Im Frühjahr dieses Jahres kam es in Saudi-Arabien zu einer dramatischen Ausbreitung lebensgefährlicher Lungenentzündungen. Auslöser war das neu entdeckte MERS-Coronavirus. Epidemiologen der Weltgesundheitsorganisation befürchteten zunächst, das Virus sei mutiert und dadurch gefährlicher geworden. Virologen der Universität Bonn und des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung haben nun den Ausbruch und das Virus untersucht. Resultat ihrer Analyse: Das Virus ist nicht mutiert; Hauptproblem scheint dagegen eine mangelhafte Krankenhaus-Hygiene gewesen zu sein.

Im März und April dieses Jahres alarmierte ein MERS-Ausbruch im saudi-arabischen Dschidda Gesundheitsexperten aus aller Welt. Innerhalb von vier Wochen steckten sich etwa 200 Menschen mit dem Virus an – genau soviele wie seit der Entdeckung des Virus im Jahr 2012 zusammen genommen. MERS steht für Middle East Respiratory Syndrome. Das Virus verursacht eine Lungenentzündung, die beim Menschen in jedem dritten Fall tödlich endet. Angesichts des Ausbruchs befürchteten Epidemiologen, ein mutiertes Virus könnte im schlimmsten Fall eine weltweite Epidemie auslösen.

Virologen der Universität Bonn haben als erstes Forschungsteam weltweit den Ausbruch und das beteiligte Virus untersucht. Ihren Analysen zufolge ist das MERS-Virus aus Dschidda nicht ansteckender als der Stamm, der 2012 isoliert wurde. Auch hat es keine Mechanismen entwickelt, die es ihm erlauben würden, die menschliche Immunabwehr zu unterlaufen.

Mangelnde Krankenhaushygiene

Ursache war stattdessen wohl ein Problem mit der Krankenhaus-Hygiene. Die Hälfte der infizierten Patienten wurde im König Fahd Hospital in Dschidda behandelt. „Wir nehmen an, dass es dort zur massenhaften Übertragung der Krankheit gekommen ist“, sagt Studienleiter Professor Dr. Christian Drosten vom Institut für Virologie am Universitätsklinikum Bonn und vom Deutschen Zentrum für Infektionsforschung. So müssen MERS-Erkrankte häufig beatmet werden. Wird der Beatmungsschlauch unsachgemäß entfernt, können infektiöse Aerosole frei werden, die viele Milliarden Viren enthalten. Dazu komme, dass das Pflegepersonal in Saudi-Arabien oft schlecht ausgebildet sei. „Es ist enorm wichtig, an diesem Punkt anzusetzen“, sagt Prof. Drosten. In Deutschland sei ein ähnlicher Ausbruch wohl kaum zu befürchten.

Der MERS-Ausbruch galt weltweit als das große infektionsmedizinische Problem dieses Frühjahrs. Entgegen anfänglicher Befürchtungen blieb er jedoch auf Dschidda beschränkt und klang schließlich wieder ab. Grund war wohl unter anderem die Umsetzung von Sicherheitsmaßnahmen in den Krankenhäusern, etwa eine bessere Isolierung von Patienten. „Das zeigt, wie effizient selbst einfache Methoden gegen ein derartiges Virus sein können“, betont Prof. Drosten.

Publikation: Christian Drosten, Doreen Muth, Victor Corman, Raheela Hussain, Malaki Al Masri, Waleed HajOmar, Olfert Landt, Abdullah Assiri, Isabella Eckerle, Ali Al Shangiti, Jaffar A. Al-Tawfiq, Ali Albarrak, Alimuddin Zumla, Andrew Rambaut, Ziad Memish: An observational, laboratory-based study of outbreaks of MERS-Coronavirus in Jeddah and Riyadh, Kingdom of Saudi Arabia, 2014; Clinical Infectious Diseases; DOI: 10.1093/cid/ciu812

