KNS006 – Nacktmulle an die Macht

Marielle und Katrin stellen heute Forschungsnachrichten aus den Themengebieten Bakterienbekämpfung, Krebsvorsorge, Erinnerungsleistung und Gehirnwellen, Lithium-Schwefel-Batterien, Genomsequenzierung von Pferden, Leber-Organoiden nebst weiteren Meldungen vor. Katrin stellt das Buch "Letters to a Young Scientists" von E.O. Wilson vor und gemeinsam leiten wir daraus ein paar Ratschläge für Studienwahl und wissenschaftliche Karriere ab. Hoffentlich könnt ihr daraus was für euch ableiten. Unstrukturiertes Gelaber gibt es auch wieder: zu E-Zahnbürsten, Spam-Bots und den Podcasts, die wir so hören (Linkliste in den Kommentaren zur Sendung). Natürlich lösen wir auch das Kuriosum und die Hausaufgabe aus KNS005 auf. Finger hoch, wer's richtig hatte!

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Sendungsnotizen


Wissenschaftsnachrichten #

Die Schwäche der Bakterien

  • Silber wurden seine antimikrobiellen Wirkungen schon von Hippokrates zugeschrieben (ca 400 BC) – nun kennen wir den Mechanismus
  • Das könnte eventuell auch dem Problem mit der wachsenden Zahl an Resistenzen Herr werden
  • Gelöste Silberionen sind auf zwei Weisen für Bakterien gefährlich:
    • sie machen die Zellmembran permeabler und
    • stören den Metabolismus der Zelle, es kommt zur vermehrten Produktion reaktiver Sauerstoff-Moleküle
  • Vor allem letzterer Mechanismus ist auch die vermutete Wirkweise vieler Antibiotika
    • Silber könnte die Wirkung verzehn- bis vertausendfachen
    • gesteigerte Durchlässigkeit der Membran erlaubt Antibiotika, besser in die Zellen einzudringen
  • Test an einem gram-negativen Bakterium mit dem Antibiotikum Vancomycin war erfolgreich
  • Das Problem: Silber kann auch für uns gefährlich sein!
    • 1990er: teil-versilberte Herzklappen -> Infektionen wurden erfolgreich verhindert, aber auch das Herzgewebe wurde angegriffen
    • Wenn man zu viel Silber verspeist, kann man Argyrie bekommen: Eine permanente Verfärbung der Haut ins Schiefergrau
  • Welche Konzentrationen sind sicher? Welche Konditionen des Silbers sind für den Effekt verantwortlich? Und wie sieht es mit der Umweltverträglichkeit aus?
  • Morones-Ramirez, J., Winkler, J. A., Spina, C. S. & Collins, J. J. Sci. Transl. Med. (2013).

Erinnerung an Begriffe ist sicherer, wenn Bildinformation mit abgerufen werden können #

  • Publikation: Staudigl T, Hanslmayr S (2013) Theta Oscillations at Encoding Mediate the Context-Dependent Nature of Human Episodic Memory. Current Biology 23: 1101–1106.
  • Wörter wurden vor Videohintergrund eingeblendet
    • Erinnerung getestet durch Anzeigen der Wörte, aber teilweise vor anderem Videohintergrund
    • gleiche Videos => bis zu 10% bessere Erinnerung (“Kontexteffekt”)
    • Vorhersagbarkeit durch Kenntnis der Gehirnwellen
      • 2-Schienen-Strategie: Lerneffekt zeigen und physiologische Grundlagen messen
  • Magnetoenzephalographie: Ionenfluss in Nervenzellen erzeugte schwache elektro-magnetische Felder
  • episodisches Gedächtnis: selbst-Erlebtes (semantisches Gedächtnis: Faktenwissen)
    • Erinnerung ist bekannterweise Kontext-sensitiv => offenbar Verküpfung während des Abspeicherns
    • Vorhersage der Erinnerungsleistung aufgrund der Theta- & Gamma-Wellenmuster
      • Kontext gleich: starke Theta-Wellen beim Abspeichern => gute Erinnerung (schlecht wenn Kontext verschieden)
  • Lerntip: Lernumfeld der Prüfungsituation anpassen
    • für Podcasts: Kapitelbilder einbinden! ;-)
  • Ausblick: Beeinflussung der Gedächtnisleistung durch Stimulation von Gehirnwellen.
  • Obligatorische Popkulturreferenz: Remember Me

