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Ausgewählte Publikationen der Fakultät 2014

Hier finden Sie eine Auswahl von 2014 veröffentlichten Forschungsergebnissen der Biologisch-Pharmazeutischen Fakultät.


Publikation

Abbildung

Bemerkungen

Ott, D.; Kralisch, D.; Denčic, I.; Hessel, V.; Laribi, Y.; Perrichon, P. D.; Berguerand, C.; Kiwi-Minsker, L.; Loeb, P., Life Cycle Analysis within Pharmaceutical Process (Re)-Design and Intensification: Case Study of an Established API Production Process. ChemSusChem 2014, 7, (12), 3521-3533
GreenAPI

Viele offene Fragen bei der Entwicklung umweltfreundlicher Syntheseverfahren für pharmazeutisch aktive Substanzen (API).


Themen wie Prozessoptimierung und -intensivierung, kontinuierliche Reaktionsführung in Kombination mit einer Reduktion von Umweltauswirkungen nehmen nicht zuletzt aus Wettbewerbsgründen einen zunehmend hohen Stellenwert in der pharmazeutischen Industrie ein. Wie die Produktion eines Wirkstoffes hinsichtlich dieser Kriterien verbessert werden kann, zeigt das Team um D. Kralisch in einem europäischen Verbundprojekt anhand des Herstellungsprozesses für eines neues Krebstherapeutikum des Unternehmens Sanofi. Durch einen Maßnahmenkatalog aus Mikroverfahrenstechnik, Wechsel des Katalysatorsystems, Verbesserung der Aufarbeitung etc. im Zusammenspiel mit einer das Re-Design begleitenden Prozessbewertung werden nicht nur eine Reduktion von ökologischen Auswirkungen von mehr als 60 % sondern auch eine Minderung der Produktionskosten um mehr als 30 % möglich.


E. Andrada., , , ,
Trunk orientation causes asymmetries in leg function in small bird terrestrial locomotion. Proceedings of the Royal Society B 2014
DOI: 10.1098/rspb.2014.1405

Pressemitteilung: http://idw-online.de/de/news617454
 Wachteln Während der Mensch beim Gehen den Oberkörper weitgehend senkrecht hält und den Körperschwerpunkt so direkt über den Beinen positioniert, ist der Körper der Vögel waagerecht nach vorn ausgerichtet, was auf den ersten Blick höchst unvorteilhaft erscheint. Gemeinsam mit Kollegen hat der Bewegungswissenschaftler daher untersucht, wie sich diese Körperorientierung der Vögel beim Laufen auf die Funktionsweise ihrer Beine und die Stabilität beim Gehen auswirkt. Die erste detaillierte Analyse dieser Art hat das Jenaer Team jetzt in den "Proceedings of the Royal Society B" veröffentlicht
(DOI: 10.1098/rspb.2014.1405 ).
Robert Müller, Ondra Stranik, Florian Schlenk, Sebastian Werner, Daniell Malsch, Dagmar Fischer, Wolfgang Fritzsche
Optical detection of nanoparticle agglomeration in a living system under the influence of a magnetic field
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2014
DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.10.043

 


 Ei

Dass Hühnereier nicht nur zum Frühstück taugen, sondern auch ein wertvolles Werkzeug in der Charakterisierung von Nanopartikeln sind, konnte in der Zusammenarbeit zwischen Pharmazeuten und Photonikern gezeigt werden. Zellkulturen spiegeln Verteilungsvorgänge und dynamische Prozesse im Körper nicht wieder. In unseren Versuchen konnte am Blutgefäßsystem von schalenlosen Hühnereiern gezeigt werden, dass das Fliessverhalten von Nanopartikeln in der Blutbahn, mögliche Interaktionen mit Blutbestandteilen, Toxizitäten und Einfluss eines magnetischen Feldes (z.B. in der Tumortherapie) online sichtbar gemacht werden können. Das Hühnereimodell eignet sich damit als schnelles, tierversuchsfreies und kostengünstiges Modell in der präklinischen Entwicklung von Nanopartikeln.

