Trüffeln und Kaviar sind extrem teure Speisen. Wissenschaftler der Universität Bonn und des Forschungszentrums Jülich toppen nun diese Luxusgüter. Sie haben Petersilie, Spinat und Pfefferminze mit einem Kilopreis von annähernd 50.000 Euro kultiviert. (Pressemitteilung vom 14.11.2011). Was die Kräuter so kostenintensiv und gewichtig macht, ist eine chemische Markierung mit dem schwereren Isotop 13C. Die Forscher wollen damit testen, ob die in den Pflanzen enthaltenen Flavonoide im Körper von Probanden tatsächlich die ihnen zugesprochene Schutzwirkung entfalten.

Wenn Maike Gleichenhagen das Wachstum der jungen Petersilie-, Spinat- und Pfefferminzpflänzchen prüft, dauert die Stippvisite nur wenige Sekunden. Der Grund: Sie muss die Luft anhalten, denn das Kohlendioxid beim Ausatmen würde das Experiment verfälschen. Die Doktorandin am Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften der Universität Bonn kultiviert die Kräuter zusammen mit Prof. Dr. Ingar Janzik in einer speziellen Klimakammer des Instituts für Pflanzenwissenschaften in Jülich. Diese Klimakammer wurde dort vom Pflanzenwissenschaftler Dr. Siegfried Jahnke speziell an die Notwendigkeiten dieser „schweren“ Anzucht angepasst. „Hier ist es möglich, die Kräuter mit markiertem Kohlendioxid zu begasen, das die Pflanzen über die Fotosynthese aufnehmen und einbauen“, berichtet Gleichenhagen.

Aus einer Gasflasche strömt kontrolliert Kohlendioxid in die Klimakammer, das nicht den in der Atmosphäre überwiegend vorkommenden Kohlenstoff 12C, sondern das viel seltenere, schwerere Isotop 13C enthält. „Auch dieser `schwere´ Kohlenstoff kommt natürlicherweise vor, hat in der Natur aber am Kohlenstoff nur einen Anteil von etwa einem Prozent“, sagt Prof. Janzik vom Institut für Pflanzenwissenschaften (IBG-2) des Forschungszentrums Jülich. „Das ist das Besondere an dem Versuch: Eine Flasche von dem gasförmigen `Dünger´ kostet rund 100.000 Euro“, sagt Lebensmittelchemiker Prof. Dr. Rudolf Galensa, der an der Universität Bonn die Doktorarbeit im Projekt „PhytoFuN“ (Phyto Functional Nutrition) betreut. Neben den Anteilen der beteiligten Institute werden die Kosten weitgehend vom Deutschen Stiftungszentrum (Stiftungsfonds Unilever) und von der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn getragen.

Schützen Flavonoide wirklich vor Krankheiten?

Besonders haben es die Wissenschaftler auf die begehrten Flavonoide abgesehen, die in Pflanzen nur in einem Promilleanteil vorkommen. „In Petersilie, Spinat und Pfefferminze liegen sie aber in vergleichsweise hohen Gehalten vor“, sagt Dr. Benno Zimmermann, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Galensas Team. Den Flavonoiden wird eine antioxidative Wirkung zugeschrieben – sie sollen unter anderem vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Krebs schützen. „Das ist aber noch nicht zweifelsfrei bewiesen“, stellt Prof. Galensa fest.

Deshalb wollen die Wissenschaftler aus den schweren 13C-markierten Pflanzen die Flavonoide isolieren und Probanden in die Nahrung gemischt zum Verzehr verabreichen. „Dann können wir zum Beispiel anhand von Blutproben den Verbleib der Flavonoide im Körper nachvollziehen“, berichtet Professor Dr. Peter Stehle, Ernährungswissenschaftler an der Universität Bonn. Wenn die Wissenschaftler Stoffwechselprodukte mit 13C finden, muss es aus den markierten Flavonoiden stammen. „Das Kohlenstoffisotop 13C ist für die Testpersonen vollkommen ungefährlich, es ist weder radioaktiv noch giftig – eben nur ein bisschen schwerer“, sagt Prof. Galensa.

