Invasion von Zellen durch pathogene Bakterien: Schlüssel zum Verständnis zur Herkunft der Eukaryote

Februar 25th, 2016

Veröffentlichung in SCIENCE

Die Entstehung komplexer Zellen – sogenannter Eukaryoten – vor 2 Milliarden Jahren markierte einen entscheidenden Wendepunkt in der Geschichte der Lebewesen auf der Erde. Diese komplexen Zellen besaßen erstmals einen Zellkern, ein aufwändiges Membransystem und Energie-produzierende Organellen, sogenannte Mitochondrien, durch die die erfolgreiche Verbreitung der Algen, Pilze und schlussendlich auch des Menschen erst ermöglicht wurde. Wie aber kam es zu diesem Quantensprung in der Komplexität von Zellen?

Eine Gruppe aus amerikanischen, französischen und deutschen Wissenschaftler (um Prof. Dr. Andreas Weber) konnte nun einen Beitrag zur Beantwortung dieser Frage liefern. Die Arbeiten der beteiligten Forscher an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf wurden durch das Excellenzcluster für Pflanzenwissenschaften (CEPLAS), dem neu gegründeten Sonderforschungsbereich zu Membransystemen (SFB 1208) und dem ausgelaufenen Transregio Endosymbiose (SFB TR 1) unterstützt. Die Frage nach der Entstehung von komplexen Zellen wurde lange Zeit kontrovers diskutiert, konnte jedoch schließlich größtenteils geklärt werden. Nach derzeitigem Wissensstand wurde unsere Erde zunächst von morphologisch einfachen prokaryotischen Lebensformen ohne Zellkern und Mitochondrium besiedelt. Prokaryoten werden in zwei Domänen eingeteilt, die Bakterien und Archaeen. Sie unterscheiden sich u.a. durch ihre genetische Ausstattung und die Art der Membranen, welche ihre Zellen umgeben.

Heutzutage gehen die meisten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass die Evolution von Eukaryoten aus prokaryotischen Vorfahren ein singuläres Ereignis war. Weitgehend Konsens herrscht weiterhin darüber, dass das Mitochondrium von einem alpha-Proteobakterium abstammt, das von einer Archaeen-Zelle aufgenommen wurde.

Zwei grundlegende Fragen bleiben aber: Wie konnte der Vorgänger des Mitochondriums von der Archaeen-Zelle aufgenommen werden und wie konnte er im gut geschützten Zytoplasma der Wirtszelle überleben?

Die Erkenntnisse einer schwedischen Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern lieferten kürzlich spannende Hinweise auf die Beantwortung dieser Fragen. Sie entdeckten eine neue Klasse der Archaeen, die mehr als 3000 Meter unter dem Meeresspiegel am Grunde des Nordpolarmeers entspringt und in der Nähe von heißen Quellen lebt. Diese sogenannten „Lokiarchaeota“ enthalten überraschenderweise Gene, die für den Prozess der Endozytose, also für die Aufnahme von Makromolekülen und vielleicht sogar ganzer Zellen aus der Umgebung benötigt werden. Diese Entdeckung liefert einen neuartigen Erklärungsansatz für ein langjähriges Rätsel: Wie konnte der Urahne der Mitochondrien Zugang zu der proto-eukaryotischen Zelle erhalten?

Wie nun die Gruppe aus amerikanischen, französischen und deutschen Wissenschaftlern in einer Perspektive im Magazin Science vorgeschlägt, könnte der mitochondriale Vorgänger in seinen zukünftigen Wirt einfach über einen Prozess ähnlich dem der Phagozytose unserer heutigen Eukaryoten (d.h. eine Zelle nimmt eine andere Zelle auf) eingedrungen sein. Wie aber konnte der Vorgänger im Inneren des Wirts überleben?

Weitere Hinweise hierzu kommen von Erkenntnissen aus alpha-Proteobakterien mit großen Genomen die außerhalb von Zellen leben, sich aber auch wie „Energieparastiten“ in Zellen verhalten können – ähnlich wie Rickettsia, der Verursacher von Typhus. Intrazelluläre bakterielle Pathogene wie die Vorfahren von Rickettsia und Clamydia, die auch heute noch den Menschen parasitieren, waren Neulinge in der Evolution der Lebewesen auf unserer Erde, da sie auf die Anwesenheit einer Phagozytose-Maschinerie angewiesen waren um in ihre Zielzelle einzudringen.
Weiterhin mussten sie sich gegen das angeborene Immunsystem der Wirtszellen verteidigen. Die intrazellulären bakteriellen Pathogene entwickelten molekulare Werkzeuge, so genannte Effektoren, um den Angriff durch die Abwehrmechanismen des Wirtes nach der Invasion zu verhindern.

Aus diesem Grund scheint es wahrscheinlich, dass an der Entstehung der Eukaryoten proto-Eukaryoten ähnlich den „Lokiarchaeota“ beteiligt waren, die über Phagozytose alpha-Proteobakterien aufgenommen haben, die das Abwehrsysteme des Wirts umgehen konnten. Über die Jahre hat sich der Wirt den Eindringling zu Nutze gemacht der schließlich zum Mitochondrium wurde.

Ein ähnliches, aber komplexeres Szenario wird von Ball et al. (2016) für die endosymbiontische Entstehung des Chloroplasten in Algen und Pflanzen vorgeschlagen, die sich etwa 1 Milliarde Jahre später vollzog.

In diesem Fall handelt es sich um eine komplexe Symbiose, bei der ein intrazelluläres pathogenes Bakterium aus der Ordnung der Chlamydiales und ein photosynthetisches Cyanobakterium gemeinsam in eine eukaryotische Wirtszelle eingedrungen sind. Das pathogene Bakterium ging schließlich verloren, nachdem es einige Schlüsselgene an den Wirt abgegeben hat, z.B. diejenigen für den photosynthestischen Kohlenstoff-Export und die Stärke-Gewinnung. Das Cyanobakterium wurde schließlich zu dem bemerkenswerten Zellorganell, welches nun den Eukaryoten ermöglicht, Sonnenlicht in Nahrung und Energie umzuwandeln.

