Category Archives: Allgemein

Alpenveilchen Teil 5.

März 2018

Cyclamen purpurascens am Walensee im Kanton St. Gallen.

 

 

 

 

 

Die Anfänge stehen im Teil 1.-4

Die ribosomale DNA (rDNA) als geographischer Marker bei Cyclamen purpurascens hat sich inzwischen bewährt. Nochmal kurz zur rDNA:

Die rDNA kodiert die Gene für ribosomale RNA, also einen Großteil der Ribosomen. In eukaryotischen Zellen gibt es rDNA nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Mitochondrien, und bei Pflanzen zusätzlich in den Plastiden. Dazu kommt, dass es ein Repeat ist, sich also ziemlich oft wiederholt. Dies alles verursacht bei der Sequenzierung Probleme, auf die ich hier nicht näher eingehen will.

Gerade die Spacer zwischen den einzelnen Transkriptionseinheiten sind für die Unterscheidung sehr interessant. Dies sind ETS, ITS1und ITS2

rDNA-Repeat der ribosomalen Untereinheiten. Der external transcribed spacer (ETS) und die internal transcribed spacer (ITS1 + ITS2) befinden sich zwischen den Transkriptionseinheiten.

Vor allem mit Hilfe des Forum Flora Austria konnte ich viele verschiedene Blätter von Cyclamen purpurascens aus Österreich bekommen. An dieser Stelle nochmals vielen Dank an alle Beteiligten! Ihr habt mich einen großen Schritt weiter gebracht.

Die roten Punkte nummerieren die untersuchten Blätter von Cyclamen purpurascens.

Sequenzanalyse

Die Extraktion der gDNA habe ich hier beschrieben und das Sequenzieren hier.

Man kann zwei Sequenzfiles namens AB1 mit einem Programm namens SeqDoc vergleichen. Oben und unten sind die verschiedenen Sequenzen und in der Mitte die Gemeinsamkeiten (flacher Peak) und Unterschiede (großer Peak).

Ein  Unterschied zwischen den Pflanzen aus Österreich und der Schweiz liegt vorne auf dem ETS. So ist nach den GGG bei den Pflanzen aus der Schweiz und Italien nur ein C, bei den Österreichischen Pflanzen zwei CC vor den vier AAAA.  Hier die Peaks:

Vergleich von 50 Basen auf dem ETS zwischen einer Pflanze aus dem Tessin und einer aus Niederösterreich.

Ein anderer auffälliger Unterschied ist im ITS1. Hier ist ebenfalls bei den Österreichischen Pflanzen eine Base (G) mehr.

Chromatogramm mit zwei AB1 files von der Sequenzierung mit SeqDoc.

Am Anfang vom ETS kann man schon die verschiedenen Standorte unterscheiden. Die rDNA Sequenzen der verschiedenen Standorte wurde mit dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW verglichen. Hier die Sequenz vom ETS vorne mit ausgewählten Pflanzen:

5′ Ende vom ETS mit 50 Basen von ausgewählten Standorten.

Mit dem dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW kann man einen polygenetischen Baum mit den Sequenzen der rDNA erstellen.

Polygenetischer Baum mit den Sequenzen der rDNA.

Klostergärten der Benediktiner

Kommen wir zu dem Rätsel, warum die Pflanzen aus dem Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen, die Pflanze aus Orljavac in Kroatien und die Tuttlinger Pflanze aus der Nähe vom Kraftstein die selbe Sequenz wie die Pflanzen aus Österreich haben.

Die Pflanze aus Kroatien stammt aus der Nähe der Benediktiner Abtei des heiligen Mihovil.

Benediktiner-Abtei des Heiligen Michael bei Orljavac.

Das Kloster Allerheiligen wurde ebenso von den Benediktinern gegründet und bei Tuttlingen befindet sich das Kloster Beuron mit der Erzabtei St. Martin.

Die Benediktiner legten schon früh Heilpflanzengärten an und brachten viele Pflanzen über die Alpen. Damals war es auch üblich, dass einmal im Jahr Bauern eingeladen wurden, um in den Gärten unterrichtet zu werden. Dieser Brauch war noch bis 1911 im Salzburgischen Kloster üblich. Salzburg war und ist mit der Erzabtei St. Peter ein Zentrum der Benediktiner. „Wolfgang Erdäpferl“ wurden Cylamen purpurascens von den Einheimischen genannt und  es wurde ihm eine besonders heilende Wirkung bei Schlangenbiß, Migräne, Kopfbeschwerden und als Zaubertrank nachgesagt. (Siehe Salzburgwiki). 

Von wo aus genau -Salzburg oder Wien- die Benediktiner das Alpenveilchen ursprünglich verteilt haben, lässt sich nicht genau sagen. Es gibt sowohl im Salzburger Land, als auch in Niederösterreich Cyclamen mit der selben Sequenz der rDNA. Allerdings sind die Pflanzen um Wien einheitlich und die Pflanzen um Salzburg weisen zum Teil erhebliche Variationen auf. Es läßt sich also spekulieren, dass um Salzburg das „Erdapferl“, das im großen Stiel als Heil- und Fruchtbarkeits- Symbol für Pilger gesammelt und verkauft wurde, dadurch vielleicht etwas selten wurde. Womöglich wurde um Salzburg denn wieder mit Pflanzen aus den Klostergärten „aufgeforstet“.

Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen.