Bernhard Misof et al.
Phylogenomics resolves the timing and pattern of insect evolution.
Science 2014,  346 (6210), 763-767
DOI: 10.1126/science.1257570
Insekten
Das zusammengesetzte Bild einzeln fotografierter Insekten aus dem Phyletischen Museum in Jena zeigt einen kleinen Bruchteil ihrer ungeheuren Vielfalt.
Bild: Dr. Hans Pohl, FSU Jena
Wissenschaftlern des internationalen 1KITE Projektes (1000 Insect Transcriptome Evolution, www.1kite.org) ist es gelungen mit einem Datensatz von 1478 Genen von 144 Insektenarten, der Entwicklung völlig neuer Analyseverfahren und der Verwendung von Höchstleistungsrechnern (wie z.B. dem SuperMUC in München und CHEOPS in Köln) die stammesgeschichtliche Entwicklung dieser Insekten aufzuklären und zu datieren.
Mit der Veröffentlichung dieser Arbeit in der Fachzeitschrift Science werden die Grundlagen für ein besseres Verständnis der Evolution dieser Tiergruppe gelegt. Dieses Wissen ist deshalb von so großer Bedeutung, weil unsere terrestrischen Lebensräume sowohl in kultureller als auch in kommerzieller Hinsicht entscheidend von Insekten geprägt werden.
Prof. Dr. Rolf Beutel aus dem Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum der Friedrich-Schiller-Universität Jena weist darauf hin, dass zur Klärung der Evolution dieser enormen Artenvielfalt und des ökologischen Erfolgs der Insekten, die Rekonstruktion des Stammbaumes eine elementare Voraussetzung ist.
Quelle: Pressemitteilung von Donnerstag, 6. November 2014, Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig - Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

Martin Bommer, Cindy Kunze, Jochen Fesseler, Torsten Schubert, Gabriele Diekert, Holger Dobbek
Structural basis for organohalide respiration
Science, 2014, 346 (6208): 455-458
DOI: 10.1126/science.1258118


 
RDaseKlein



Der Röntgenstrukturanalyse der RDase geht die Kristallisation des gereinigten Proteins voraus (siehe Schema).

Anaerobe Bakterien können verschiedene anorganische und organische Verbindungen als terminale Elektronenakzeptoren in Energie-konservierenden Atmungsprozessen nutzen. Hierzu zählen unter anderem die sogenannten Organohalide. Diese Kohlenwasserstoffe enthalten mindesten einen Halogensubstituenten, vornehmlich Chlor oder Brom. Zu ihnen zählen giftige Verbindungen, wie Tetrachlorethen, welche sich in der Natur als Schadstoffe anreichern. Das Schlüsselenzym für die Reduktion dieser Verbindungen und damit einhergehend ihrer Dehalogenierung und Entgiftung ist die reduktive Dehalogenase (RDase). In der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, die Kristallstruktur einer solchen respiratorischen RDase zu entschlüsseln. Das Enzym katalysiert die Dehalogenierung von Tetrachlorethen über Trichlorethen zu Dichlorethen. Für die enzymatische Katalyse sind verschiedene Metallkofaktoren essentiell. Neben zwei Eisen-Schwefel Clustern ist im Enzym ein Vitamin B12-Derivat enthalten, wobei letzteres im aktiven Zentrum direkt an der Katalyse beteiligt ist. Die Nutzung des Vitamin B12 als Kofaktor in einer terminalen Reduktase stellt innerhalb der diversen bakteriellen Atmungsketten ein Novum dar. Es wird erwartet, dass basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen zur räumlichen Struktur der RDasen nun deren Reaktionsmechanismus gezielter untersucht werden kann.


Daniel Reker, Anna M. Perna, Tiago Rodrigues, Petra Schneider, Michael Reutlinger, Bettina Mönch, Andreas Koeberle, Christina Lamers, Matthias Gabler, Heinrich Steinmetz, Rolf Müller, Manfred Schubert-Zsilavecz, Oliver Werz, Gisbert Schneider
Revealing the macromolecular targets of complex natural products.
Nature chemistry 2014
DOI:10.1038/nchem.2095


 
ArchazolidKlein


Bild in Originalauflösung.

