: LLNL

Enormer Gerätepark

„Es ist uns gelungen, aus der Kernfusion mehr Energie herauszubekommen, als das Brennstoffkügelchen vorher aufgenommen hatte“, erklärt Omar A. Hurricane, Physiker an der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory. Die Experimente hätten das Zehnfache früherer Versuche geliefert und damit endlich den – wenn auch winzigen – Überschuss erreicht. Dafür hatte Hurricanes Team einen enormen Gerätepark aufgebaut: Insgesamt 192 Hochenergie-Laser füllten eine ganze Halle und zielten mit ihrer Gesamtleistung von tausend Milliarden Watt auf die Mitte eines nur bohnengroßen Metallzylinders. Innen mit Gold beschichtet, saß im zentralen Hohlraum des Zylinders eine tiefgekühlte Brennstoffkapsel mit Deuterium- und Tritium-Atomen. Diese beiden Varianten schweren Wasserstoffs verschmelzen besonders gut.

Der Erfolg der Forscher zeigte sich dann in der ausgeklügelten Abfolge der Laserpulse: Binnen weniger millionstel Sekunden pumpten die Geräte ihre gesamte Energie in den Hohlraum und erzeugten eine Schockwelle aus Röntgenstrahlung, die die Wasserstoffprobe auf knapp ein Drittel ihrer Größe zusammenpresste. Dabei erhitzte sie auf mindestens 100.000.000 °C und bildete ein glühendes Plasma. In Dichte und Temperatur entspricht das dem Zentrum der Sonne und ist die Voraussetzung für die erhoffte Kernfusion.

17,3 Kilojoule

Damit das Plasma überhaupt entsteht und nicht sofort wieder zusammenbricht, müssen die Laserpulse optimal geformt und synchronisiert sein – das hatten Hurricane und Kollegen in den vergangenen Jahren immer weiter optimiert. Und tatsächlich fanden sich unter mehreren Dutzend Durchläufen insgesamt vier, bei denen die im Zylinder entstandene Fusionsenergie größer war als jene, die die Laser zuvor hineingepumpt hatten. Ein Meilenstein.

Zwar entsprach dieser Netto-Gewinn nur maximal 17,3 Kilojoule – etwa dem Energiegehalt von anderthalb Mignon-Batterien. Doch ist dies etwa zehnmal mehr als bisherige Deuterium-Tritium-Verschmelzungen geliefert hatten. Allerdings gilt der Energie-Überschuss nur für In- und Output des Brennstoffkügelchens. Würden die gesamten Energiekosten des Experimentes mit eingerechnet, rutscht die Bilanz wieder tief ins Minus. Denn schon von der Energie, welche die Laser in den Hohlraum feuerten – bis zu 1,9 Megajoule –, wurde nur ein Hundertstel auf den Brennstoff übertragen. Der Rest ging bei anderen Prozessen verloren, etwa beim Verdampfen des Zylinders.

Selbsterhitzende Alpha-Teilchen

Entsprechend arbeiten die Forscher weiterhin daran, den Fusionsprozess zum Selbstläufer zu machen. „Das wirklich Aufregende ist, dass wir einen stetig wachsenden Anteil an Energie von jenem selbstverstärkenden Prozess bekommen, den wir Selbsterhitzen der Alpha-Teilchen nennen“, erklärt Hurricane. Damit benennt er das Hauptziel: Der Fusionsprozess wird erst dann als Energiequelle nutzbar sein, wenn Wasserstoffkerne nicht nur im Moment des Befeuerns verschmelzen, sondern in einer Kettenreaktion auch benachbarte Brennstoffkerne zum Verschmelzen bringen. Die Selbsterhitzung gilt als Schlüssel für die ersehnte Zündung der Kettenreaktion – im Versuch trugen die entstandenen Alphateilchen mit rund einem Drittel zur Energiebilanz bei.

Die Kernfusion gilt als Energiequelle der Zukunft, weil sie prinzipiell das Gegenteil der Kernspaltung ist, bei welcher große Atomkerne zu kleineren, radioaktiven Kernen zerfallen. Anders als in heutigen Atomkraftwerken entsteht vor allem ungefährliches Helium. Seinen großen Kern bilden mehrere Kerne des kleineren Wasserstoffatoms. Zum Zusammenhalt benötigen sie weniger Energie als zuvor, so dass Licht- und Wärmeenergie frei wird.

Zur Zündung der Fusions-Kettenreaktion müssen die Startatome soweit befeuert werden, dass sie implodieren und dabei die nötige Hitze und Druck erzeugen. Im Gegensatz zur Atomspaltung bricht die Kettenreaktion aber sofort zusammen, wenn die kontinuierliche Brennstoffzufuhr stoppt. Als künftige Energiequelle gilt die kontrollierte Kernfusion auch deshalb, weil Wasserstoff als Brennstoff quasi unbegrenzt vorhanden ist und keine Treibhausgase entstehen. Theoretisch könnte jedes Gramm Brennmaterial 80 bis 100 Kilowattstunden an Energie liefern – damit ließen sich rund 350 Haushalte einen Monat lang versorgen.

Zwei Wege zum Fusionsreaktor

Allerdings kämpfen Teams weltweit auf dem Weg zur technischen Umsetzung mit den Tücken der Praxis. „Wann uns die Zündung gelingt, ist zurzeit noch nicht absehbar“, erklärt Hurricane – davon sei sein Experiment noch weit entfernt. Wissenschaftler wollen das Ziel Fusionsreaktor vor allem auf zwei Arten erreichen: Per blitzartiger Laserbefeuerung wie am kalifornischen NIF, der so genannten Trägheitsfusion, bei der allerdings weitaus öfter und kontinuierlicher gefeuert werden müsste als im aktuellen Experiment. Oder per „Magnetfusion“, wobei Wasserstoffgas und später das heiße Fusionsplasma durch starke Magnetfelder eingeschlossen wird.