Cyclamen purpurascens war für die Benediktiner eine wichtige Heilpflanze die in den Klostergärten zu finden war und ist. Allem Anschein nach wurde das Alpenveilchen von den Benediktinern aus Österreich über die Ränder der Alpen hin verteilt. Wenn die Bedingungen für die Pflanzen gut waren, kann man sie heute noch finden.

Allerdings stammt das Cyclamen purpurasecens im Brigachtal nicht aus Österreich.

Woher es stammt, wird die Zukunft zeigen. Es fehlen mir noch einige natürliche Standorte.

 

 

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Irreguläre Tierversuche in Erlangen

März 2018

Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg publizierte in den letzten Jahren eine Reihe nicht schlüssiger Veröffentlichungen, auf die ich hier näher eingehen will.

Tierversuche müssen nach §8 Tierschutzgesetz von der zuständigen Behörde (hier Regierung von Unterfranken) genehmigt werden. Die Behörde vergibt dazu eine Nummer. Mir ist aufgefallen, dass unter ein und derselben Genehmigungsnummer mehrere Tierversuche an verschiedenen Tierarten (Beagle und Schweine) publiziert wurden und dass für ein und denselben Versuch unterschiedliche Genehmigungsbehörden (Franken und Ungarn) angegeben werden.

In folgender Liste sind die widersprüchlichen Angaben aus den einzelnen Veröffentlichungen zusammengefasst:

Genehmigungsnummer
Jahr
Titel
DOI Genehmigungsbehörde   Autoren verbrauchte Tiere
54-2532.1-45/12

2017

The influence of different abutment materials on tissue regeneration after surgical treatment of peri-implantitis – a randomized controlled preclinical study.

10.1016/j.jcms.2017.05.025

„Pest county government department for food safety and animal health“


Ungarn

 Tobias Moest, Jan Wrede, Christian Martin Schmitt, Melanie Stamp, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andreas Schlegel 8 Beagle
54-2532.1-45/12

2016

Soft tissue volume alterations after connective tissue grafting at teeth: the subepithelial autologous connective tissue graft versus a porcine collagen matrix – a pre-clinical volumetric analysis

10.1111/jcpe.12547

„Pest county government department for food safety and animal health“


Ungarn

 

Christian Martin Schmitt, Regai E. Matta, Tobias Moest, Julia Humann, Lisa Gammel, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andreas Schlegel 8 Beagle
54-2532.1-45/12

2014

Bone formation in peri-implant defects grafted with microparticles: a pilot animal experimental study.

 

10.1111/jcpe.12295

„a state Animal Research Committee in Bavaria“

Ansbach

 

Tobias Moest, Franz Koehler, Christopher Prechtl, Christian Martin Schmitt, Georg Watzek, Karl Andreas Schlegel 6 Schweine
22.1/121/3/2011

2017

Periosteal elevation induces supracortical peri-implant bone formation.

10.1111/jcpe.12547

„Pest county government department for food safety and animal health“


Ungarn

 

Rainer Lutz, Christina Sendlbeck, Hommeira Wahabzada, Christian Tudor, Christopher Prechtl, Karl Andreas Schlegel 24 Schweine
22.1/121/3/2011

2015

In vivo evaluation of biofunctionalized implant surfaces with a synthetic peptide (P-15) and its impact on osseointegration. A preclinical animal study.

10.1111/clr.12723

„Pest county government department for food safety and animal health“


Ungarn

Christian M. Schmitt, Markus Koepple, Tobias Moest, Konrad Neumann, Tamara Weisel, Karl Andreas Schlegel  10 Beagle
22.1/121/3/2011

2016

Search for a reliable model for bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw: establishment of a model in pigs and description of its histomorphometric characteristics.

10.1016/j.bjoms.2016.05.025

„under license“


keine Angabe

Konstantinos T. Mitsimponas, Tobias Moest, Christos Iliopoulos, Thomas Rueger, Cornelia Katharina Mueller, Rainer Lutz, K. Shakib, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andreas Schlegel  12 Schweine
22.1/121/3/2011

2015

Establishment of a new pull-out strength testing method to quantify early osseointegrationdAn experimental pilot study.

10.1016/j.jcms.2015.10.005

„the Animal Research Committee“


keine Angabe

J. Nonhoff, Tobias Moest, Christian Martin Schmitt, T. Weisel, S. Bauer, Karl Andreas Schlegel  6 Schweine
54-2531-25/07

2011

Tierexperimentelle Studie zur Knocheneinheilung chemisch oberflächenmodifizierter Implantate im Typ- 2 diabetischen Schwein

Dissertation

„Tierversuchskommission der Regierung von Mittelfranken“


Ansbach

Tobias Moest 15 Schweine
54-2531-25/07

2016

Peri-implant defect regeneration in the diabetic pig:
A preclinical study

10.1016/j.jcms.2016.04.002

„Committee for Animal Research, Franconia“


Franken

Cornelius von Wilmowsky, Karl Andreas Schlegel, Christoph Baran, Emeka Nkenke, Friedrich Wilhelm Neukam, Tobias Moest 6 Schweine
54-2531-25/07

2011

Diabetes mellitus negatively affects peri-implant bone formation in the diabetic domestic pig.