Es sind zwar Hunderttausende aus der Natur stammende Wirkstoffe bekannt, wie sie genau wirken, ist bei den meisten jedoch nicht klar. Bisher dienten zur Klärung des Wirkungsmechanismus aufwendige Laborversuche, und meist wurde nur diejenige Zielstruktur eines Stoffs erkannt, mit der er am stärksten interagiert. Diese eine Wechselwirkung allein kann aber oft nicht die gesamte Wirkung eines Naturstoffs erklären. Mithilfe der neuen computerbasierten Methode konnten eine Vielzahl möglicher Zielstrukturen von 210.000 bekannten Naturstoffen vorhergesagt werden. Die Software arbeitet dabei mit einem Trick: Anstatt von der kompletten, oft komplexen chemischen Struktur der Naturstoffe auszugehen, zerlegt sie diese in kleine Fragmente. Diese benutzt ein Algorithmus als Grundlage, um chemische Datenbanken nach möglichen Interaktionspartnern zu durchforsten. Die Methode wurde exemplarisch an Archazolid A, einem natürlichen anti-tumoralen Wirkstoff, geprüft. Von dieser Substanz war bereits eine Zielstruktur bekannt, es gab jedoch Hinweise, dass Interaktionen mit weiteren Zellbestandteilen für die Anti-Tumor-Wirkung verantwortlich sind. Diese konnten mithilfe der Software identifiziert und anschließend biochemisch validiert werden. Die Methode könnte künftig genutzt werden kann, um auch für andere biologisch hochaktive Naturstoffe Hinweise auf deren Wirkungsmechanismus zu erhalten.

Astrid Müller, Matthias Zink, Nadine Hessler, Falko Wesarg, Frank A. Müller, Dana Kralisch, Dagmar Fischer
Bacterial nanocellulose with a shape-memory effect as potential drug delivery system strategy.
RSC Advances, First published online 27 Oct 2014
DOI: 10.1039/C4RA09898F

 



 
Nanocellulose
Bakterielle Nanocellulose erfährt bei Trocknung an der Luft einen strukturellen Kollaps und lässt sich nicht mehr rehydratisieren. Bisher waren kosten- und zeitaufwendige Verfahren notwendig, um das Material überhaupt in eine trockene Form überführen zu können. Hier ist es nun gelungen, durch den Einbau von einfachen, pharmazeutisch unbedenklichen Additiven wie Glucose, Sucrose, Sorbitol und Magnesiumchlorid den Kollaps zu verhindern, die Wasseraufnahme zu begünstigen und ein requellbares Material mit Formgedächtnis unter Beibehaltung der ursprünglichen Eigenschaften zu gewinnen. Die so modifizierte Nanocellulose weist ein hohes Potential für zahlreiche technische Anwendungen auf und konnte bereits seine Eignung als Wirkstoffträgersystem in der Pharmazie zeigen.
Sofia Ochrimenko, Antje Vollrath, Lutz Tauhardt, Kristian Kempe, Stephanie Schubert, Ulrich S. Schubert, Dagmar Fischer
Dextran-graft-linear poly(ethylene imine)s for gene delivery: Importance of the linking strategy.
Carbohydrate polymers 2014, 113: 597-606.
DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.07.048 .


 

         DexPei

Dextrane sind Polysaccharide, die im pharmazeutischen und medizinischen Bereich seit mehr als 50 Jahren weitreichend genutzt werden. Durch die Kationisierung mit Polyethyleniminen (PEI) sind sie in der Lage, elektrostatisch mit DNA zu interagieren, was eine Anwendung im Bereich der Gentherapie als Trägersystem möglich macht. In systematischen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkung von Dextran-PEIs mit DNA, ihre therapeutische Effizienz, aber auch ihre Zyto- und Hämokompatibilität gezielt gesteuert werden können über das Molekulargewicht des PEI und den Substitutionsgrad. Insbesondere konnte zum ersten Mal belegt werden, dass die Auswahl des Linkers zwischen Dextran und PEI eine ganz wesentliche Rolle für die Transfektionseffizienz als auch für die Bioverträglichkeit spielt. Der Auswahl der Linker-Strategie bei der Synthese solcher Verbindungen kommt damit eine größere Bedeutung zu als bisher angenommen.