Quelle/Text/Redaktion: uni-bonn.de

Was Einstein nicht ahnte

Hart wie Keramik, leitfähig wie Metall, formbar wie Plastik: Metallische Gläser haben faszinierende Eigenschaften, die für die Industrie hochinteressant sind. Wie genau sie entstehen, ist aber noch weitgehend unbekannt. Mit ihrer neuen Entdeckung sind Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nun nahe dran, das Geheimnis zu lüften, was passiert, wenn flüssige Metalllegierungen zu Glas erstarren. Damit erweitern sie eine über einhundert Jahre alte Theorie Albert Einsteins über Viskosität und Diffusion. „Das Metall der Zukunft“ – damit werben Firmen für die extrem harten, elastischen und korrosionsbeständigen Metalllegierungen. Sie sind besonders in der Medizin, in der Raumfahrt und bei Sportausrüstung wie Golfschlägern gefragt. Die Herstellung dieser metallischen Gläser, die erstmals 1954 in Deutschland entdeckt wurden, ist jedoch sehr aufwendig und teuer, da umfassende wissenschaftliche Grundlagenerkenntnisse bisher fehlen – trotz zurzeit intensiver Erforschung.

Insbesondere die Übergangsphase von der Schmelze bis zum Glas stellt die Forscherinnen und Forscher vor große Rätsel. In kristallinen Festkörpern ist jedes einzelne Atom wie in einem Käfig an seinem Ort gefangen, denn die Teilchen sind dicht und regelmäßig „gepackt“. Völlig anders verhalten sie sich hingegen in sogenannten einfachen Schmelzen. Das sind Stoffe in der flüssigen Phase, die nur aus einem Element bestehen. In diesem Zustand haben die Atome mehr Platz (= mehr freies Volumen), um sich gleichzeitig zu bewegen. Dadurch stoßen sie auch aneinander und ändern fortwährend ihre Richtung. Albert Einstein beschrieb dieses Verhalten bereits 1905 in einer Gleichung: In einer einfachen Schmelze bestimmt demnach die Größe der Atome deren Geschwindigkeit. Bei etwa gleicher Atomgröße – so erkannte der Physiker – sollten sich alle Atome nahezu gleich schnell bewegen.

Überraschendes förderte jetzt ein Kieler Forschungsteam um Professor Franz Faupel und Professor Klaus Rätzke mit Kolleginnen und Kollegen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln zu Tage: Mit Experimenten an Vitreloy 4 (Marke der Liquidmetal Technologies), einer Legierung aus Zirconium, Titan, Kupfer, Nickel und Beryllium – also einer komplexen Schmelze aus mehreren Elementen – wiesen sie nach, dass sich komplexe Schmelzen von glasbildenden Legierungen nicht wie einfache Schmelzen verhalten.

„Schon mehrere hundert Grad vor dem Einsetzen der Erstarrung stellten wir fest, dass sich unterschiedliche Atomspezies unterschiedlich schnell bewegten“, erklärt Faupel die Untersuchungsergebnisse, „Und dass, obwohl die verschiedenen Atome fast gleich groß sind.“ Die Forschenden hatten zuvor Zirkon- und Cobalt-Atome radioaktiv markiert und beobachteten, dass die Zirkon-Atome bis zu viermal langsamer durch die Schmelze schleichen als die restlichen Atome. „Sie bewegen sich nicht frei, sondern spüren sogar oberhalb der Glasübergangstemperatur das Energiepotential anderer Zirkon-Atome und formen zeitweilig sogar Bindungen mit ihren Nachbarn“, führt Faupel weiter aus.

Diese Erkenntnisse, jüngst erschienen in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“, bestätigen nicht nur jüngste Theorien in diesem Forschungsfeld, welche davon ausgehen, dass die Glasbildung durch das Einfrieren der Bewegung bei bestimmten Temperaturen bedingt ist. Sondern sie könnten auch dazu führen, dass metallische Gläser zukünftig günstiger und gezielter hergestellt werden können.

Originalpublikation
Decoupling of Component Diffusion in a Glass-Forming Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5 Melt Far above the Liquidus Temperature
Sri Wahyuni Basuki, Alexander Bartsch, Fan Yang, Klaus Rätzke, Andreas Meyer and Franz Faupel. PhysRevLett.113.165901 (DOI: 10.1103)
Link zum Online-Artikel: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.165901

Warum brauchen männliche Tiere täglich Millionen Spermien, um sich fortzupflanzen? Und warum gibt es überhaupt zwei Geschlechter? Um diese und verwandte Fragen geht es in der neuen Ausgabe des Forschungsmagazins „Molecular Human Reproduction“. Der Evolutionsbiologe Steven Ramm von der Universität Bielefeld hat das Themenheft zur Spermienkonkurrenz zusammengestellt.