10.1111/j.1600-051X.2011.01746.x

„Committee for Animal Research, Government
of Midfranconia“


Ansbach

Cornelius von Wilmowsky, Philipp Stockmann, Igor Harsch, Kerstin Amann, Philipp Metzler, Rainer Lutz, Tobias Moest, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andreas Schlegel 25 Schweine
54-2531.31-25/07

2011

PEG matrix enables cell-mediated local BMP-2 gene delivery and increased bone formation in a porcine critical size defect model of craniofacial bone regeneration

10.1111/j.1600-0501.2011.02223.x

„Committee for animal research of the government of Middle Franconia“


Ansbach

Falk Wehrhan, Kerstin Amann, Aart Molenberg, Rainer Lutz, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andreas Schlegel 15 Schweine
54-2531.31-25/07

2012

Critical size defect regeneration using PEG-mediated BMP-2 gene delivery and the use of cell occlusive barrier membranes – the osteopromotive principle revisited.

10.1111/j.1600-0501.2012.02489.x

„Committee for animal research of the government of Middle Franconia“


Ansbach

Falk Wehrhan, Kerstin Amann, Aart Molenberg, Rainer Lutz, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl A. Schlegel 20 Schweine
621.2531.31-06/02

2011

Comparative analysis of osseointegration of titanium implants with acid-etched surfaces and different biomolecular coatings

10.1016/j.tripleo.2011.01.004

„government of Midfrankonia“


Ansbach

Cornelia Katharina Mueller, Michael Thorwarth, Michelle Schmidt, Karl Andreas Schlegel, Stefan Schultze-Mosgau 9 Schweine
621.2531.31-10/98

2009

Influence of residual alveolar bone height on osseointegration of implants in the maxilla: a pilot study

10.1111/j.1600-0501.2008.01598.x

„Regional
Government of Mittelfranken“


Ansbach

Matthias Fenner, Eleftherios Vairaktaris, Kathrin Fischer, Karl Andreas Schlegel, Friedrich Wilhelm Neukam, Emeka Nkenke 8 Schweine
22.1/3879/003/2008

2015

Extra-oral defect augmentation using autologous, bovine and equine bone blocks: A preclinical histomorphometrical comparative study.

10.1016/j.jcms.2015.02.012

„a state Animal
Research Committee „


keine Angabe

Tobias Moest, Falk Wehrhan, Rainer Lutz, Christian Martin Schmitt, Friedrich Wilhelm Neukam, Karl Andres Schlegel 20 Schweine

Was sagt uns nun diese lange Liste, ausser dass sie für mich sehr viel Arbeit war?

Unter der Genehmigungsnummer 54-2532.1-45/12 finden wir verschiedene Experimente bei denen zum einem Teil Schweinen Implantate in den Kopf geschraubt werden und bei anderen Experimenten bei Hunden Implantate im Kiefer getestet werden. Bei den getöteten Hunden steht, dass diese Genehmigungsnummer von einem „Pest county government department for food safety and animal health“ in Ungarn vergeben wurde. Weiter unten bei der Studie von 2017 steht jedoch, dass die Studie an der Friedrich-Alexander Universität, Erlangen-Nürnberg durchgeführt wurde. Also vergibt Ungarn Genehmigungsnummern für Experimente an Hunden in Erlangen? Vergibt Ungarn hierfür die selbe Nummern wie Ansbach für Experimente mit Schweinen?

Des weiteren gibt es unter der Nummer 22.1/121/3/2011 verschiedene Studien mit insgesamt 42 Schweinen und 10 Beagle, die alle an der Universität Erlangen durchgeführt wurden. Oder doch nicht? Zum Teil wird das Amt in Ungarn erwähnt, zum Teil nur ein „comittee“ oder „license“, einmal als Lieferant der Schweine (2015) die Renner GmbH, die, soweit ich informiert bin, nur in Deutschland Tiere liefert. Also doch Erlangen?

Da in den Veröffentlichungen um Professor Schlegel keine Kooperation mit Ungarn oder anderen Universitäten auszumachen ist, gehe ich davon aus, dass alle Versuche an der Universität Erlangen durchgeführt wurden. Dies wird auch zum Teil extra erwähnt. Soviel ich in Erfahrung bringen konnte, ist es nach dem ungarischen Tierschutzgesetz von 2013 verboten, Beagle in 6 Quadratmeter Käfigen in Einzelhaltung zu halten. Dies wird aber in jeder einzelnen Veröffentlichung extra erwähnt. Also werden die Hunde in den Buchten für die Schweine gehalten?

Fragen über Fragen. Wer kann diese wohl besser beantworten, als die Universität oder das zuständige Amt der Regierung von Unterfranken? Ich habe letztes Jahr viel Zeit damit verbracht die zuständigen Stellen zu einer Antwort zu bewegen und hier will ich die Bemühungen auflisten.

  • Kontaktversuch mit dem SG Tierschutzangelegenheiten der FAU

Zuständig für Tierschutzangelegenheiten der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sind Mareen Ziegelmann und Dr. med. vet. Roland Jurgons. Auf meine Anfrage wurde tatsächlich am 21.08.2017 geantwortet. Auch wenn in der Antwort keine Informationen standen und sich natürlich nie wieder jemand gemeldet hat, so weiß ich es doch zu schätzen.