Sebastian Moritz, Cornelia Wiegand, Falko Wesarg, Nadine Hessler, Frank A. Müller, Dana Kralisch, Uta-Christina Hipler, Dagmar Fischer
Active Wound Dressings Based on Bacterial Nanocellulose as Drug Delivery System for Octenidine.
International journal of pharmaceutics, 2014, 471(1-2):45-55
DOI: 10.1016/j.ijpharm
        Octenidine  Die zunehmende Resistenzentwicklung von Mikroorganismen bei der Behandlung von Wunden hat zu einer Renaissance von Antiseptika geführt, für die jedoch oftmals einfache Applikationsformen fehlen. Für das Breitsprektrum-Antiseptikum Octenidin konnte eine patientenfreundliche Wundauflage aus bakterieller Nanocellulose entwickelt werden, die steuerbar u.a. über Dicke, Oberflächen-Volumen-Verhältnis und Wassergehalt ein benutzerdefiniertes Freisetzungsprofil möglich macht. Dabei ist es gelungen, ein Scale-up vom Labormaßstab in den Produktionsmaßstab durchzuführen. Die Wundauflagen zeigten eine hohe antimikrobielle Effizienz gegen Staphylococcus aureus bei gleichzeitig hoher Verträglichkeit an humanen Hautzellen. In Langzeit-Stabilitätstest über bis zu 6 Monate blieb Octenidin in der Nanocellulose stabil, ohne Veränderung des Freisetzungsverhaltens und mit gleichbleibender antimikrobieller Aktivität.
A. Mac Nelly, M. Kai, A.  Svatoš, G. Diekert, T. Schubert Functional heterologous production of reductive dehalogenases from Desulfitobacterium hafniense strains. Applied and environmental microbiology 2014, 80(14):4313-4322
DOI: 10.1128/AEM.00881-14

Details:
http://www.uni-jena.de/Mitteilungen/PM140801_Mikroben.html
 
MacNelly2014Klein

Tetrachlorethen ist eine farblose, leicht flüchtige und nicht brennbare Flüssigkeit. Dank ihres großen Fettlösevermögens findet sie vor allem in der Textilreinigung sowie der Optik- und Metallindustrie zur Entfettung von Oberflächen Anwendung. Mehr als 100.000 Tonnen fallen Jahr für Jahr weltweit an. Und das ist ein Problem: Denn Tetrachlorethen ist nicht nur krebserregend und ein Umweltgift. Es ist in Anwesenheit von Sauerstoff nicht biologisch abbaubar und reichert sich stattdessen im Boden und Grundwasser an. Beim Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe in der Umwelt könnten Mikroorganismen eine wichtige Rolle spielen. Es gibt Bakterien, die in Abwesenheit von Sauerstoff Substanzen, wie Tetrachlorethen, entgiften können. Allerdings werden solche Mikroben bislang nur selten für die Sanierung genutzt. Sie lassen sich nur schwer aus der Natur isolieren und im Labor kultivieren. Doch Anita Mac Nelly aus dem Team um Dr. Schubert ist es jetzt gelungen, Bakterien heranzuzüchten, die entsprechende Dehalogenasen in Reinform produzieren können. In weiterführenden Arbeiten wollen die Mikrobiologen nun die so erhaltenen Enzyme hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion umfassend charakterisieren. "Die Kenntnis des Katalysemechanismus ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass wir diese Enzyme in absehbarer Zeit für die Sanierung von kontaminierten Grundwässern oder Böden nutzen können.

 
I. Benoit, M.H. van den Esker, A. Patyshakuliyeva, D.J. Mattern, F. Blei, M. Zhou, J. Dijksterhuis, A.A. Brakhage, O.P. Kuipers, R.P. de Vries, A.T. Kovács.
C.
Bacillus subtilis attachment to Aspergillus niger hyphae results in mutually altered metabolism.
Environmental microbiology, Article first published online: 15 AUG 2014
DOI: 10.1111/1462-2920.12564
         Bakterien_ auf_Pilzhyphen

Anheftung von Bakterien auf den Pilzhyphen
Bild: F. Blei und A.T. Kovacs
Interaktionen zwischen Mikroorganismen beeinflussen das Wachstum, den Metabolismus und die Differenzierung von Mitgliedern der mikrobiellen Gemeinschaft. Während eine direkte und indirekte Konkurrenz, wie Antagonismus und Nährstoffaufnahme, einen negativen Effekt auf die interagierenden Mitglieder der Population haben, sind bei einigen Mikroorganismen in der Natur  Wege gefunden worden sich gegenseitig anzupassen und sogar zu unterstützen, was die Fitness der Gemeinschaft erhöht. Das Anwesenheit von verschiedenen Bakterien und Pilzen im Boden resultiert in unterschiedlichen Interaktionen untereinander, wie zum Beispiel dem Mutualismus. Bacilli wachsen auf den Wurzeln von Pflanzen und bilden komplexe Gemeinschaften in der Rhizosphäre. Bacillus subtilis interagiert auf gleiche Weise bei der Kultivierung mit Aspergillus niger und zeigt eine Anheftung und Wachstum auf den Pilzhyphen. Die Expression von Genen verbunden mit antifungalen und vermutlich antibakteriellen Verteidigungsmechanismen von B. subtilis,  beziehungsweise A. niger, ist während des Wachstums der Bakterien auf den Pilzhypen erhöht. Die Produktion von Surfactin, ein potenter antimikrobieller Wirkstoff, durch B. subtilis ist verringert, wenn das Bakterium mit dem Pilz zusammen kultiviert wurde. Dieser Artikel präsentiert neue Einblicke in die Interaktion zwischen einem Bakterium und einem Pilz.