Das Geheimnis der Nacktmulle

  • Nacktmulle sind speziell
    • unterirdische eusoziale Kolonien von 20-300 Tieren mit einer Königin
  • Nacktmulle sind resistent gegen Krebs!
  • Krebs wird normalerweise in Mäusen erforscht, und es gibt Mäuselinien, die besonders anfällig für Krebs (oder spezielle Typen davon) sind
  • Idee: Welche Nagetiere leben in freier Wildbahn sehr lange (d.h. sind wohl wenig anfällig für Krebs)? -> Nacktmulle leben Dekaden! Woher kommt ihre Resistenz?
  • Was im Labor auffiel: in Kultur wuchsen die Nacktmull-Zellen auffällig weit von einander entfernt, und der Kulturinhalt wurde schnell zäh
  • -> Hyaluronan! (Zellmatrix) Die Moleküle sind in Nacktmullen ~5-mal größer als in Mäusen, Ratten & Menschen
    • vermutlich, damit die Haut flexibel genug ist für das unterirdische Leben
  • Test: Infektion von Nacktmullzellen mit krebsauslösenden Virenproteinen
    • normale Nacktmullzellen: kein unkontrolliertes Wachstum
    • Nacktmullzellen mit zerstörter Matrix (Hemmung der Produktion, oder enzymatischer Abbau): Krebs!
  • Tian, Xiao, et al. “High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat.” (2013)
  • HA-abbauenden Enzymen als Ziel für Krebsmedikamente im Menschen?

Alte Idee, neue Hoffnung: Lithium-Schwefel-Batterien

  • Die Schwächen von Lithium-Ionen-Batterien treten immer deutlicher zu Tage: teuer, geringe Kapazität
  • Eine alternative Idee stammt aus den 1960ern: Lithium-Schwefel-Batterien
  • Li-Ionen-Akkus: Li-Ionen werden zwischen den Polen hin- und her-transferiert
  • Das Ziel: ein Material finden, das eine größere Menge Lithium pro Volumen speichern kann: Erhöhung der Energie-Dichte
  • Schwefel kann genau das, ist dazu in Massen verfügbar und dadurch auch billig
  • Theoretisch könnte eine Batterie mit Lithium-Anode & Schwefel-Kathode eine 5-fache Energiedichte aufweisen im Vergleich zu heutigen Batterien (wo die Ionen in den Poren der Pole sitzen, aber chemisch nicht gebunden sind -> Kohlenstoff- & Metalloxid-Elektroden)
  • Das Problem mit Schwefel: es leitet Li-Ionen ziemlich schlecht, und über mehr als ein paar Dutzend Ladezyklen kam man nicht hinaus, da Li & S lösliche Verbindungen eingehen: Das Elektrolyt wird damit angereichert, und die Schwefel-Elektrode degradiert
  • Heute gibt es neue Ideen, das Problem zu minimieren:
    • Man muss die Polysulfide festhalten, zB mit Kohlefasern & Zuckerpolymeren,
    • man könnte die S-Elektrode in Titandioxid-Schalen verpacken (nach 1000 Ladezyklen noch 70% der Kapazität)
    • Oder das Problem ar nicht erst entstehen lassen: neue Schwefel-basierte Festsubstanzen, die LithiumIonen besser leiten als reiner Schwefel

Pferd! Ältestes Genom bisher sequenziert

Selbstorganisierte Leberknospen als Leberersatz

  • Transplantierte Leberknospen aus menschlichen Stammzellen übernehmen Leberfunktion in Mäusen (Sekretion leber-spezifischer Proteine, Produktion menschlicher Leber-Metabolite, eigenständige Anbindung an den Blutkreislauf)
  • Allerdings: Das Resultat ist noch sehr vorläufig, und die Langzeitentwicklung ist noch nicht bekannt
  • Wie es funktioniert:
    • Man nehme iPS-Zellen (induzierte pluripotente Stammzellen) aus menschlicher Haut, Endothelialzellen aus Nabelschnurblut, und mesenchymale Stammzellen
    • Im richtigen Verhältnis und idealen Bedingungen entstehen selbst-organisierte Leberknospen, die anschließend transplantiert wurde