 

  • Kontaktversuch mit der Regierung Unterfranken

Zuerst habe ich das zuständige Veterinärwesen in Würzburg per E-Mail und mit einem Brief angeschrieben. Nach mehrmaligem Nachfragen erhielt ich diese E-Mail

Man benötigt also eine Anspruchsberechtigung, um zu erfahren, wie an einer Universität Tiere für Geld und Ruhm totgequält werden.  Ja, berechtigt bin ich scheinbar nicht und dass ich mit den Genehmigungsnummern nicht vor habe Handel zu treiben, kann ich nur schwer nachweisen. Die Nummern scheinen so geheim zu sein, dass sogar die Universität diese frei erfinden muss.

Da man mich über die falschen Nummern leider nicht aufklären wollte, habe ich die Regierung Unterfanken gebeten in dieser Sache zu ermitteln und mich über das Ergebnis in Kenntnis zu setzen

Hierauf bekam ich erst Monate später eine Antwort, nachdem ich das Bayerische Staatsministerium angeschrieben hatte.

  • Kontaktversuch mit dem Bayerischen Staatsministerium Umwelt und Verbraucherschutz

Mein Brief an die Ministerialrätin Frau Dr. Marscher wurde sehr freundlich beantwortet.

Worauf hin sich auch die Regierung Unterfranken noch ein letztes Mal gemeldet hat

  • Kontaktversuch mit ungarischen Universitäten

Des Weiteren habe ich versucht heraus zu finden, mit welcher ungarischen Universität ein Kontakt bestehen könnte und die fünf in Frage kommenden Universitäten angeschrieben. Als einzige Universität hat das Dekanat der Universität Budapest geantwortet.

 

  • Kontaktversuch mit den Verlagen

Beim Publizieren gibt es ethische Standards für Tierversuche. Diese werden als sogenannte „ARRIVE Guidelines“ für eine Publikation gefordert. Unter anderem werden relevante Lizenzen und eine ethische Überprüfungserlaubnis gefordert. Da die Nummern der Lizenzen in den Publikationen nicht stimmen können, habe ich die relevanten Verlage darauf aufmerksam gemacht, dass ihre ARRIVE Guidelines trotz gegenteiliger Behauptung nicht eingehalten wurden.

Diese E-Mails gingen an das Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery vom Elsevier Verlag und an das Journal of Clinical Periodontology Surgery vom Wiley Verlag.

Da Professor Dr. Friedrich W. Neukam Editor des Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery ist, habe ich hier auch keine Antwort erwartet. Allerdings kam vom Wiley Verlag eine positive Antwort:

 

  • Kontaktversuch mit Budapest

Die Gruppe um Professor Schlegel erwähnt als einzige das „Pest county government department for food safety and animal health“ in Ungarn erwähnt, folglich muss es da wohl einen Zusammenhang geben. Professor Schlegel hat 1998 in Budapest promoviert. Damals waren in Ungarn noch „wilde“ Tierversuche möglich und einige deutsche Institute verlagerten Tierversuche deshalb nach Ungarn. Inzwischen hat sich durch das ungarische Tierschutzgesetz von 2013 und auch durch die EU vieles geändert.

Unter dem Namen „Pest county government department for food safety and animal health“ gibt es ein Amt der Regierung namens Nébih. 

Da E-Mails an die Direktoren leider keine Resonanz zeigten, habe ich einen Brief geschrieben. Es hat mich eben auch wegen der offensichtlichen Kontakte von Professor Schlegel mit diesem Amt doch erstaunt, dass ich im Februar 2018 eine kurze Antwort erhalten habe:

Die Genehmigungsnummer 54-2532.1-45/12 gibt es also dort nicht. Was auch irgendwie zu erwarten war. Der Vollständigkeit halber will ich hier noch meine Antwort und erneute Anfrage an die nébih einfügen:

Obwohl ich Ideen habe, wen ich noch anschreiben könnte, überlasse ich an diesem Punkt nach 8 Monaten Hinterfragen und Lästigsein, die Arbeitsgruppe um Professor Schlegel ihrem hoffentlich ebenfalls unethischen Schicksal. Wobei ich zugeben muss, dass Schicksal nichts mit Ethik zu tun hat. Davon können die Tiere in den Händen dieser „Wissenschaftler“ nicht einmal träumen.

  • Reaktionen

Anscheinend ist von meiner Welle einiges bei den Herren angekommen. Bei ihrer neuesten Veröffentlichung, vom Dezember 2017, haben sie versehentlich wieder die gleichen Fehler gemacht.

Da ist wohl zum wiederholen Mal die falsche Nummer 54-2532.1-45/12 rein gerutscht. Jetzt da bewiesen ist, dass diese nicht stimmt, wird schnell eine neue Nummer herbei gezaubert.

Daneben wird bedauert, dass man die Tiere vor ihrem Tod nicht gemäß des Tierschutzgesetzes gehalten hat. Das war wohl nur ein Fehler im Satz. In Zukunft werden sie ihre Worte wohl besser planen, als ihre Taten.

 

 

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Mikrobiom und Glyphosat

Janauar 2018

Im Januar 2018 wurde in der Zeitschrift Science of the Total Environment eine Übersicht zur aktuellen Datenlage zu Glyphosat veröffentlicht (1). Einige Zusammenhänge waren mir neu und es ist sehr spannend zu erfahren, wie die Agrochemie mit Hilfe der Politik die Landwirte und damit auch den Steuerzahler dazu bringt, immer neue Milliarden in ein tödliches System zu stecken.