Volker U. Schwartze, Sascha Winter, Ekaterina Shelest, Marina Marcet-Houben, Fabian Horn, Stefanie Wehner, Jörg Linde, Vito Valiante, Michael Sammet, Konstantin Riege, Minou Nowrousian, Kerstin Kaerger, Ilse D. Jacobsen, Manja Marz, Axel A. Brakhage,Toni Gabaldon, Sebastian Böcker, Kerstin Voigt
Gene Expansion Shapes Genome Architecture in the Human Pathogen Lichtheimia corymbifera:An Evolutionary Genomics Analysis in the Ancient Terrestrial Mucorales (Mucoromycotina)
PLOS Genetics 2014, 10 (8), e1004496,
DOI: 10.1371/journal.pgen.1004496


           Lichtheimia
Der Pilz Lichtheimia corymbifera bildet seine Sporen in Sporangien, die ihren Ursprung an einem weitverzweigten Hyphengeflecht haben. Gefährlich wird der Pilz erst, wenn er einen Menschen mit geschwächtem Immunsystem infiziert.
Ein Team von Mikrobiologen und Bioinformatikern der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie ist in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Ruhr-Universität Bochum und des Centre for Genomic Regulation, dem Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica sowie der Universitat Pompeu Fabra in Barcelona (Spanien) und dem Laboratório Nacional de Computação Científica in Rio de Janeiro (Brasilien) die Entschlüsselung des Genoms des humanpathogenen Pilzes Lichtheimia corymbifera gelungen. Der Pilz gehört zu den ältesten auf dem Land lebenden Pilzen und verursacht schnell progressive Infektionen im Menschen mit geschwächtem Immunsystem. Neben der Identifizierung wichtiger Gene von Virulenzfaktoren konnte eine für Pilze ungewöhnliche Genomarchitektur aufgedeckt werden, die über einen hohen Grad an duplizierten, Protein-kodierenden Genen bei gleichzeitig niedrigem Gehalt an repetitiven, nicht-kodierenden Elementen verfügt. Die Ergebnisse dienen der Targetidentifizierung für Therapeutika zur Behandlung dieses gefährlichen Krankheitserregers.

K. Bohl, S. Hummert, S. Werner, D. Basanta, A. Deutsch, S. Schuster, G. Theißen, A. Schröter
Evolutionary game theory: molecules as players
Molecular biosystems, First published online 07 Aug 2014
DOI: 10.1039/C3MB70601J

S. Hummert, K. Bohl, D. Basanta, A. Deutsch, S. Werner, G. Theißen, A. Schröter, S. Schuster
Evolutionary game theory: cells as players
Molecular biosystems, First published online 07 Aug 2014
DOI: 10.1039/C3MB70602H
             Spieltheorie          

Spiel um ein gemeinsames Gut: Die Interaktionen von lebenden Zellen lassen sich durch Spieltheorie beschreiben. Ein Beispiel für eine solche Interaktion ist die Ausschüttung des extrazellulären Enzyms Invertase von Zellen der Bäckerhefe, welches Saccharose in Glucose (Sechsecke) und Fructose (Fünfecke) spaltet. Defektierende Zellen (D) produzieren keine Invertase und profitieren von der Glucose, die durch das Enzym frei wird, welches die kooperierenden Zellen (C) ausschütten.


Die Spieltheorie, ursprünglich ein Teilgebiet der Wirtschaftswissenschaften, wird in den letzten Jahren zunehmend in der Biologie genutzt. Dieses Teilgebiet der theoretischen Biologie heißt "evolutionäre Spieltheorie".

In der Theorie wird davon ausgegangen, dass Organismen als Spieler versuchen, ihre Fitness durch die Wahl der optimalen Strategie zu maximieren. Da einzellige Organismen keine rationalen Entscheidungen treffen können, werden hier die fitnessmaximierenden Strategien über Evolution (Mutation und Selektion) gefunden.