In der Natur ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Weibchen kurz hintereinander von mehreren Männchen begattet wird – das gilt zum Beispiel für Schimpansen. „Die Spermien der verschiedenen Männchen konkurrieren dann in dem Weibchen um die Befruchtung der Eier“, sagt Ramm. „Ganz generell gilt, dass sich das beste Sperma durchsetzt. Dabei spielt die Schnelligkeit oder auch die Menge der Spermien eine Rolle. Nützlich kann es dann auch sein, wenn die Samenflüssigkeit zähflüssig ist. So kann sie sich im Geschlechtsorgan der Weibchen festsetzen und damit anderes Sperma abhalten.“

Wenn die Spermien eines Männchens mit denen von anderen konkurrieren, müssen die je-weiligen Samenzellen für diesen „Kampf um das Ei“ vorbereitet werden. „Das passiert bei der Bildung der Spermien im männlichen Körper, der Spermatogenese“, erklärt Ramm. Mit diesem Thema befasst er sich in einem eigenen Artikel, zusammen mit drei Kollegen der Universitäten Basel (Schweiz) und Münster. Spermien gelten als der vielgestaltigste Zelltyp im ganzen Tier-reich. Die Forscher beschreiben, wie unterschiedlich Samenzellen bei Fliegen, Fadenwürmern und Wirbeltieren gebildet werden. Auch zeigen sie, dass nicht nur die Menge an Spermien eine Rolle spielt, sondern ebenfalls deren Gestalt. „Schon die Größe der einzelnen Samenzelle kann einen Wettbewerbsvorteil bedeuten“, sagt Ramm. Neben den menschlichen Spermien, die winzig sind und sich mit einem Schwanz fortbewegen, gibt es beispielsweise kugelrunde und kriechende oder auch Riesenspermien, die größer sind als die Männchen, die sie produzieren.

Evolutionsbiologen untersuchen, wie sich Lebewesen im Lauf von Jahrmillionen entwickelt haben. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie sie sich an ihre Umwelt angepasst haben. „In unserem Themenheft geht es uns vor allem darum zu zeigen, warum die Fortpflanzung bei den Tieren so abläuft, wie sie abläuft“, sagt Ramm. „Diese Erkenntnisse können zum Beispiel auf lange Sicht Fortpflanzungsbiologen helfen, Spermien genetisch so zu verändern, dass die Chance der Befruchtung steigt. Solche Methoden könnten zum Beispiel genutzt werden, um gefährdete Tierarten zu erhalten.“

Dr. Steven Ramm forscht seit 2012 an der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld. In der Arbeitsgruppe Evolutionsbiologie befasst er sich unter anderem mit der Frage, wie sich die bei männlichen Tieren die Merkmale entwickeln, die die Zeugungsfähigkeit ermöglichen. 2006 promovierte Ramm an der University of Liverpool (England), an der er bis 2009 als Wissenschaftler tätig war. Darauf folgten Forschungsaufenthalte an der Universität Innsbruck (Österreich) und der Universität Basel. Ramm verantwortet das Projekt „Funktionelle und evolutionäre Genetik der Samenflüssigkeit“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Außerdem ist er für das EU-Forschungsprojekt „SpermEvolution“ zuständig.

Originalveröffentlichungen:
Steven A. Ramm, Sperm competition and the evolution of reproductive systems (Editorial). Molecular Human Reproduction, http://dx.doi.org/10.1093/molehr/gau076, erscheint am 16.10.2014

Steven A. Ramm, Lukas Schärer, Jens Ehmcke, Joachim Wistuba, Sperm competition and the evolution of spermatogenesis. Molecular Human Reproduction, http://dx.doi.org/10.1093/molehr/gau070, erscheint am 16.10.2014

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-bielefeld.de