Das Prinzip ist eigentlich genial: Glyphosat (immer im Verbund mit Vernetzungsmitteln und geheimen Zusätzen) tötet alle Pflanzen und viele Mikroorganismen indem es verhindert, dass sie sekundäre aromatische Aminosäuren wie Phenylalanin, Tryptophan und Tyrosin über den Shikimatweg produzieren können.

Somit fehlen den Pflanzen die Phytoalexine, die Pflanzen gegen Krankheitserreger schützen. Folglich sterben die Pflanzen an diversen Infektionen. Sublethale Glyphosatkonzentrationen, beispielsweise aus Rückständen im Boden oder in Obstplantagen, verringern die Pflanzenresistenz gegen Krankheitserreger. Hier kommt der erste geniale Schachzug:

  • Pilzinfektionen (Fusarium, Rhizoctonia, Phytophthora etc.) kommen in mit Glyphosat belasteten Böden häufiger vor, deshalb muss der Landwirt deutlich mehr Fungizide einsetzen. Dies führt vor allem auch im Garten- und Obstanbau zu deutlichen Gewinnen der Agrochemie.

Der zweite Punkt zur Gewinnmaximierung ist etwas komplexer und aus diesem Grund schreibe ich diesen Artikel. Glyphosat ist nämlich nicht nur tödlich für alle Pflanzen, sondern auch für viele Pilze und Bakterien. Allerdings nicht für alle, was es eben so komplex macht. Glyphosat ist toxisch für manche Bakterien und Pilze die in Symbiose mit den Pflanzen leben und Nährstoffe aufschließen. So gibt es Bakterien, die Stickstoff binden und auch Pilze die Phosphat für die Pflanzen verfügbar machen. Dies ist sowohl von biologischer, als auch von wirtschaftlicher Bedeutung:

  • Manche Pilze und Bakterien werden durch Glyphosat gehemmt. In belasteten Böden muss deutlich mehr Stickstoff und Phosphat gedüngt werden. Der vermehrte Kauf von Kunstdüngern führt zu weiteren Gewinnen der Agrochemie.

Kunstdünger am Wegrand.

Mikrobiom

Als Mikrobiom bezeichnet man alle  Mikroorganismen (mikrobielle Gemeinschaft) eines spezifischen Lebensraums. So hat auch jeder Boden ein Mikrobiom, bestehend aus Bakterien, Viren, Algen, Pilzen und Protozoen. Auf das Mikrobiom beim Menschen bin ich hier und hier eingegangen.

Bodenmikrobiom

Das Bodenmikrobiom ist das erste, das von Glyphosat massiv verändert wird. So ist Glyphosat in Verbindung mit den Vernetzungsmitteln nicht nur toxisch für Amphibien und Regenwürmer, sondern auch für eine Reihe von Bakterien, Algen und Pilzen.

Einige Studien zeigen, dass Glyphosat für viele Mykorrhiza (Symbiose zwischen Pilzen und Pflanzen) toxisch ist und auch die Sporen abtöten kann (2). Bei anderen Pilzen die gerade im Pflanzenbau viel Schaden anrichten, wie z.B. Fusarium, Rhizoctonia und Phytophthora, hat Glyphosat keine Wirkung und diesen Pilzen wird hierdurch ein Vorteil verschafft. 

Die Keimung der Samen vom Blattlosen Widerbart (Epipogium aphyllum) erfolgt nur bei Infektion durch einen Wurzelpilz (Mykorrhiza).

Es gibt stickstoffbindende Bakterien, die man „Knöllchenbakterien“ nennt. Diese sind ökonomisch und ökologisch wichtige Bodenbakterien, die eine Symbiose mit Pflanzen eingehen. Nach der Bildung von Knöllchen wird symbiontisch in Leguminosen Luftstickstoff fixiert. Wichtige Gattungen sind Rhizobacteria, Sinorhizobium, Bradyrhizobium, Photorhizobium, Mesorhizobium und Allorhizobium. Manche dieser Bakterien und  auch andere, wie z.B. Burkholderia sp. werden durch Glyphosat gehemmt. Andere Arten von Rhizobium spp. und Gemmatimonas spp. werden gefördert. So können Rhizobium- und Agrobacterium-Stämme Glyphosat und andere Phosphonate abbauen. Nach einer Glyphosat Anwendung verschieben sich die Bakteriengemeinschaften, da einige Gruppen Glyphosat als Energiequelle nutzen können, während dieses Herbizid für andere Gruppen toxisch sein kann (3).

Maisfeld.

Grundwasser, Bäche und Seen

Glyphosat und sein Hauptabbauprodukt AMPA (aminomethylphosphonic acid) adsorbiert an Ton und organischen Substanzen. Der verlangsamte Abbau durch Bodenmikroorganismen führt zur Akkumulation und später zu Auswaschung durch Regen. Glyphosat- und AMPA-Abbau hängen auch stark vom pH-Wert des Bodens ab (4).

In Deutschland werden keine Studien zur Untersuchung von Glyphosat und AMPA in Flüssen finanziert. Aber eine Studie aus der Schweiz von Poiger et. al. (5) zeigt für die Schweiz, dass alle Fließgewässer mehr oder weniger stark mit Glyphosat und AMPA belastet sind.