Der in zwei Teilen erscheinende Übersichtsartikel stellt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der Spieltheorie in der Mikrobiologie und Zellbiologie vor und soll dazu ermutigen, die Spieltheorie anzuwenden.

Andreas Koeberle, Eduardo Muñoz, Giovanni Battista Appendino, Alberto Minassi, Simona Pace, Antonietta Rossi, Christina Weinigel, Dagmar Barz, Lidia Sautebin, Diego Caprioglio, Juan A. Collado, Oliver Werz.
SAR Studies on Curcumin's Pro-inflammatory Targets: Discovery of Prenylated Pyrazolocurcuminoids as Potent and Selective Novel Inhibitors of 5-Lipoxygenase.
Journal of medicinal chemistry 2014, 57(20):8540-8562
DOI: 10.1021/jm500308c


 
Curcumin

Der gelbe Farbstoff des Currys Curcumin wurde während der letzten Jahrzehnte intensiv erforscht. Klinische, tierexperimentelle und zelluläre Studien wiesen krebs- und entzündungs­hemmende Eigenschaften nach. Nebenwirkungen blieben bei Probanden selbst nach Gabe von Megadosen vernachlässigbar. Dutzende Wirkmechanismen wurden postuliert, obgleich die physiologische Relevanz dieser Mechanismen angesichts der geringen Bioverfügbarkeit von Curcumin oftmals nicht gesichert ist. Zu den hochaffinen Targets von Curcumin zählen unter anderem die mikrosomale Prostaglandin E2Synthase (mPGES)-1 und die 5-Lipoxygenase (5-LO), welche eine zentrale Rolle im Grenzbereich zwischen Entzündung und Krebs einnehmen. Die Arbeit von Koeberle et al. (2014) beschreibt die strukturellen Voraussetzungen, durch die die Affinität und Selektivität von Curcumin für mPGES-1 und 5-LO gesteuert wird. Davon ausgehend werden potente und selektive Hemmstoffe der 5-LO entwickelt, die sowohl in isolierten menschlichen Immunzellen als auch in einem Entzündungsmodell der Maus Wirksamkeit zeigten. Hemmstoffe der 5-LO versprechen insbesondere bei der Therapie allergischer Reaktionen ein großes Potential und werden bereits zur Therapie von Asthma herangezogen.


Jana Schleicher, Reinhardt Guthke, Uta Dahmen, Olaf Dirsch, Hermann-Georg Holzhütter, Stefan Schuster. A theoretical study of lipid accumulation in the liver - implications for nonalcoholic fatty liver disease.
Biochimica et Biophysica Acta 2014, 1841, 62-69.

Leber

Vereinfachte Darstellung des Fettstoffwechsels in einer Leberzelle (schwarz). Die Speicherung von Fetten führt zu einem Anschwellen der Leberzelle, dies verengt die Blutgefäße (braun) und reduziert die Blutversorgung in
der Leber.

Etwa jeder fünfte Mensch in den westlichen
Industrienationen leidet unter einer Fettleber, die nicht durch Alkoholgenuss bedingt ist, sondern durch eine erhöhte Fettzufuhr. Um die Fettspeicherung in der Leber besser verstehen zu können, wurde ein Modell des Fettstoffwechsels der Leberzelle entwickelt. Das Modell setzt die aus Experimenten bekannten physiologischen Änderungen bei erhöhter Fettaufnahme mathematisch um. Interessant dabei ist, dass eine Einlagerung von Fett in die Leberzellen zu einem Anschwellen der Zellen führt, dies wiederum verengt die Blutgefäße und die Zellen erhalten weniger Sauerstoff. Dieser ist aber für den Abbau der Fette über Oxidation notwendig. Hier kommt es zu einem sich selbst verstärkenden Effekt, woraufhin weitere Fette gespeichert werden. Die Verfettung der Leber kann durch Umstellung der Ernährung und Bewegung rückgängig gemacht werden.