Diese aktuellen Erkenntnisse legen nahe, dass es einen gemeinsamen Mechanismus gibt, durch den die Herkunft der eukaryotischen Organellen – der Mitochondrien und Chloroplasten – erklärt werden kann. Intrazelluläre pathogene Bakterien waren in beiden Fällen für die Entstehung der Organellen grundlegend. Im Falle des Mitochondriums war die Spenderzelle selbst ein Pathogen mit der Fähigkeit der Abwehr des Wirts zu entgehen. Im Fall der Chloroplasten ermöglichte das Pathogen das Eindringen des Cyanobakteriums und schützte es zunächst vor dem Immunsystem des Wirts, bis die Voraussetzungen zur Etablierung von Chloroplasten gegeben waren.

Publikation:  Steven G. Ball, Debashish Bhattacharya, and Andreas P. M. Weber. In the press. Pathogen to powerhouse: how did the precursors to the mitochondrion and the nucleus evade host defense? Science. [publication date Feb. 12, 2016]

Quelle: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

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Das Anthropozän: unbequeme Fakten für ein menschengesteuertes Erdsystem – Studie in „Science“

Januar 8th, 2016

Die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf der Erde markieren nach Auffassung einer internationalen Gruppe von Geowissenschaftlern und Vertretern anderer Disziplinen eine neue geologische Epoche: das Anthropozän. Die Forscher, darunter Prof. Dr. Reinhold Leinfelder von der Freien Universität Berlin, stufen als Beginn dieser Epoche die Mitte des 20. Jahrhunderts ein. Das Anthropozän sei charakterisiert durch die Verbreitung von Materialien wie elementarem Aluminium, Beton, Plastik, Flugasche und dem sogenannten Fallout von Kernwaffentests über den gesamten Planeten.

Dies werde begleitet von erhöhten Treibhausgas-Emissionen und in der Erdgeschichte beispiellosen transglobalen Arteninvasionen. Die Studie wurde im renommierten Wissenschaftsmagazin Science veröffentlicht.

In der Arbeit zeigen 24 Mitglieder der internationalen Anthropozän-Arbeitsgruppe, dass die Menschen das Erdsystem in einem dermaßen starken Ausmaß verändert haben, dass inzwischen eine Reihe von Signalen in Sedimenten und Eis zu beobachten sind. Diese Signale seien hinreichend unterschiedlich zur deutlich stabileren Holozän-Epoche der letzten 11.700 Jahre, welche die Entwicklung der menschlichen Zivilisation überhaupt erst erlaubte, um die Etablierung einer Anthropozän-Epoche in der erdgeschichtlichen Zeitskala zu rechtfertigen, heißt es in der Studie. Im Jahr 2016 wird die Anthropozän-Arbeitsgruppe weitere Erkenntnisse über das Anthropozän zusammentragen, die Empfehlungen darüber unterstützen sollen, ob diese neue Zeiteinheit formalisiert werden sollte, und – falls ja – wie sie auch formal definiert und charakterisiert werden könnte.

Hauptautor der Studie ist Colin Waters (Sekretär der Arbeitsgruppe, British Geological Survey). An der Studie beteiligt sind Jan Zalasiewicz (Leiter der Arbeitsgruppe, Leicester University) sowie eine Vielzahl weiterer Autoren, darunter Prof. Dr. Reinhold Leinfelder. Leinfelder ist Leiter der Arbeitsgruppe Geobiologie und Anthropozänforschung am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität. Ferner steht er dem Forschungsprojekt „Die Anthropozän-Küche“ am Exzellenzcluster Bild-Wissen-Gestaltung der Berliner Universitäten vor und ist Gründungsdirektor des im Bau befindlichen Berliner Hauses der Zukunft.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, ob menschliche Aktivitäten die Erde in eine neue geologische Epoche – das Anthropozän – getrieben haben. Ihre Forschungsfragen lauten: In welchem Umfang werden menschliche Aktivitäten als messbare Signale in geologischen Schichten aufgezeichnet, und wie deutlich unterscheidet sich das Anthropozän weltweit von der deutlich stabileren Holozän-Epoche der letzten 11.700 Jahre, welche die Entwicklung der menschlichen Zivilisation überhaupt erst erlaubte.

Das Holozän war eine Zeit, während der sich menschliche Gesellschaften durch die schrittweise Domestizierung von Landschaften zur Nahrungsmittelproduktion, durch den Bau von Städten und durch die Entwicklung von Fertigkeiten zur Gewinnung von Wasser-, Mineral- und Energieressourcen des Planeten weiterentwickelten. Die von den Forschern nun vorgeschlagene Anthropozän-Epoche ist dahingegen als eine Zeit besonders rascher Umweltveränderungen charakterisiert; diese seien verursacht insbesondere durch den extrem raschen Anstieg der menschlichen Bevölkerung und den stark erhöhten Ressourcenverbrauch während der „Großen Beschleunigung“ von Mitte des 20. Jahrhunderts an.

Hauptautor Colin Waters vom Britischen Geologischen Dienst sagte: „Menschen beeinflussen die Umwelt schon lange, aber erst seit Kurzem gibt es diese schnelle, globale Verbreitung von neuen Materialien, darunter Aluminium, Beton und Kunststoffe, welche ihre Spuren in Sedimenten hinterlassen. Die Nutzung fossiler Brennstoffe hat Flugascheteilchen weltweit verbreitet, was mit der zeitlichen Verteilung des Maximums der durch atmosphärische Atomwaffentests erzeugten Radionuklide zusammenfällt.“ All dies zeige, dass das Anthropozän-Konzept auf realen Fakten basiert, unterstrich Jan Zalasiewicz von der University of Leicester, Ko-Autor und Vorsitzender der Arbeitsgruppe.