Erfolgreiche Anzucht der markierten Küchenkräuter

Die Anzucht der Pflanzen verlief nach Plan. „Die Kräuter gedeihen gut“, sagt Maike Gleichenhagen nach mehreren Wochen der Kultivierung in der Jülicher Klimakammer. „Die Vorversuche zur Sortenwahl am Institut für Gartenbauwissenschaften von Prof. Dr. Georg Noga haben dazu entscheidend beigetragen.“ Etwas mehr als zwei Kilo an Grünsubstanz konnte die Doktorandin inzwischen ernten. Die Pflanzen haben auch bevorzugt den markierten Kohlenstoff eingebaut. „Die Analysen zeigen, dass der Anteil von 13C in den Flavonoiden deutlich mehr als 90 Prozent beträgt“, berichtet Dr. Zimmermann. „Das reicht aus, um den Weg dieser Stoffe im Körper der Probanden zurückverfolgen zu können.“ Diese Messungen bestätigte auch Dr. Markus Boner von der TÜV Rheinland Agroisolab GmbH mittels Isotopenmassenspektrometrie.

Anfang 2012 sollen dann die Tests mit den Probanden beginnen. „Sie bekommen die markierten und extrahierten Flavonoide in üblichen Speisen – zum Beispiel als Pfefferminztee – gereicht“, sagt Prof. Stehle. Erste Analyseergebnisse werden vermutlich Mitte 2012 vorliegen. Aufgrund der beschränkten Mengen wird zunächst nur eine kleinere Anzahl von Probanden die teuersten und schwersten Kräuter der Welt verzehren dürfen. Doch die Wissenschaftler planen bereits jetzt eine Ausweitung der Tests. „Wir wollen zunächst zeigen, dass das Prinzip funktioniert“, berichtet Prof. Galensa. „Dann werden wir weitere Fördermittel beantragen – denn in den Flavonoiden stecken noch viele Geheimnisse.“

Quelle/Text/Redaktion: uni-bonn.de

Bereits vor 12.000 Jahren erschufen Steinzeitmenschen auf dem Berg Göbekli Tepe in der heutigen Türkei ein Höhenheiligtum, das sich einer entwickelten Bildsprache bediente. Prof. Dr. Ludwig Morenz, Ägyptologe an der Universität Bonn, stellt in seinem Buch dar, wie diese frühen Vorläufer der Schriftzeichen zu einer kulturellen Revolution im Denken und Handeln der Menschen führte.

Seit Urzeiten hat sich der Mensch für die Nachwelt verewigt: Vor Jahrzehntausenden hinterließen eiszeitliche Jäger ihre Höhlenmalereien. Über abstrakte Bildzeichen ging die Entwicklung allmählich weiter bis zur Schrift. Bereits vor mehr als 5.000 Jahren verwendeten die Altägypter Hieroglyphen als älteste Schriftzeichen. „Wie sich abstrakte Bildzeichen in Schriftzeichen wandelten, lag lange weitgehend im Dunkeln“, sagt Prof. Dr. Ludwig Morenz von der Abteilung für Ägyptologie der Universität Bonn.

Mit den Grabungen des Deutschen Archäologischen Instituts unter der Leitung von Prof. Dr. Klaus Schmidt von der Universität Erlangen-Nürnberg auf dem Berg Göbekli Tepe in Südanatolien kam ein steinzeitliches Heiligtum zum Vorschein. Nahe der heutigen türkischen Stadt Sanliurfa – dem antiken Edessa – errichteten Menschen gegen Ende der Eiszeit vor rund 12.000 Jahren mehrere monumentale Ringanlagen, die von T-förmigen, aus Kalkstein gefertigten Pfeilern beherrscht werden.

Fehlendes Bindeglied zwischen Bildern und Schrift

„Das Höhenheiligtum ist so etwas wie das fehlende Bindeglied zwischen Bildern und den ersten Schriftzeichen“, sagt Prof. Morenz, der zusammen mit Prof. Schmidt mehrere Jahre lang die in Göbekli Tepe entdeckten frühneolithischen Zeichen untersuchte. „Sie erlauben neue Einsichten in historische Tiefen der menschlichen Kommunikation.“ Häufig finden sich auf den T-Pfeilern in Flachreliefen dargestellte Tiere, darunter Schlangen, Skorpione, Füchse, Kraniche, Gazellen und Wildesel. Außerdem gibt es stärker abstrahierte Zeichen wie Tiere, Hände oder die Kombination aus Mondscheibe und -sichel.