A.M. Schaible, R. Filosa , V. Temml, V. Krauth, M. Matteis, A. Peduto, F. Bruno, S. Luderer S, F. Roviezzo, A. Di Mola, M. de Rosa, B. D'Agostino, C. Weinigel, D. Barz, A. Koeberle, C. Pergola, D. Schuster, O. Werz
Elucidation of the molecular mechanism and the efficacy in vivo of a novel 1,4-benzoquinone that inhibits 5-lipoxygenase.
British journal of pharmacology 2014, 171(9):2399-2412
DOI:10.1111/bph.12592 )

C. Pergola, N. Gabouriaud-Kolar, N. Jestädt, S. König, M. Kritsanida, A.M. Schaible, H. Li, U. Garschau, C. Weinigel, D. Barz, K.F. Albring, O. Huber, A.L. Skaltsounis, O. Werz
Indirubin core structure of glycogen synthase kinase-3 inhibitors as novel chemotype for intervention with 5-lipoxygenase.
Journal of medical chemistry 2014, 57(9):3715-3723
DOI:10.1021/jm401740w

C. Pergola J. Gerstmeier,B. Mönch, B. Caliskan, S. Luderer, C. Weinigel, D. Barz, J. Maczewsky, S. Pace, A. Rossi, L. Sautebin, E. Banoglu, O. Werz
The novel benzimidazole derivative BRP-7 inhibits leukotriene biosynthesis in vitro and in vivo by targeting 5-lipoxygenase-activating protein (FLAP).
British journal of pharmacology 2014, 171(12):3051-64.
DOI:10.1111/bph.12625
Tabletten
Neue Medikamente gegen Entzündungserkrankungen sind das Ziel der Forschungsarbeiten der Pharmazeuten der
Uni Jena.

Bild: Jan-Peter Kasper, FSU Jena

Quelle: http://idw-online.de/de/news589078
Es ist so etwas wie die Schutzpolizei unseres Körpers: das Immunsystem. Eindringende Krankheitserreger werden von ihm unschädlich gemacht, verletztes Gewebe abgebaut und die Wundheilung gefördert. Bei dieser Form der "Selbstverteidigung" spielen Entzündungsreaktionen eine entscheidende Rolle. Doch manchmal läuft die Verteidigungsstrategie des Immunsystems aus dem Ruder und Zellen oder Gewebe des eigenen Körpers geraten ins Visier. Es kann dann zu überschießenden Entzündungsreaktionen kommen und Krankheiten können entstehen, z.B. Asthma, Rheuma, Arteriosklerose oder Krebs. Für viele dieser Erkrankungen gibt es bisher nur wenige wirksame Therapien ohne massive Nebenwirkungen.

Doch das Forscherteam um Prof. Werz hat jetzt gleich drei neue Wirkstoffe entwickelt, mit denen sich Entzündungserkrankungen künftig vielleicht besser behandeln lassen. In renommierten Fachzeitschriften stellen die Forscher die potenziellen Therapeutika vor, die ein Schlüsselenzym der körpereigenen Entzündungskaskade drosseln.
Jordi van Gestel, Franz J. Weissing, Oscar P. Kuipers, Ákos T. Kovács
Density of founder cells affects spatial pattern formation and cooperation in Bacillus subtilis biofilms.
The ISME Journal. Advance online publication 3 April 2014
DOI: 10.1038/ismej.2014.52  
Biofilme 
Verschiedene räumliche Verteilung in Biofilmen: Kolonie
von Bacillus subtilis. Bakterienstämme werden mit fluoreszierenden Proteinen ​​sichtbar gemacht.
Bild: A.T. Kovacs
Die evolutionäre Entstehung von kooperativem Verhalten ist seit längerem eine unbeantwortete Frage in der Evolutionsbiologie. Warum sollte ein Individuum auf Kosten seiner eigenen Fitness zum Wohl der Gruppe beitragen?  Fragen zur Entstehung von kooperativem Verhalten wurden
normalerweise an Tieren untersucht, seit einiger Zeit jedoch ist ein neuer Ansatz auf dem Vormarsch: "Sociomicrobiology". Einzelne Bakterien produzieren Stoffe,  die vorteilige Wirkungen auf  die Gemeinschaft haben, für die einzelne Zelle hingegen mit hohen Kosten verbunden sind. Dabei  hat sich herausgestellt, dass Kooperation essentiell für mikrobiologische Gemeinschaften, im speziellen für Biofilme, sein kann aber der Grad an Zusammenarbeit stark von den Kulturbedingungen abhängt.
Die Veröffentlichung von Gestel et al 2014 zeigt, dass die Dynamik der Biofilmkolonisierung eine kritische Rolle darin spielt, wie persistent das kooperative Verhalten ist.  Experimente und individuenbasierte Simulationen deuten darauf hin, dass Kooperation evolutionär stabil ist sofern der Biofilm von einigen wenigen Gründerzellen  gebildet wurde,
sonst aber ausselektioniert wird. Aus diesen Entdeckungen lassen sich Schlussfolgerungen für die ökologische Bedeutung von Biofilmen, so wie deren Bedeutung für den Menschen ziehen, wie zum Beispiel bei im Krankenhaus erworbenen  Infektionen.