Europa setzt seine Hoffnungen eher auf den Forschungsreaktor ITER, der nach diesem Prinzip arbeiten soll und derzeit in Südfrankreich entsteht. Er soll beweisen, dass ein Fusionskraftwerk in rund 40 Jahren möglich sein wird. In Greifswald entsteht zurzeit ein kleineres Fusionsreaktor-Experiment, das Projekt Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP).

Die jüngsten Versuche am Lawrence Livermore National Laboratory, an dem auch Militärforschung betrieben wird, liefern nicht nur der Fusionsforschung wichtige Einsichten. Sie helfen auch dem Verständnis der Atomwaffenphysik, denn die Abläufe bei der Trägheitsfusion entsprechen grob jenen bei der Explosionszündung einer Wasserstoffbombe. Simulationen und Analysen in diesem Bereich helfen auch dabei, existierende Thermonuklearwaffen instandzuhalten. Denn aktuell ist das aktive Testen von Kernwaffen durch internationale Verträge verboten.

via: http://www.heise.de/newsticker

13,6 Milliarden Jahre alter Stern entdeckt

Mit seinen 13,6 Milliarden Jahren haben australische Wissenschaftler den ältesten jemals entdeckten Stern ausfindig gemacht. Der Stern soll den Berechnungen zufolge 200 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sein. Damit existierte er bereits während der Anfänge des Universums.


Wissenschaftler haben den bisher ältesten Stern gefunden. Er ist 13,6 Milliarden Jahre alt.

Wissenschaftler haben den bisher ältesten Stern entdeckt. Der Stern ist 13,6 Milliarden Jahre alt und entstand rund 200 Millionen Jahre nach dem Urknall. Damit existierte der Stern bereits während der Anfänge des Universums. Die australischen Wissenschaftler veröffentlichten ihre Entdeckungen in der Zeitschrift Nature. Bisher galten zwei Himmelskörper mit einem Alter von 13,2 Milliarden Jahren als die ältesten entdeckten.

Das neu gefundene Objekt trägt die Nummer SMSS J031300.36-670839.3. Der jetzt gefundene Stern sei zudem nah an der Erde dran. Der Stern liege in der Milchstraße und 6000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Das Alter des Sterns haben die Entwickler aufgrund des Fehlens des Eisens im Lichtspektrum des Stern nachgewiesen, wie die Wissenschaftler gegenüber der Nachrichtenagentur AFP erklärten.

Den Wissenschaftlern zufolge würde der Eisenanteil im Universum mit der Zeit steigen. Der Eisenanteil des neu gefundenen Sterns sei sechzig Mal geringer als bei anderen Sternen. Dementsprechend ist der Stern der älteste, der jemals gefunden wurde.

via: 20min.ch.

Sperma inaktiv – Pille für den Mann rückt näher

Forscher wollen der „Pille für den Mann“ nähergekommen sein: Mit einem Wirkstoff unterdrückten sie bei Mäusen zwar nicht die Ejakulation, wohl aber das mitreisende Sperma. Eine fertige Tablette steht aus.


Forschern ist es gelungen, bei Mäusen den Transport von Sperma gegen Ende des Geschlechtsaktes zurückzuhalten

Australische Forscher sind auf dem Weg zur „Pille für den Mann“ einen wichtigen Schritt weiter gekommen. Den Wissenschaftlern von der Monash University in Melbourne gelang es, zwei für den Transport des Spermas zuständige Proteine auszuschalten, wie es in einer am Dienstag in der US-Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Science veröffentlichten Studie hieß.

Die Proteine in Muskelzellen, die den Sperma-Transport während der Ejakulation kontrollieren, wurden demnach genetisch so verändert, dass das Ergebnis „vollständige männliche Unfruchtbarkeit“ sei, erklärte der Forscher Sabatino Ventura. Allerdings werde bei dieser nicht hormonellen Methode weder die langfristige Lebensfähigkeit des Spermas noch die „sexuelle oder allgemeine Gesundheit“ der männlichen Mäuse geschädigt. „Das Sperma ist da, aber der Muskel erhält nicht die chemische Botschaft zum Transport“, erklärte Ventura.

Marktfreiheit in zehn Jahren möglich

Ventura, der für die Studie auch mit Wissenschaftlern der britischen Universität Leicester zusammenarbeitete, will nun den genetischen Prozess chemisch nachbilden, um ihn beim Menschen anzuwenden. In etwa zehn Jahren könnte es nach seiner Einschätzung soweit sein für die „Pille für den Mann“. „Der nächste Schritt ist jetzt die Entwicklung einer Tablette, deren Wirkung effizient, sicher und leicht umkehrbar ist“.

Bisherige Versuche bei der Entwicklung einer Verhütungspille für Männer waren entweder auf hormoneller Basis oder hatten unfruchtbares Sperma produziert. Solche Methoden können jedoch die sexuelle Aktivität beeinträchtigen und langfristige und potenziell irreversible Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit haben.

Dagegen zeigte sich Ventura überzeugt, dass seine Methode keine Beeinträchtigungen für den Mann haben werde. „Wenn Du ein junger Mann bist und in das Alter kommst, in dem Du Kinder haben willst, hörst Du auf, (die Pille) zu nehmen, und alles sollte in Ordnung sein“, sagte der Forscher dem Fernsehsender ABC.

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