Reinhold Leinfelder, ebenfalls Ko-Autor betonte: „Wir produzieren jährlich fast so viel Plastik, wie es der Biomasse aller auf der Erde lebenden Menschen entspricht. Plastik findet sich bereits in allen Ablagerungsräumen der Erde, vom Gebirgstümpel bis zur Tiefsee und wird so als Technofossil zu einem der wichtigsten Leitfossilen des Anthropozäns werden.“ Neben rein vom Menschen geschaffenen, anthropogenen Sedimentschichten – also etwa Ablagerungen in Stauseen, Müll-Deponien oder Schuttbergen wie dem Berliner Teufelsberg – sei die Signatur des Menschen damit in allen Sedimentschichten nachweisbar, führte Reinhold Leinfelder aus. Deshalb sei eine formale Etablierung des Anthropozäns als Zeiteinhalt der Erdgeschichte geradezu erforderlich. „Das Anthropozän wäre also eine neue geologische Epoche, die als Konsequenz aller Aktivitäten einer technologisierten menschlichen Gesellschaft zu sehen ist und damit in ihrer Bedeutung weit über das Fach Geologie hinausgeht“, konstatierte der Geowissenschaftler Leinfelder

Studie:  Colin Waters et al. (2016) The Anthropocene is functionally and stratigraphically distinct from the Holocene. Science.

Quelle: Freie Universität Berlin

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Verkehrsregeln für Pferd und Reiter

Januar 6th, 2016

Hoch zu Ross im Straßenverkehr.

(aid) – Sind Ross und Reiter im öffentlichen Straßenverkehr unterwegs, müssen sie selbstverständlich die geltenden Verkehrsregeln beachten. Grundlage ist Paragraph 28, Absatz 2 der Straßenverkehrsordnung (StVO), nach der Reiter oder auch Pferde führende Personen allen übrigen Verkehrsteilnehmer gleich zu setzen sind. Denn einen Führerschein für Reiter gibt es nicht. Deshalb sieht das Gesetz vor, dass Pferde nur von geeigneten Personen im öffentlichen Verkehr geritten oder begleitet werden dürfen. Diese müssen über reiterliche Kenntnisse bzw. körperliche Fähigkeiten zum Führen der Vierbeiner verfügen.

Auf der Fahrbahn haben sich Ross und Reiter auf der äußersten rechten Seite zu bewegen. Ist neben der rechten Begrenzungslinie noch ausreichend Platz vorhanden, so sollte dieser Bereich genutzt werden. Die Inanspruchnahme von Fuß- und Radwegen ist Reitern und Pferden jedoch nicht gestattet. Das Abbiegen muss rechtzeitig angezeigt werden, zum Beispiel durch Handzeichen.

Das Reiten in der Gruppe unterliegt besonderen Regeln: Sind mehrere Reiter unterwegs, gelten sie als geschlossener Verband – und damit als ein Verkehrsteilnehmer. Maximal 12 Teilnehmer bilden einen Verband, der jedoch eine Gesamtlänge von 25 Metern nicht überschreiten sollte. Nur in einer solchen Abteilung dürfen die Reiter zu zweit nebeneinander reiten.

Beim Reiten oder Führen in der Dämmerung und in der Dunkelheit ist für Mensch und Tier eine ausreichende Beleuchtung vorgeschrieben (§ 17 Abs. 1 StVO). Für den Einzelreiter gilt mindestens eine weiße, nicht blendende und nach vorne sowie nach hinten gerichtete Lichtquelle gesetzlich als ausreichend. Auch sogenannte Stiefellampen oder Steigbügelleuchten sind zulässig. Ideal ist eine beidseitige Beleuchtung. Sind mehrere Reiter in einer Gruppe unterwegs, muss zusätzlich ein rotes Licht am Ende des Verbandes mitgeführt werden. Allerdings ist die Silhouette eines Pferdes bzw. eines Reiter-Pferd-Paares in dieser gesetzlichen Minimalausstattung für den nahenden und im Verhältnis zum Reiter deutlich tiefer sitzenden Autofahrer häufig nur schwer – und oft nicht rechtzeitig – zu erkennen.

Das wird besonders nachvollziehbar, wenn ein Richtungswechsel erforderlich wird. Denn für das Queren einer Fahrbahn ist diese Ausstattung im Grunde nicht ausreichend. Nicht zwingend vorgeschrieben, aber durchaus empfehlenswert sind deshalb spezielle Reflektoren für das Pferd, wie beispielsweise. fluorisierende Gamaschen oder Leucht-Decken und reflektierende Kleidung, Leuchtwesten sowie Kopflampen für den Reiter. Vor allem im Bereich des Schweifs, der Seiten und des Brustbereichs sollte das Pferd zusätzlich großzügig mit speziellen Reflektoren ausgestattet werden. Blinkende Lichter oder Katzenaugen tragen ebenfalls zur Sichtbarkeit und damit zum Schutz bei.

Letztendlich steht aber vor allem der Pferdebesitzer in der Pflicht, die Verkehrssicherheit seines Vierbeiners schon frühzeitig zu trainieren. Denn auch wenn Pferde in der Dämmerung deutlich besser sehen als der Mensch, so können sie sich doch schnell vor heranrasenden Autolichtern erschrecken.

Quelle: Anke Klabunde, http://www.aid.de/

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Biofilme – Das Tauziehen der Bakterien

November 3rd, 2015

Mechanische Kräfte kontrollieren die Architektur von bakteriellen Biofilmen.