Katrin Kuhnt, Claudia Fuhrmann, Melanie Köhler, Michael Kiehntopf, Gerhard Jahreis
Dietary Echium oil increases long-chain n-3 PUFAs, including docosapentaenoic acid, in blood fractions and alters biochemical markers for cardiovascular disease independent of age, sex, and metabolic syndrome.
Journal of nutrition 2014, 144(4), 447-460.
DOI: 10.3945/jn.113.180802
Omega3PUFA
 

Prozentuale Änderung der omega-3 Fettsäuren im Plasma nach 8-wöchiger Echiumöl-Supplementation.

Durch die Verknappung und Nachteile mariner langkettiger (LC) n-3-PUFA (Überfischung, Schwermetallbelastung, Fischallergie) ist die Suche nach pflanzlichen Alternativen und neuen n-3-Quellen von weltweitem Interesse. Die direkte Zufuhr der Stearidonsäure (C18:4 n-3; SDA), dem ∆6-Desaturationsprodukt der ALA, könnte zu einer höheren Konversion in LC n-3-PUFA führen. Dazu erschien der Verzehr von Echiumöl geeignet. Das Öl aus den Samen des Wegerichblättrigen Natternkopfes (E. plantagineum) enthält natürlicherweise einen hohen Anteil an SDA (10 - 15 %). In einer Humanstudie verzehrten 59 Probanden täglich 2 Esslöffel (ca. 17 g) Echiumöl über 8 Wochen. Während der Studie durften keine anderen pflanzlichen und marinen n-3-PUFA verzehrt werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Anteil an EPA und Docosapentaensäure in Körperlipiden auf das 3- bzw. 2-fache gestiegen ist. Diese Studie ist Teil des DFG-Projektes: Metabolismus und kardioprotektive Wirksamkeit von vegetabilen "land-based" n-3-Fettsäuren (GZ: KU 2584/2-1) von Dr. Katrin Kuhnt am Lehrstuhls für Ernährungsphysiologie. In einer weiteren Studie wurde die Wirkung von Echiumöl mit üblichem Leinöl verglichen.

Anke Jaudszus, Ronny Kramer, Maria Pfeuffer, Alexander Roth, Gerhard Jahreis, Katrin Kuhnt
trans Palmitoleic acid arises endogenously from dietary vaccenic acid.
American journal of clinical nutrition 2014, 99(3), 431-435.
DOI: 10.3945/ajcn.113.076117  
 Vaccensaeure
Aufklärung des Metabolismus der Vaccensäure (trans11-C18:1) beim Menschen

Bild in Originalgröße.

Eine höhere Konzentration an trans-Palmitoleinsäure (trans9-C16:1) in den Plasma-Phospholipiden ist nach neusten Erkenntnissen ein Marker für ein geringeres Risiko für Diabetes mellitus Typ 2 und koronarer Herzerkrankung. Bisher wird davon ausgegangen, dass diese Fettsäure nur durch deren nutritive Aufnahme in den Organismus gelangt. trans9-C16:1 entsteht während der industriellen Fetthärtung, aber auch durch natürliche Hydrierung im Pansen von Wiederkäuern. Anhand neuer trans-Fettsäurenstandards
war es möglich, die Analyse von trans9-C16:1 zweifelsfrei durchzuführen. Dabei wurde im Humanversuch nach Supplementation von Vaccensäure (trans11- C18:1) deutlich, dass ein kausaler Anstieg der trans9-C16:1 im Serum der Probanden vorlag. Außerdem bestätigte sich die endogene Bildung von trans9-C16:1 während der Inkubation mit reiner Vaccensäure in einem ex-vivo Zellversuch mit isolierten humanen peripheren mononukleären Blutzellen. Somit konnte gezeigt werden, dass trans9-C16:1, neben
der nutritiven Aufnahme, auch endogen aus Vaccensäure gebildet wird.