„Es handelt sich dabei um einen Sprung in eine neue mediale Welt“, sagt der Experte für Bildersprache und Zeichentheorie. Immerhin sei diese frühe Form der Bildzeichen mehr als doppelt so alt wie die ältesten Schriftzeichen der Altägypter. Zum Ende der Eiszeit wurden Grundlagen gelegt, auf denen die spätere kulturelle Revolution aufbauen konnte. Prof. Morenz: „Göbekli Tepe steht für die Entwicklung von reinen Bildern zur Kodierung von darüber hinaus gehender Bedeutung.“ Während es sich bei der Darstellung eines Stieres etwa in der Höhle von Altamira in Spanien um das direkte Abbild des Tieres handelt, sei ein Stierkopf in dem Höhenheiligtum der Türkei von der primären Bildbedeutung losgelöst als abstraktes Symbol für eine Gottheit zu verstehen.

Bereits vor 12.000 Jahren gab es ein einheitliches Zeichensystem

Der Ägyptologe der Universität Bonn untermauert seine These mit der Tatsache, dass insgesamt rund 20 verschiedene Bildzeichen in ähnlicher Form auch noch in anderen frühneolithischen Fundorten im Umkreis von 150 Kilometern um das Höhenheiligtum Göbekli Tepe herum entdeckt wurden. In dieser fruchtbaren Landschaft zwischen den Oberläufen von Euphrat und Tigris wurden Menschen früh sesshaft. Sie teilten in den verschiedenen Siedlungen mit leichten Abwandlungen die gleichen Bildzeichen. „Das kann kein Zufall sein, die Menschen dieses Kulturraumes müssen sich auf ein einheitliches Zeichensystem geeinigt haben“, ist Prof. Morenz überzeugt.

Die Bildzeichen könnten gleichzeitig mehrere Bedeutungen haben: Ein Schlange stehe einerseits für Bedrohung, könne aber auch als Zeichen für etwas Abwesendes verstanden werden – weil der Abdruck der Schlange im Sand verbleibt, wenn das Tier längst weitergezogen ist. Das Abbild einer abstrahierten Hand lasse sich als Geste – etwa von Abwehr – interpretieren. Manche Zeichen waren in kleine, flache Steine geritzt – quasi als „Heiligtum für die Hosentasche“. „Bei dieser frühen Bildsprache handelt es sich aber noch um keine Schriftzeichen“, stellt Prof. Morenz fest. Schriftzeichen seien noch einmal deutlich differenzierter und umfassten auch die lautliche Dimension, das heißt wie ein bestimmtes Zeichen ausgesprochen wird.

Göbekli Tepe zeigt nach den Untersuchungen des Ägyptologen eindrücklich, wie komplex und spezialisiert bereits die steinzeitliche Gesellschaft vor rund 12.000 Jahren war. „Der Gebrauch von Sprache, Hand und Hirn gingen mit einander einher“, sagt Prof. Morenz. In dem Maß, wie sich die Menschen damals mit großem handwerklichen und intellektuellem Geschick eine abstrakte Bildsprache schufen, drangen sie jenseits der Herausforderungen des Alltags in religiöse Sphären vor und stellten sich bereits den Grundfragen der Menschheit nach dem Jenseits. „Es handelt sich um den Beginn der medialen Entwicklung und um den Aufbruch in neue Denkräume“, sagt Prof. Morenz.

Publikation: Ludwig D. Morenz: Medienevolution und die Gewinnung neuer Denkräume. Das frühneolithische Zeichensystem (10./9. Jt. v. Chr.) und seine Folgen, Studia Euphratica, Bd. 1, EB-Verlag Berlin, 294 S., 58 Euro.

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Wissenschaftler der Universität Bonn und des Max-Planck-Instituts für Psychiatrie in München haben eine Reihe von Genvarianten identifiziert, die bei der angeborenen Immunabwehr eine Rolle spielen. Sie nutzten dazu eine Methode, mit der sie die Antwort menschlicher Abwehrzellen auf bakterielle Moleküle allumfassend beobachten konnten. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der zellbiologischen Vorgänge bei einer Vielzahl von immunologischen Krankheiten bei. Die Studie erscheint in Kürze in der Zeitschrift Nature Communications.

Die Medizin kennt inzwischen eine ganze Reihe von Genvarianten, die die Funktion einzelner zellulärer Prozesse beeinträchtigen. Oft handelt es sich dabei nur um winzige Abweichungen, so genannte Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP, für englisch Single Nucleotide Polymorphism). Diese SNPs sind über das gesamte Erbgut verteilt. Sie machen den Hauptteil der genetischen Variabilität aus und sind ein wesentlicher Grund dafür, warum Individuen unterschiedlich sind.