Biofilme lösen als bakterielle Rückzugsgebiete Probleme bei der Antibiotikabehandlung sowie bei der Reinigung von medizinischen Schläuchen aus und tragen zur Verbreitung von resistenten Krankheitserregern bei.

Ein Biofilm entsteht, wenn sich Bakterien an Oberflächen anheften und dort vermehren. Er kann – auch wenn ursprünglich aus einem einzelnen Bakterium entstanden – Zellen mit verschiedenen Eigenschaften entwickeln. Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie diese Heterogenität zur Strukturbildung solcher Biofilme beiträgt.

Kölner Biophysiker/innen der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Berenike Maier konnten nun zeigen, wie Unterschiede in der physikalischen Interaktion zwischen Bakterien zu einer Sortierung der Zellen führen und damit die Architektur von Biofilmen bestimmen. In ihrer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift eLife zeigte ein Team um den Biophysiker Enno Oldewurtel, wie spezifische mechanische Kräfte den Schlüssel zur Struktur in Biofilmen bilden.

Bakterien mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen organisierten sich dabei wie beim Tauziehen: Die Zellen bewegten sich in die Richtung, in der sie die stärkste Kraft zu anderen Bakterien aufbauen konnten.
Das Bakterium Neisseria gonorrhoeae kontrolliert die Wechselwirkung zwischen den Zellen durch sogenannte Pili. Diese stäbchenartigen Strukturen wirken wie Enterhaken zwischen den Zellen: Pili verschiedener Zellen verhaken sich und verkürzen sich anschließend. Hierdurch wirken zwischen den Bakterien mechanische Kräfte. Mittels gezielter genetischer Modifikationen gelang es dem Forschungsteam, den Grad der Verhakung und damit die Wechselwirkungskräfte zwischen den Zellen zu steuern. Diese Kräfte wurden mit Methoden der Nanotechnologie gemessen. Mischt man nun Bakterien, die unterschiedlich stark miteinander wechselwirken, so sortieren sich die Zellen nach den mechanischen Kräften, die sie aufeinander ausüben.

Die unterschiedliche mechanische Interaktion kann also die Architektur von Biofilmen bestimmen. Ähnliche Mechanismen sind bereits für die Trennung von Zellen in der embryonalen Entwicklung bekannt. Die Arbeit deckt damit eine grundlegende Gemeinsamkeit der Entwicklungsprozesse von Biofilmen und Embryonen auf: Differentielle physikalische Wechselwirkungen zwischen den Zellen sind für die Sortierung wichtig. Für die Zukunft lautet nun die Frage, inwieweit diese Zellsortierung die Widerstandsfähigkeit des Biofilms gegenüber äußeren Einflüssen stärkt.

Originalveröffentlichung:
Enno R. Oldewurtel, Nadzeya Kouzel, Lena Dewenter, Katja Henseler, Berenike Maier (2015). Differential interaction forces govern bacterial sorting in early biofilms. eLife, DOI 10.7554/eLife.10811

Quelle: Universität zu Köln (siehe hierzu auch den Beitrag „Bakterielle Biofilme im lebenden Organismus„)

Pferden auf den Zahn gefühlt – Bodennahe Fütterung wichtig für Zahngesundheit

September 9th, 2015

(aid) – In der freien Natur verbringen wilde oder verwilderte Pferde viel Zeit mit der Aufnahme von Futter – bis zu 18 Stunden am Tag sind sie damit beschäftigt, eine Vielzahl an Futterpflanzen zu fressen. Obwohl sie häufig ihre Köpfe heben, um potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen, grasen und kauen sie fast ausschließlich mit gesenkter Kopfhaltung.

Domestizierte Pferde – vor allem diejenigen, die viel Zeit in ihren Stallungen verbringen – leben ein wesentlich anderes Leben. Dafür erhalten sie nicht selten große Mengen an energiereichem Getreide, für deren Verwertung nur wenig Zeit erforderlich ist. Das Raufutter wird in Netzen angeboten; zumeist weit über dem Boden platziert. Diese verschiedenen Futterarten, die oft wenig kauintensiv sind und bei physiologisch ungünstiger Kopfhaltung aufgenommen werden, stellen die drei Hauptfaktoren für Zahnprobleme in der modernen Pferdehaltung dar.

Die zwei Paar Schneidezähne im Maul eines Pferdes sind messerscharf und sind dazu da, die Pflanzenhalme zu erfassen und abzureißen. Im hinteren Bereich des Kiefers befinden sich die flacheren Mahlzähne, die Prämolaren (Vormahlzahn) und Molaren. Diese Backenzähne zermahlen die Nahrung durch seitliche Kieferbewegungen. Aufgrund des deutlich schmaleren Unterkiefers ist eine Seitwärtsbewegung erforderlich, damit die Abnutzung der oberen Molaren gleichmäßig erfolgt. Zähne, die nicht ebenmäßig abgenutzt werden, können Haken, Spitzen und Kanten entwickeln.

Das Futter wilder Pferde scheint oftmals gröber zu sein und deutlich längere Mahlbewegungen zu erfordern. Freilebende Equiden, wie Zebras und Przewalski-Pferde, weisen deutlich weniger ausgeprägte laterale Zahnspitzen auf als Hauspferde. Der Grund hierfür ist das häufig strukturarme Futterangebot, das schneller und mit einem deutlich geringeren Kieferausschlag sowie niedrigerer Kaufrequenz konsumiert wird.

Diese Ernährungsform der Pferde erfordert daher eine regelmäßige Zahnbehandlung, um die Haken und Kanten zu eliminieren. Im Laufe der Zeit bewirkt die Fütterung von Heu und Getreide aus erhöhten Krippen und Netzen eine unnatürliche Kopfhaltung und hat damit ebenfalls Einfluss auf einen ungleichmäßigen Zahnverschleiß.