Von beiden Verbindungen wurden regelmäßig in den untersuchten Bächen Konzentrationen von 0,11 bis zu 2,6 μg/l gefunden. Nur 40 von 583 Proben zeigten Glyphosat Konzentrationen unter dem kritischen Wert von 0,005 μg/l. Im Durchschnitt waren die Konzentrationen von AMPA höher als die von Glyphosat (5).

Die negativen Effekte von Glyphosat , AMPA und Vernetzungsmitteln auf das Ökosystem in den Bächen und Flüssen, vor allem für verschiedene Arten von Mikroalgen, aquatischen Bakterien und Protozoen wurden schon oft und eingehend beschrieben. Da es den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, verweise ich den interessierten Leser auf Van Bruggen et al. (1), der eine gute Übersicht bietet.

Hochwasser nach Starkregen.

Mikrobiom der landwirtschaftlichen Nutztiere

Die Abwesenheit des Shikimisäureweges bei Tieren bildet die Grundlage für die Behauptung, dass Glyphosat bei Säugetieren, Amphibien und Reptilien nicht toxisch sei. Auch stammen weitere Belege aus Tierversuchen – vor allem mit Mäusen und Ratten. Dass hierbei die Abbauprodukte von Glyphosat wie AMPA, die geheimen Zusätze und die Vernetzungsmittel nicht berücksichtigt werden, erschließt sich von selbst. Ebenso haben Fütterungsversuche mit sterilen, transgenen Mäusen oder Ratten, die nach ein paar Tagen oder Wochen umgebracht werden, keinerlei praktischen Nutzen.

Der Einfluß von Glyphosat und seiner Abbauprodukte läßt sich exemplarisch am besten anhand von Kühen erläutern. Wiederkäuer haben mehrere Mägen in denen die Nahrung mikrobiell aufgeschlossen wird. Früher bestand die Nahrung aus Gras und Kräutern, heute fast ausschließlich aus Soja und Mais. Dies hat große Auswirkungen auf das Mikrobiom der Kuhmägen. Wie oben erläutert, beeinträchtigt Glyphosat die mikrobiellen Gemeinschaften.

So ist Glyphosat toxisch für Milchsäurebakterien. Diese Bakterien produzieren normalerweise Antibiotika und können pathogene Bakterien wie Clostridium botulinum unterdrücken. Sind die Glyphosat-Konzentrationen im Tierfutter also zu hoch, gibt es Botulismus bei Kühen (1, 6, 7, 8).

Botulismus bei Rindern ist in Milchviehbetrieben in den letzten Jahren gehäuft zu beobachten. Zu den Symptomen zählen Euterentzündungen, Verdauungsprobleme, vor Schmerz gekrümmte Rücken, Klauenkrankheiten, sowie Lähmungen bis hin zum Tod. Dies ist offensichtlich eine Verbindung aus falschem Futter und Glyphosat. Auch hier bezahlt den wirtschaftlichen Schaden nicht der Konsument, sondern der Steuerzahler.

Überflüssiges Bullenkalb

Die Schäden von Glyphosat auf Nutztiere lassen sich in der industrialisierten Landwirtschaft weiter fortführen. So werden bei Geflügel die Bifidobakterien und Enterokokken negativ beeinflußt und Salmonellen und Clostridien gefördert (9).

Glyphosat im Tierfutter beeinflusst nicht nur Darmbakterien sondern auch Pilze, wie z.B. die Mucorales. Mucorales können Mykosen bei Tieren und Menschen auslösen. Es konnte eine positive Korrelation zwischen den Glyphosatkonzentrationen im Urin und der Dichte von Mucorales im Pansen von Milchkühen nachgewiesen werden, da Mucorales resistent gegen Glyphosat sind (10).

Mikrobiom beim Menschen

Es konnten bei einer ganzen Reihe von Krankheiten, wie verschiedene Formen von Krebs, Nierenschäden und neurologischen Störungen (ADHS, Autismus, Alzheimer, Parkinson) eine Korrelationen zu erhöhtem Glyphosatgebrauch gefunden werden (1). Da bei diesen Krankheiten aber immer auch noch andere Faktoren mit spielen und es inzwischen auch sehr viele Veröffentlichungen hierzu gibt, will ich an dieser Stelle nur auf die Auswirkungen von Glyphosat auf das menschliche Mikrobiom eingehen.

Obwohl viele Bakterien und Pilze gegenüber Glyphosat empfindlich sind, sind andere dagegen
sehr widerstandsfähig. Bakterien und Pilze die gegen Glyphosat widerstandsfähig sind, haben meist eine besondere  „Pumpe“. Diese Pumpen, die auf Englisch „efflux pumps“ heißen, sind für Antibiotikaresistenzen bei Bakterien und auch für die Resistenz von Pilzen gegen Antimykotika verantwortlich.

Efflux-Pumpe von Bakterien pumpt störende Chemikalien wieder aus der Zelle heraus.

Bakterielle Arzneimittel-Efflux-Pumpen gibt es viele unterschiedliche und sie werden in sechs Familien eingeteilt. Diese Pumpen sind klinisch relevant, da Antibiotikaresistenzen heutzutage ein großes Problem darstellen. So kann man mit Glyphosat sehr gut auf Bakterien und auch auf Pilze selektieren, die ein gutes System von Efflux-Pumpen haben. So wird verschiedenen Krankheitserregern ein deutlicher Vorteil verschafft. Dies sind vor allem:  Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Pseudomonas putida, Enterococcus faecalis, Acinetobacter baumannii  (11).