Laser zur Bestimmung von Krankheiten des Blutes

  • die neue Technik beruht auf zwei Prinzipien:
    • Krankheiten wie Malaria verändern die Form roter Blutkörperchen
    • photoakustischer Effekt (entdeckt von Alexander Graham Bell in 1880, der eher für die Weiterentwicklung des Telefons (Antonio Meucci) bekannt ist)
      • Wenn ein Material gepulstes Licht (wie zB Laser) absorbiert, produziert es Schallwellen
      • heute bekannt: Absorption -> Erhitzung -> Ausdehnung -> Entstehung von Schall
  • mit heutigen Lasern (fs – ns Bereich) können sehr schnelle Pulse auf Zellen “geschossen” werden: hochfrequente Schallerzeugung (hohe Frequenzen = hoher Informationsgehalt über die Form des Objekts)
  • Experiment: rote Blutkörperchen, Laser mit einem Puls alle 760 ns -> Frequenzen von > 100 MHz, korrekte Bestimmung von gesunden, sichelzell-anaemischen und Malaria-infizierten (geschwollene) roten Blutkörperchen
  • benötigt nur 21 Erythrozyten, und ist um Stunden schneller als klassische Tests (1 Tropfen Blut, ein Objektträger, ein Mikroskop & ein erfahrener Mensch)
  • Problem:
    • Es funktioniert zwar supergut mit roten Blutkörperchen, die wegen ihrer Form besonders gut Licht absorbieren,
    • aber nicht so gut bei weißen Blutkörperchen & Thrombozyten
    • diese sind aber auch mit Krankheiten assoziiert: Leukämie, oder Gerinnungsstörungen
    • daher kann die Technik klassische Tests wohl nicht ersetzen
  • Jemand Anderes meint aber, die Technik sei deswegen nicht nutzlos: Sie müsste, in Kombination mit einem ultravioletten Laser, prima zur Bestimmung von flottierenden Krebszellen geeignet sein

Die Stimmgabel des Lebens

  • hypothetischer Fall: Ein Mensch wird mit akuter bakterieller Sepsis ins Krankenhaus angeliefert
    • klassische Methode: Seine Überlebenschancen stehen schlecht, da sie auf langwierigen Wachstumsversuchen in Anwesenheit von Antibiotika basiert
    • die neue Methode: mikroskopische Cantilever (vergleichbar mit Stimmgabeln), mit denen man innerhalb von Minuten ein wirksames Antibiotikum identifizieren kann
    • die Schwingung des Cantilever wird via Laser überwacht
    • Test mit E. coli und Ampicillin:
        • bei sensitiven E. coli verringerte sich die Schwingung innerhalb von 5 Minuten nach Ampicillin-Zugabe um das 20-fache
        • bei resistenten E. coli war eine leichte Abnahme der Schwingung zu beobachten, die nach 15 min aber den normalen Wert wieder erreichte (die Bakterien erholten sich)
    • die Methode wird vermutlich erst in 5-10 Jahren ausgereift sein, da noch viele Tests noch notwendig sind:
      • welche Wirkungsgrade werden bei unterschiedlichen Bakterien erzielt? Und bei welchen Antibiotika?
      • wie beeinflussen die Viskosität und Dichte des Mediums die Schwingungen des Cantilevers?
      • Problem hierbei: Tests mit hochpathogenen Bakterien sind notwendig, welche spezielle Labors & langwierige Genehmigungen voraussetzen

Verdauung tut (Chili-Samen) gut

  • Tiere sind die Gärtner der Wälder (seed dispersal etc.)
  • Durch das Verspeisen & Verdauen von Früchten werden Samen nicht immer schlechter:
    • mal abgesehen von durch Zibetkatzen verspeisten Kaffeefrüchten gibt es ein neues Beispiel:
    • die Samen einer Chili-Art in Südamerika, die von einer kleinen Tyrannen-Art (das ist ein Vogel nicht unähnlich hier heimischen Schnäppern) gefressen werden, haben eine 4-fach höhere Keimungswahrscheinlichkeit als unverdaute Samen