Für die Mehrzahl der domestizierten Pferde ist ein Fütterungsmanagement nach dem Modell ihrer wilden Artgenossen nicht immer und dauerhaft umsetzbar – auch wenn das vielleicht zu weniger Zahnproblemen führen würde. Daher sollten die Zähne der Hauspferde mindestens ein- oder zweimal im Jahr überprüft und notwendige Zahnkorrekturen vorgenommen werden. Auf erhöhte Futtertröge und -tische hingegen sollte verzichtet und sowohl Rau- als auch Kraftfutter grundsätzlich nur bodennah verfüttert werden.

Quelle: Anke Klabunde, http://www.aid.de/

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Koppen hilft den Pferden beim Stressabbau

August 12th, 2015

(aid) – Bisher gilt Koppen bei Pferden als Verhaltensanomalie, ist bei Besitzern solcher Tiere wenig beliebt und wird daher zumeist mit mehr oder minder drakonischen Maßnahmen bekämpft. Doch nun muss die Pferdewelt wohl umdenken, denn eine Studie von Agroscope, der Universitäten Neuenburg und Bern sowie der ETH Zürich kam zu einem erstaunlichen Ergebnis: Tiere mit dieser Verhaltensstörung reagieren zwar empfindlicher und stärker auf Stress, scheinen den Stress aber über das Koppen auch besser abbauen zu können.

Beim Aufsetzkoppen setzt ein Pferd seine oberen Schneidezähne auf einen festen Gegenstand auf, wie etwa den Rand einer Krippe („Krippensetzer“) oder der Boxentür. Dabei wird der Hals stark gebogen. Durch das Anspannen der unteren Halsmuskulatur wird der Schlundkopf geöffnet, woraufhin Luft in die Speiseröhre dringt. Dabei entsteht in der Regel ein rülpsendes Geräusch. Einige Pferde erfassen den Gegenstand auch mit den Zähnen, andere kommen ganz ohne solche „Hilfsmittel“ aus – sie sind in der Lage, allein durch eine ruckartige Bewegung mit dem Kopf zu koppen. Diese und andere Stereotypen treten ausschließlich bei nicht frei lebenden Tieren auf.

Dabei weisen die sich wiederholenden, ständig gleichbleibenden Handlungen ohne ersichtliches Ziel nicht selten einen zwanghaften Charakter auf. Diese Form des Hospitalismus ist oftmals die Folge von Dauerstress, der meist durch eine nicht artgerechte Haltungsform und die damit verbundene schlechte Lebensqualität begründet ist. Eine genetische Disposition, Langeweile und eine nicht ausgewogene Fütterung, aber auch häufige Konfliktsituationen gelten als mögliche Auslöser dieses krankhaften Verhaltens.

Eine erst kürzlich veröffentlichte Studie untersuchte die physiologische Antwort auf Stress von koppenden und nicht verhaltensauffälligen Vergleichspferden. Dazu verwendeten die Wissenschaftler einen Hormon-Stimulationstest, den sie bei 22 koppenden und 21 Tieren einer Kontrollgruppe durchführten. Den Pferden wurde dabei eine proportional zum Körpergewicht dosierte, synthetische Variante des Hormons ACTH (adrenocorticotropes Hormon) gespritzt, das wie in einer tatsächlichen Stress-Situation die Freisetzung des Stresshormons Kortisol stimuliert. Dieser Test erlaubt die Messung einer physiologischen Stressreaktion auf einen standardisierten Auslöser, ohne dass die Pferde sich dessen bewusst wären.

Im Ergebnis zeigte die Untersuchung einen deutlich höheren Kortisol-Gehalt im Speichel koppender Pferde als bei den Tieren der Vergleichsgruppe. Ein weiteres Phänomen beeindruckte die Wissenschaftler: Die sieben Kopper, die während des dreistündigen Tests gerade nicht koppten, wiesen einen noch höheren Kortisol-Wert auf.

Kopper reagieren deutlich sensibler und stärker auf Stress als andere Pferde. Allerdings scheint diese Verhaltensanomalie auch eine Strategie zu sein, um besser mit Stress umgehen zu können. Pferde am Koppen zu hindern, scheint daher eine kontraproduktive Maßnahme im Kampf gegen die Verhaltensstörung zu sein. Vielmehr sollten Pferdebesitzer zu einer Verbesserung der Lebensqualität ihrer koppenden Vierbeiner beitragen, so die Empfehlungen der Schweizer Wissenschaftler.

Quelle: Anke Klabunde, http://www.aid.de/

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Antibiotikaresistenz: Ökosystem dient als Speicher

Juli 21st, 2015

Untersuchungen am Lago Maggiore liefern wissenschaftlichen Nachweis.

Verbania (pte012) – Krankheitserregende Bakterienstämme können je nach den Bedingungen ihres natürlichen Habitats eine mehr oder weniger starke Antibiotikaresistenz entwickeln. Das hat das zum Nationalen Forschungsrat CNR gehörende Istituto per lo Studio degli Ecosistemi http://www.ise.cnr.it in seiner neuesten Studie zur Resistenz gegen Antibiotika herausgefunden.

Gefahr von Pandemien

Der massive und unkontrollierte Einsatz von Antibiotika hat in vergangener Zeit zu einem deutlichen Anstieg der durch resistente Bakterien ausgelösten Todesfälle geführt. Dadurch entstehen den nationalen Gesundheitsdiensten jedes Jahr hohe Kosten. Es besteht die Gefahr, dass sich in Europa nicht mehr bekämpfbare Pandemien ausbreiten.