Es ist schon länger bekannt, dass die Exposition gegenüber Bioziden indirekt eine Antibiotikaresistenz auslösen kann (12).  Ein Mikrobiom das über einen längeren Zeitraum Glyphosat ausgesetzt ist, wird sich also zwangsläufig verändern. Das Mikobiom spielt bei allen Abläufen im Körper eine bedeutende Rolle und ich habe schon öfter darüber geschieben:
http://hmjaag.de/mikrobiom
http://hmjaag.de/phageom-und-mikrobiom
http://hmjaag.de/alzheimer

Verschiedene Wirkungen des Darm Mikrobioms.

Die Auswirkungen eines Glyphosat Missbrauchs sind also vielfältig und lassen sich nicht direkt beweisen.

Was weiter zu beachten ist, und sicher viele Menschen vor negativen Folgen schützt, ist das Phageom. Viele Bakteriophagen haben die Angewohnheit über diese Efflux-Pumpen in die Bakterien einzudringen und sie so zu infizieren. Selektieren wir nun auf Bakterien mit vielen Pumpen, verschaffen wir auch den Phagen einen Vorteil. Allerdings wird das Phageom eines Menschen schon bei der Geburt festgelegt und wir haben wenig Möglichkeiten dieses zu beeinflussen.

Ein Phage befällt eine Bakterienzelle.

Für alle Menschen, die sich also nicht auf ihre Genetik und ihr Phageom verlassen wollen, empfehle ich Glyphosat und seine Abbauprodukte möglichst zu meiden und durch eine vernünftige Ernährung und Sport das Mikrobiom möglichst vielfältig zu gestalten.

(1) Environmental and health effects of the herbicide glyphosate. Van Bruggen et. al. Science of The Total Environment (2018)

(2) Glyphosate vulnerability explains changes in root-symbionts propagules viability in pampean grasslands. Druille et al. Agriculture, Ecosystems & Environment (2015)

(3) Effects of glyphosate on the bacterial community associated with roots of transgenic Roundup Ready® soybean. Arango et.al. European Journal of Soil Biology (2014)

(4) Degradation dynamics of glyphosate in different types of citrus orchard soils in China. Zhang, et al. Molecules (2015)

(5) Occurrence of the herbicide glyphosate and its metabolite AMPA in surface waters in Switzerland determined with on-line solid phase extraction LC-MS/MS. Poiger et. al. Environmental Science and Pollution Research (2017)

(6) Glyphosate suppresses the antagonistic effect of Enterococcus spp. on Clostridium botulinum. Krüger et al., Anaerobe. (2013)

(7) Detection of glyphosate residues in animals and humans. Krüger et al., . Environ. Anal. Toxicol. (2014)

(8) Oral application of charcoal and humic acids to dairy cows influences Clostridium
botulinum blood serum antibody level and glyphosate excretion in urine. Gerlach et al. J. Clin. Toxicol. (2014)

(9) Distribution of glyphosate in chicken organs and its reduction by humic acid supplementation. Shehata et al. J. Poult. Sci. (2014)

(10) Possible effects of glyphosate on Mucorales abundance in the rumen of dairy cows in
Germany. Schrödl,et al. Curr. Microbiol. (2014)

(11) Role of efflux pumps in the antibiotic resistance of bacteria embedded in a biofilm. Sara M. Soto. Journal Virulence (2013)

(12) Characterization of biocide-tolerant bacteria isolated from cheese and dairy small-medium enterprises. Fernández Márquez et al. Food Microbiol. (2017)

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

Gürtelrose und Windpocken (VZV)

Januar 2018

Seit Herbst 2017 gibt es einen neuen Impfstoff gegen Gürtelrose für Menschen über 50 Jahre mit dem Namen Shingrix das einen Impferfolg von über 90% haben soll.

Gürtelrose, oder Herpes Zoster, wird häufig unterschätzt und wird leider erst ernst genommen, wenn man es bereits hat. Deshalb wollte ich hier kurz mal erklären, was es damit auf sich hat und warum es wichtig ist, sich zu schützen.

Das Varicella Zoster Virus (VZV)

Das Varicella Zoster Virus (VZV) ist ein Herpesvirus. Es verursacht Windpocken bei Kindern und Herpes Zoster, die Gürtelrose, bei älteren Menschen. VZV verursacht eine Vielzahl von Symptomen, vor allem Nervenschmerzen und Ausschlag auf der Haut. Nach der Primärinfektion (Windpocken) bleibt das Virus in den Neuronen. Viele Jahre, nachdem man sich von Windpocken erholt hat, kann VZV reaktivieren und eine Gürtelrose mit allen möglich Symptomen verursachen.