Auflösung des Kuriosums und der Hausaufgabe aus KNS005

Buchbesprechung: “Letters To A Young Scientist” (Edward O. Wilson)

  • Koryphäe der Ameisenforschung (Taxonomie, Schwarmverhalten, Pheromone) uvm.
  • Autobiografie mit Fokus auf Motivation, Ablauf und Erkenntnisse der Forschung
  • Ratschlag zum Thema Technologien: entwickeln sich stets vom eigenen Forschungsfeld zur Standardaustattung. “[U]se but don’t love technology.
  • Ratschlag für’s Isolieren aller Ameisen aus einem Nest: “It occurred to me that if we simply excavated fire ant nests and dumped them and the soil into nearby pools of water, the colony would rise to the surface and gather as an ant-pure raft while the dirt settled to the bottom.”
  • Zitate:
    • [I]t is certainly all right and potentially very productive just to mess around. Quick uncontrolled experiments […] are performed just to see if you can make something interesting happen. Disturb Nature and see if she reveals a secret.
    • The ideal scientist thinks like a poet and only later works like a bookkeeper. Keep in mind that innovators in both literature and science are basically dreamers and storytellers. In the early stages of the creation of both literature and science, everything in the mind is a story.

Berufsperspektiven in der Biologie (Antwort auf Kommentar vom Specht)

  • BioLAGO-Artikel: Bachelor in der Tasche – und dann? “Berufsmöglichkeiten im Bereich der Biologie sind facettenreich.”
  • Datenanalyst in Softwarefirmen
  • K: Studium generale!
  • E. O. Wilson:
    • [G]o where the least action is occurring.
    • [I]t is necessary not only to acquire a broad knowledge of the subject that interests you, but also the ability to spot blank spaces in that knowledge.
    • Envy and insecurity are among the drivers of scientific innovation. It won’t hurt if you have a dose of them also.
    • [S]uccessful research doesn’t depend on mathematical skill, or even the deep understanding of theory. It depends to a large degree on choosing an important problem and finding a way to solve it, even if imperfectly at first.

Laberecke #

Empfehlungen/Nachrichtenquellen #

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12 Gedanken zu „KNS006 – Nacktmulle an die Macht

  1. AnneL

    Cooler Podcast!!! Aber ich war so blöd und hab nach der Argyrie gesucht und bekomm diese verstörenden Bilder nicht mehr aus dem Kopf. Heut nacht träum ich bestimmt davon ;-)
    und wie sieht ein nacktmull aus, der sich in seiner haut dreht? was tut er mit augen/mundöffnung…

    Antworten
    1. Katrin

      Wir haben gewarnt! Und es extra nicht als Kapitelbildchen benutzt.

      Ich hab leider keine Fotos von einem sich-in-seiner-Haut-drehenden Nacktmull gefunden. Vielleicht ist Mariëlle da ja einer urban legend aufgesessen ;-)

      Antworten
  2. w³.shadowstats.com

    @R Beitrag:
    R ist als Paket übrigens auch eingebunden in “Sage”. Es gibt folgende Möglichkeiten Sage auszuprobieren OHNE es aufwendig auf seinem ohne fremden (Uni-Rechnern) installieren zu müssen:
    1)
    2) http://www.sagenb.org/
    3) https://sagecell.sagemath.org/ [hier kann auch direkt in ‘R’ gecodet werden, wenn ich das richtig sehe??? Einfach im dropdown Listenmenü, am rechten Rand, R anwählen, fertig.]

    http://www.sagemath.org/

    Sage ist ein freies Open Source Mathematiksystem das unter der GPL steht. Sage vereint die Funktionalität diverser Open Source Pakete (auch R) unter einer gemeinsamen auf Python basierenden Oberflaeche. Ziel: Erstellen eines vollwertigen open-source Ersatzes für Magma, Maple, Mathematica und Matlab.

    Grüße
    Shadowstats.com

    PS: Danke für die Mühen und den tollen Podcast. Macht ihn nicht ‘zu professionell’ wichtig ist, daß er Euch und den Hörern Spaß macht. Also bitte keine zu ausgeprägten Rhetoriktrainings, es bitte damit nicht übertreiben. Das spontane gefällt mir!