„Die genaue Kenntnis unserer natürlichen Umgebung ist sehr wichtig, da die gegen Antibiotka resistenten Bakterien sich nicht nur in ihr entwickeln, sondern auf Dauer einer Selektion unterliegen und somit eine erhöhte Widerstandsfähigkeit bilden“, so Projektleiter Andrea Di Cesare. Sie biete den richtigen Weg, um die Wirksamkeit neuer Antibiotika und den sinnvollen Gebrauch bestehender Antibiotika sicherzustellen.

Bisherige Waffen nutzlos

Das natürliche Habitat der patogenen Keime kann zur Verminderung der Wirksamkeit einer Antibiotika-Behandlung beitragen. Im Rahmen einer zweijährigen Untersuchung in den Wassern des Lago Maggiore wurden verschiedene Bakterienarten in Korrelation mit ökologischen und mikrobiologischen Variablen gestellt. Dabei hat sich gezeigt, dass sich dort ein großer Bestand an Bakterienstämmen gebildet hat, die gegen bisher weit verwendete Antibiotika wie Tetrazykline und Solfonamide resistent sind.

Dies gilt laut den Forschern auch für Beta-Laktame und Aminoglykoside, die keinen direkten Zusammenhang mit bestimmten Umweltfaktoren aufweisen. Einzelheiten der wissenschaftlichen Untersuchung sind in der Fachzeitschrift „Molecular Ecology“ http://onlinelibrary.wiley.com unter dem Titel „Constitutive Presence of Antibiotic Resistance Genes within the Bacteria Community of a large Subalpine Lake“ veröffentlicht.

Quelle: pressetext.com

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Gehölzfutter ist nicht nur Knabberspaß für Pferde

Juli 15th, 2015

(aid) – Eine alte Bauernweisheit sagt: „Ist das Pferd krank, schick‘ es in den Wald!“ Was früher noch selbstverständlich war, wird heute nur noch in den seltensten Fällen praktiziert – wenn überhaupt. Denn die Bedeutung von Gehölzen in der Pferdefütterung wird häufig unterschätzt, obwohl Pferde einen bestimmten Anteil ihrer Futtergrundlage durch Laub und frische Triebe decken könnten. In freier Wildbahn und bei den wild gehaltenen Vierbeinern in den Naturschutzgebieten ist eine Mischbeweidung von Gräsern, Kräutern, Bäumen und Buschwerk durchaus typisch. Die wilden Artgenossen der domestizierten Hauspferde überleben ohne die Zugabe von Mineralfutter, decken ihren Bedarf an Spurenelementen und Mineralstoffen also aus der Natur.

Schon 2002 fanden Wissenschaftler im Rahmen einer Studie heraus, dass die Menge der Elemente Calcium, Kalium und Phosphor in den Baumrinden der im Gras oder Heu vergleichbar ist, jedoch der Anteil an Spurenelementen in den Rinden ungleich höher. Die Rinden von Bäumen, Büschen, Sträuchern und Hecken sind außerdem reich an sekundären Pflanzeninhaltsstoffen und weisen hohe Rohprotein- und Energiewerte auf.

Zahlreiche Bäume und Büsche sind für die Verwendung in der Pferdefütterung durchaus geeignet:
So enthalten Birkenblätter einen hohen Anteil an Calcium und Zink. Sie wirken leicht desinfizierend und erhöhen die Harnausscheidung. Brombeerblätter werden von den Vierbeinern besonders gern verzehrt: Sie enthalten viel Mangan, Kalium und Calcium. Die in den Blättern enthaltenen Gerbstoffe können bei Kotwasser und Durchfällen die Schleimhäute im Magen und Darm positiv beeinflussen. Brombeerblätter sind ganzjährig verfügbar und können aufgrund ihrer keimhemmenden und antiviralen Wirkung durchaus regelmäßig verfüttert werden. Die Blätter der Himbeere sind Eisen- und Manganhaltig. Ihr Einsatzgebiet ist vergleichbar dem von Brombeerblättern, zusätzlich entfalten sie ihre positive Wirkung als kleiner Helfer in der Geburtsvorbereitung: Sie stärken die Wehenmuskulatur, wirken entspannend und krampflösend.

Magnesium, Eisen und Zink liefert die Erle. Auch ihre Rinde ist gerbstoffreich und kann innerlich wie äußerlich – letzteres beispielsweise bei Ekzemen und schlecht heilenden Wunden – angewendet werden. Die Haselnuss verfügt in den Blättern und in der Rinde über einen hohen Gehalt an Eisen, Mangan und Calcium. Ihre Knospen, die sogenannten „Kätzchen“, enthalten viele Aminosäuren. Sie ist bekannt für ihre blutungsstillende Wirkung.

Die Heckenrose mit ihren reifen Hagebutten ist besonders beliebt bei den Vierbeinern. Ihre Früchte sind reich an Vitamin C und K1, dem B-Komplex sowie ß-Carotin. Aufgrund ihrer entzündungshemmenden und gefäßerweiternden Wirkung sorgen sie für eine gute Durchblutung, mindern Beschwerden in den Gelenken und fördern das Hufwachstum. Viel Eisen und Mangan enthalten auch die Rinde und die Blätter der Linde. Beide Baumbestandteile wirken krampflösend, während die Blüten als klassisches Mittel gegen Erkältungskrankheiten gelten.

Die Weide mit ihren vielen verschiedenen Arten gilt als schmerzlindernd und blutverdünnend. Blätter, Blüten und Rinde weisen einen hohen Gehalt an Selen, Zink und Mangan auf – aber auch Salicylate, einer Vorstufe der in Schmerzmitteln enthaltenen Acetyl-Salicylsäure. Die natürlichen Salicylate werden erst im Darm aufgenommen und in der Leber in Acetyl-Salicylsäure verstoffwechselt. Auf diese Weise kann die Weide ihre volle Wirkung entfalten, ohne die Magenschleimhaut anzugreifen – wie das nicht selten bei synthetisch hergestellten Schmerzmitteln zu beobachten ist.