Die genaue Funktion der meisten SNPs ist jedoch noch völlig unbekannt. Man kennt zwar mittlerweile eine Reihe von „Risiko-SNPs“, die bei bestimmten Erkrankungen gehäuft vorkommen. Die zugrunde liegende Störung im Prozessablauf einer Zelle ist allein daraus jedoch nicht ersichtlich. Es ist etwa so, als würde ein Mechaniker die zerlegten Bestandteile einer Maschine betrachten. Er sieht zwar, dass ein Zahnrädchen kaputt ist; er weiß aber nicht, wo es hingehört und was es dort genau macht. Da viele Erkrankungen eng mit dem Immunsystem verknüpft sind, wäre jedoch eine genaue Zuordnung einzelner SNPs zu Funktionen in Immunzellen wünschenswert. Damit würde man zum einen die Ursache dieser Krankheiten besser verstehen. Außerdem wäre es so leichter möglich, zielgerichtete Medikamente zu entwickeln.

Dank einer neuen Methode sind die Wissenschaftler der Universität Bonn der Antwort auf diese Frage ein Stück näher gekommen. Die Forscher haben Abwehrzellen aus dem Blut von knapp 140 Versuchspersonen isoliert, so genannte Monozyten. Monozyten verfügen über Sensoren, die typische Bestandteile von Krankheitserregern erkennen und dann Alarm schlagen. Durch ihre wichtige Funktion sind Monozyten aber auch häufig an der Entstehung von Krankheiten beteiligt, bei denen es zu einer fehlgesteuerten Entzündungsreaktion kommt.

Alarmstimmung in der Abwehrzelle

Ein wichtiger Sensor in Monozyten ist der TLR4-Rezeptor. Er reagiert auf komplex aufgebaute Zucker-Fett-Verbindungen, die in der Wand bestimmter Bakterien vorkommen. Die Immunologen gaben diese bakteriellen Verbindungen zu ihren Monozyten.

Die Abwehrzellen schlugen daraufhin Alarm und aktivierten eine ganze Reihe von Genen. Die Bonner Forscher verglichen nun die aktivierten Gene vor und nach Zugabe der Bakterien-Bestandteile. „Wir konnten so genau erkennen, welche Erbanlagen im Alarmfall in den Monozyten aktiviert werden“, erläutert Professor Dr. Veit Hornung vom Institut für Molekulare Medizin der Universität Bonn. Bildlich gesprochen: Der Mechaniker kennt nun die Zahnräder, die dafür sorgen, dass seine Maschine funktioniert. Er weiß aber noch immer nicht, welche Funktion das einzelne Rädchen übernimmt oder was passiert, wenn es kaputt geht. Um diese Frage zu beantworten, suchten die Wissenschaftler im Erbgut ihrer 140 Probanden nach SNPs, die einen direkten Einfluss auf die Genaktivität in den betroffenen Abwehrzellen hatten.

„Wir konnten eine ganze Reihe von SNPs identifizieren, die die Immunantwort steuern“, erklärt Privatdozent Dr. Johannes Schumacher, Humangenetiker an der Universität Bonn. „So gibt es beispielsweise einen SNP, der an der Steuerung des Immunsystems beteiligt ist und von dem bereits bekannt war, dass er das Risiko erhöht, an einer primär biliären Zirrhose zu erkranken. Dabei handelt es sich um eine schwere Autoimmunerkrankung der Leber. Dank unserer Arbeit können wir jetzt sagen, was dieser SNP in den Monozyten genau bewirkt und welche Genaktivitäten er beeinflusst.“

Kooperation zwischen Immunologie und Humangenetik

Mit ausschlaggebend für den Erfolg ist das besondere Forschungsprofil der Uni Bonn: Immunologie und Humangenetik sind zwei herausragende Schwerpunkte der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität. Wichtiger Partner war zudem das Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München.

„Die Gemeinschaftsarbeit erlaubt einen tiefen Einblick in die Funktionsweise des angeborenen Immunsystems“, macht Dr. Sarah Kim deutlich, die sowohl als Immunologin und Humangenetikerin an der Universität Bonn forscht. Die Wissenschaftler hoffen, dass sich ihre Erkenntnisse irgendwann auch in der medizinischen Praxis niederschlagen. Prof. Hornung: „Die funktionelle Kartierung des Erbguts ist eine wichtige Strategie für die Entwicklung neuer Medikamente.“

Publikation: Sarah Kim et. al.: Characterizing the genetic basis of innate immune response in TLR4-activated human monocytes; Nature communications; doi: 10.1038/ncomms6236

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