    Antworten
  3. Faldrian

    Hallo!
    Wieder mal eine schöne Folge, das mit der Länge wird ja auch langsam. ;)

    Ich habe auf dem Fahrrad fast geschrien: “Nenn den Namen deines Interfaces! Rede nicht lange drum herum, machs nicht so spannend, verdammt nochmal, gnarf arghll grumpf!”.

    Und noch eine wiiiinzige Anmerkung: “TheRadio.CC” <– das CC ist entscheidend, sollte man mitsprechen, da das Radio nur Creative Commons Musik spielt. Vielen Dank für die Erwähnung! :)

    LG Faldi

    Antworten
    1. Katrin

      Hi Faldi!

      Die genaue Audiotechnik ist auf der “Über uns”-Seite unten aufgezählt. Aber du hast Recht, hätten wir auch einfach aussprechen können.

      Da ich generell kaum Musik höre, habe ich das beim TheRadio.cc nicht erwähnt. Ist mir aber bewusst, dass alles CC ist und ich überspringe sie auch nicht extra ;-)

      LG Katrin

      Antworten
  4. Arne

    sehr schöner neuer podcast, der sich mit seinem wissenschaftlichen kontext außergewöhnlich in die welt der casts einfügt. endlich mal kein sinnloses Gelaber über Gott und die Welt aus Ermangelung echter Themenschwerpunkte. SOlch Berieselung ista uch ganz schön für nebenbei, Konscience lädt aber zum konzentrierten Zuhören ein und ist daher für mich persönliche willkommene Abwechslung.

    Zum Thema “Stimmgabel des Lebens” kam mir die Beleuchtung der mikrobiologisch heute schon tatsächlich üblichen Methoden leider doch etwas zu kurz. Denkt man an z.B. die Gramfärbung unter dem Mikroskop ist die Gabe eines Antibiotikums schon vor der kulturellen Erregeranzucht möglich – und zwar fünf Minuten, nachdem die Bakterienkultur das Labor des Krankenhauses erreicht. Außerdem halte ich das Fallbeispiel der ‘bakteriellen Sepsis’ für Effekthascherei. Eine frühere und exaktere Bestimmungsmöglichkeit von Erregern ist grundsätzlich wünschenswert, dazu braucht es kein Krankheitsbild mit einer vierzigprozentigen Sterberate. Wo Leiden gemindert werden kann, sollte es beinahe jede Bemühung wert sein Fortschritte zu erzwingen.

    Ich genieße den Podcast sehr, er könnte aus meiner Sicht der Dinge ruhig etwas ausführlicher auf manche Themen eingehen, aber das ist an euch diesen goldenen Mittelweg zwischen Info und Tainment zu finden ;) Weiter so!!!

    Antworten
    1. Marielle

      Hey Arne,

      vielen Dank für Dein ausführliches Feedback! Freut mich, dass Dir unser Geschwafel gefällt ;)
      Zur “Stimmgabel” – da hast Du natürlich recht, eine gram-Färbung kann bei der Klassifizierung der Erreger durchaus helfen! Eventuelle Resistenzen, die in Zukunft eher zu- als abnehmen werden (die Sepsis, die gewiss harter Tobak für ein Beispiel ist, lässt grüßen), lassen sich damit aber leider nicht bestimmen. Wenn Du Dich dafür interessierst, kann ich Dir auch noch eine aktuelle Ausgabe des Journals ‘Philosophical Transactions of the Royal Society B’ ans Herz legen, welche sich thematisch auch mit diesem Thema befasst. Es sind glücklicherweise recht viele OpenAccess-Artikel mit dabei: ‘Towards the endgame and beyond: complexities and challenges for the elimination of infectious diseases’ Das wollte ich auch generell mal in einer Themensendung besprechen, weiß aber noch nicht, wann wir dazu kommen werden.

      Beste Grüße,
      Marielle

      Antworten
    1. Marielle

      Hey Specht,
      freut mich, dass wir Dir da ein wenig weiterhelfen konnten. Ich bin auch mal gespannt, wofür Du Dich nach Deinem Abi dann schlussendlich entscheiden wirst!
      Und Danke für den link, der kommt in die Themenliste; passt ja ganz gut zu Katrin’s Forschungsschwerpunkt ;)
      Dir einen schönen Abend & beste Grüße,
      Marielle

      Antworten

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