Diese und weitere „pferdegerechte Pflanzen“ bieten daher nicht nur unter dem Aspekt von Artenvielfalt und Naturschutz einen echten Mehrwert, sie stellen auch eine preiswerte, weil oftmals allseits verfügbare Basis einer gesunden, nachhaltigen Ernährung dar – nicht nur wilden Kollegen unserer Hauspferde.

Quelle: http://www.aid.de

Weitere Informationen:  aid-Heft „Pferdefütterung“, Bestell-Nr. 1592, Preis: 4,00 Euro, www.aid.de/shop/shop_detail.php?bestellnr=1592

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Antibiotikaresistenzen können sich in der Umwelt weiter ausbreiten

Juli 10th, 2015

Kernaussagen des dritten internationalen EDAR-Symposiums (EDAR = The Environmental Dimension of Antibiotic Resistance), das sich mit den Verbreitungswegen von Antibiotikaresistenzen und ihrem Vorkommen in der Umwelt beschäftigte. Das EDAR-3 Symposium fand Ende Mai mit insgesamt 155 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 30 Ländern aller Kontinente in Wernigerode/Harz statt.

„Global steigt der Einsatz von Antibiotika in Humanmedizin und Tierhaltung noch immer. Dies verstärkt die Gefahr der Entstehung von Bakterien mit übertragbaren Resistenzen gegen diese Wirkstoffe nicht nur in Krankenhäusern und Tierställen, sondern auch in der Umwelt“, so ein Fazit der EDAR-3 Tagung „The Environmental Dimension of Antibiotic Resistance“ Ende Mai 2015. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stellten in Wernigerode/Harz an fünf Tagen ihre aktuellen Forschungsergebnisse vor und diskutierten deren Auswirkungen. Sie stimmten darüber überein, dass es Verbindungen zwischen der Antibiotikaresistenzen in der Umwelt und Resistenzen von klinischen Pathogenen gibt, die es genauer zu erforschen gilt. Eingeladen hatte zu dieser dritten Tagung Prof. Dr. Kornelia Smalla vom Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig. Die organisatorische Abwicklung des EDAR-Kongresses lag in den Händen der Conventus GmbH, Jena.

Bekannt ist, dass ein wiederholter Einsatz von Antibiotika zu Resistenzen führen kann. Auch, dass Menschen und Tiere Antibiotika zum großen Teil wieder ausscheiden, die zusammen mit bereits antibiotikaresistenten Bakterien über Abwasser und Gülle in die Umwelt gelangen können, ist gut dokumentiert. Die Fähigkeiten von Bakteriengemeinschaften, sich an den Selektionsdruck durch Antibiotika anzupassen, werden derzeit intensiv erforscht. So spielen Prozesse, die unter dem Begriff „Horizontaler Gentransfer“ zusammengefasst werden, eine wichtige Rolle: Bakterien tragen mobile genetische Elemente, z. B. sogenannte Plasmide, mit denen sie genetische Informationen untereinander austauschen können. Diese mobilen Elemente können nicht nur ein Gen tragen, das zum Beispiel die Resistenz gegen ein bestimmtes Antibiotikum vermittelt, sondern auch gleichzeitig weitere Gene, die die Bakterien beispielsweise gegen andere Antibiotika, Desinfektionsmittel oder Metallverbindungen resistent machen. Dies führt zu Problemen, die als Ko-Selektion bezeichnet werden. Mehrere Experten referierten, dass Antibiotika, die vor allem in der Tierhaltung genutzt werden, bei Bakterien auch Resistenzen gegen andere Antibiotika „ko-selektieren“ können, die für die Humantherapie von Bedeutung sind.

Welche Antibiotika in verschiedenen Umweltbereichen, z. B. im Boden, auftreten und wie sie persistieren, wird wesentlich von ihrer chemischen Struktur bestimmt. In diesem Forschungsfeld arbeitete das Julius Kühn-Institut im Rahmen der DFG-Forschergruppe 566. Stellvertretend stellte Dr. Jan Siemens (Universität Bonn) vor, dass an die Bodenmatrix gebundene Antibiotika aus der Gruppe der Sulfonamide in kleinen Mengen über mehrere Monate freigesetzt werden. Zudem zeigte er einen Zusammenhang zwischen der Antibiotika-Konzentration im Boden und dem gehäuften Auftreten von Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen auf (siehe auch JKI-Presseinformation vom 1.7. 2014).

„Kläranlagen und Güllelager sind ohne Zweifel „hot spots“ der bakteriellen Evolution. Hier kommen hohe Bakterienkonzentrationen, ein breites Spektrum an Nährstoffen für Bakterien, verschiedene Antibiotika, aber auch Desinfektionsmittel oder Metallverbindungen zusammen. Dies begünstigt genetische Veränderungen in den Mikroorganismen“, fasst Prof. Smalla eine wichtige Erkenntnis aus den Redebeiträgen ihrer Wissenschaftskolleginnen und Kollegen zusammen. Prof. Dr. Fernando Baquero (CSIC-INTA, Madrid) wies darauf hin, dass bereits sehr geringe Konzentrationen von Antibiotika in der Umwelt beachtliche Effekte auf Bakteriengemeinschaften haben können.
Immer wieder wurden bei den Tagungsbeiträgen die enge Vernetzung unterschiedlicher Lebensräume (Agrar- und aquatische Ökosysteme) sowie die globale Dimension des Themas deutlich. Viele der präsentierten Daten weisen darauf hin, dass es verschiedene Übertragungswege zwischen Landwirtschaft und Humanmedizin gibt.

Die Mikrobiologin Smalla vom Julius Kühn-Institut forscht selbst an Themen, die Dr. Ed Topp (Quebec/Kanada) präsentierte. Alle die Pflanze besiedelnden Mikroorganismen, die auch als Mikrobiom bezeichnet werden, sind durch den Boden und damit auch durch die Nutzung von organischem Dünger (z. B. Gülle) und Beregnungswasser mit der Gesamtheit der Antibiotikaresistenz-vermittelnden Gene (Resistom) verknüpft. Topp konnte dies am Beispiel von Gemüsekulturen wie Tomate, Rettich, Möhre und Salat nachweisen. Trotz aller Fortschritte im Verständnis, warum sich Bakterien bei Selektionsdruck, z. B. durch ein Antibiotikum, genetisch so schnell anpassen können, bleiben doch noch viele Fragen offen. „Vor allem müssen wir die biotischen und abiotischen Faktoren, die die Häufigkeit und Übertragbarkeit von Antibiotikaresistenzgenen beeinflussen, weiter erforschen“, so Professor Smallas Fazit für die eigene Arbeit. Sie hofft, dass mit der heute möglichen Analytik und neuen Methoden die Übertragungswege der Resistenzgene sowie die wichtigsten Einflussfaktoren bereits in naher Zukunft besser verstanden werden.

EDAR-4 wird im Mai 2017 in East Lansing in den USA stattfinden. Prof. James Tiedje von der Michigan State University ist der Organisator.

Quelle: Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

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Internationales Team identifiziert Gen als eine Ursache für männliche Unfruchtbarkeit

Mai 15th, 2015

Bei mindestens einem Drittel der ungewollt kinderlosen Paare in Deutschland liegt die Ursache beim Mann. Meist funktioniert seine Spermienbildung nicht richtig. Ein Team aus Forschern der Universität Münster hat nun gemeinsam mit Kollegen der Universität Pittsburgh (USA) und der Akademie der Wissenschaften in Poznan (Polen) einen Gendefekt als eine der Ursachen für diese Fehlfunktion identifiziert.

Münster (mfm/mk) – Etwa jedes sechste Paar in Deutschland bleibt ungewollt kinderlos – und bei mindestens einem Drittel der Fälle liegt die Ursache beim Mann. Meist funktioniert seine Spermienbildung nicht richtig. Ein Team aus Forschern der Universität Münster hat nun gemeinsam mit Kollegen der Universität Pittsburgh (USA) und der Akademie der Wissenschaften in Poznan (Polen) einen Gendefekt als eine der Ursachen für diese Fehlfunktion identifiziert. Die sowohl für die Grundlagenforschung an männlicher Infertilität – so der Fachbegriff für Unfruchtbarkeit – als auch für die klinische Praxis wichtige Studie erschien jetzt im renommierten „New England Journal of Medicine“.

Mutationen im sogenannten TEX11-Gen wurden von den Wissenschaftlern bei deutschen und ebenso bei amerikanischen Männern nachgewiesen, die ungewollt kinderlos sind. „Genauer gesagt liegt bei der Mehrzahl der untersuchten Männer eine Störung der Meiose, dem wichtigsten Vorgang der Keimzellbildung, vor“, erläutert Priv.-Doz. Dr. Frank Tüttelmann, Mitarbeiter des münsterschen Instituts für Humangenetik und gemeinsam mit Dr. Alex Yatsenko aus Pittsburgh Leiter der Studie. Im Hoden findet ein sogenannter Meiosearrest statt, was bedeutet, dass die Spermienbildung bis zur Meiose richtig funktioniert, danach aber nicht weiter läuft. Verantwortlich dafür sind Mutationen des TEX11-Gens, die dazu führen, dass bei den betroffenen Männern die Samenflüssigkeit keine Spermien enthält und sie somit unfruchtbar sind. Diese Mutationen konnte das Forscherteam, dem neben Tüttelmann und Dr. Albrecht Röpke aus der Humangenetik auch Prof. Stefan Schlatt, Prof. Sabine Kliesch und Dr. Birgit Westernströer vom Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie (CeRA) der Uni Münster angehörten, nun erstmals als Ursache für männliche Infertilität nachweisen.

Möglich wurde die Entdeckung dieser Genmutation durch die Anwendung neuester Technologie, nämlich der Array-CGH. „Dabei wurde das X-Chromosom hochauflösend analysiert und wir konnten kleine Stückverluste des TEX11-Gens bei zwei betroffenen Männern identifizieren“, berichtet Prof. Stefan Schlatt. Auch bei weiteren unfruchtbaren Patienten ließen sich dann Punktmutationen mittels einer Sequenzuntersuchung im TEX11-Gen nachweisen. Dafür untersuchten die münsterschen Forscher 240 Patienten und ihre Kollegen vom Department of Obstetrics, Gynecology and Reproductive Sciences in Pittsburgh 49; anschließend wurden die Ergebnisse verglichen. „Bei gesunden Männern mit normaler Spermienzahl fanden wir keine Mutationen des TEX11-Gens“, so Tüttelmann. Dass die Ursache für ihre Unfruchtbarkeit so eindeutig geklärt werden konnte, verschafft den betroffenen Männern zumindest Klarheit – auch wenn es für sie derzeit noch keine Therapie gibt und die Paare nur auf künstliche Befruchtung setzen können.

Seit 2013 läuft das internationale Projekt, unter anderem gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG. Das Team ist trotz der nun veröffentlichten herausragenden Erkenntnisse noch nicht am Ende seiner gemeinsamen Forschungen angelangt: „Ob unsere Ergebnisse durch eine etwaige Vererbbarkeit auch Bedeutung für die Nachkommen dieser Männer haben, wissen wir noch nicht“, schildert Tüttelmann die weiteren Pläne: „Das wollen wir noch genauer erforschen.“ Zunächst freuen sich die Wissenschaftler aber über die Würdigung ihrer Studie in einem der höchstangesehen medizinischen Journale überhaupt.

Link zur Studie:
http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1406192

Quelle: Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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