Das Varicella Zoster Virus (VZV) mit dem Glykoprotein E

Gürtelrose

Das Zoster Virus „versteckt“ sich also im Körper und kann bei geschwächtem Immunsystem erneut als Gürtelrose ausbrechen. Wenn es vom Immunsystem nicht mehr unterdrückt werden kann, wandert es vom Nervenkörper zu den Enden in der Haut, erzeugt Blasen und starke Schmerzen. Risikofaktoren für eine Reaktivierung sind Alter und eine schlechte Immunfunktion. Der Ausschlag und der Schmerz klingen gewöhnlich innerhalb von drei bis fünf Wochen ab, aber etwa jeder fünfte Mensch entwickelt eine schmerzhafte Erkrankung, die als Post-Zoster-Neuralgie oder Postzosterschmerz bezeichnet wird und oft schwer zu behandeln ist. (2)

Gürtelrose kann nur bei jemandem auftreten, der früher Windpocken (Varizellen) hatte. Studien zeigen, dass mehr als 90% der Amerikaner Windpocken hatten, auch wenn sie sich nicht daran erinnern. Einmal infizierte Menschen bleiben meist lebenslang infiziert. (3, 4)

Impfung

Die FDA (US Food and Drug Administration) rät Menschen im Alter von 60 Jahren oder älter sich gegen Gürtelrose zu impfen. Selbst wenn man Gürtelrose hatte, kann man sich impfen, um zukünftige Krankheitsereignisse zu verhindern. (3)

Bisher gab es nur Lebendimpfstoffe gegen Varicella Zoster (Zostavax) mit einer Wirksamkeit von 51,3% bis 66,5% bei Teilnehmern die 60 Jahre oder älter waren. Die Wirksamkeit gegen Herpes Zoster nahm jedoch mit dem Alter ab und Lebendimpfstoffe eignen sich nicht für Personen mit Immunsuppressionen. (4)

Seit 20. Oktober 2017 ist in den USA nun der „Totimpfstoff“ SHINGRIX zugelassen. In mehreren Studien zeigte Shingrix eine Wirksamkeit gegen Gürtelrose von mehr als 90% in allen Altersgruppen, sowie eine anhaltende Wirksamkeit über einen Beobachtungszeitraum von 4 Jahren. (4, 5)

Die Wirksamkeit, vor allem bei älteren Menschen, beruht auf einem neuen Adjuvant (AS01B-Adjuvans-System, genannt HZ / su von GlaxoSmithKline Biologicals) in Kombination mit dem rekombinanten Glykoprotein E vom Varicella Zoster Virus.

Allerdings traten bei 81,5% Reaktionen an der Injektionsstelle auf und 66,1% hatten systemische Reaktionen. Die häufigsten Reaktionen waren Schmerzen an der Injektionsstelle und Muskelschmerzen.

SHINGRIX wurde als Zwei-Dosen-Impfstoff konzipiert. Die zweite Dosis sollte zwei bis sechs Monate nach der ersten Dosis verabreicht werden. (4, 5)

Auf Grund der vorliegenden Daten kann man nur hoffen, dass der neue Impfstoff bald auch in Deutschland zugelassen wird. GSK hat bei der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) einen Antrag auf Zulassung gestellt.

Mehr Informationen auf Deutsch und auch aktuelles über die Zulassung gibt es hier auf Arznei News

 

(1) Herpes zoster in hospitalized adults: Practice gaps, new evidence, and remaining questions. Ahronowitz I.und Fox LP. J Am Acad Dermatol. (2018).

(2) Epidemiology and Prevention of Vaccine-Preventable Diseases. Hamborsky J (2015).

(3) CDC. Center for Disease Control. Vaccines and Preventable Diseases. Who Should Get Shingles Vaccine? (2018)

(4) Efficacy of an Adjuvanted Herpes Zoster Subunit Vaccine in Older Adults. Lal H et al. The New England Journal of Medicine. May (2015)

(5) Eficacy of the Herpes Zoster Subunit Vaccine in Adults 70 Years of Age or Older. Cunningham H et al. The New England Journal of Medicine. (2016)

 

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

 

 

Alpenveilchen 4. Teil

Dezember 2017

Cyclamen purpurascens bei Arcumeggia in der Nähe vom Lago Maggiore in Italien.

 

 

 

 

 

 

 

Ergebnisse 4. Teil

Die ribosomale DNA (rDNA) als geographischer Marker bei Cyclamen purpurascens hat sich inzwischen bewährt. Nochmal kurz zur rDNA:

Die rDNA kodiert die Gene für ribosomale RNA, also einen Großteil der Ribosomen. In eukaryotischen Zellen gibt es rDNA nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Mitochondrien, und bei Pflanzen zusätzlich in den Plastiden. Dazu kommt, dass es ein Repeat ist, sich also ziemlich oft wiederholt. Dies alles verursacht bei der Sequenzierung Probleme, auf die ich hier nicht näher eingehen will.

Gerade die Spacer zwischen den einzelnen Transkriptionseinheiten sind für die Unterscheidung sehr interessant. Dies sind ETS, ITS1und ITS2

rDNA-Repeat der ribosomalen Untereinheiten. Der external transcribed spacer (ETS) und die internal transcribed spacer (ITS1 + ITS2) befinden sich zwischen den Transkriptionseinheiten.

Vor allem mit Hilfe des Forum Flora Austria konnte ich viele verschiedene Blätter von Cyclamen purpurascens aus Österreich bekommen und werde wohl auch noch viele bekommen. An dieser Stelle nochmals vielen Dank an alle Beteiligten! Ihr habt mich einen großen Schritt weiter gebracht.

Durch einen kleinen Urlaub in Italien habe ich jetzt 70 Blätter in meiner Sammlung und auch schon einen großen Teil davon sequenziert.

Untersuchte Blätter von Cyclamen purpurascense in rot.

Man kann zwei Sequenzfiles namens AB1 mit einem Programm namens SeqDoc vergleichen. Oben und unten sind die verschiedenen Sequenzen und in der Mitte die Gemeinsamkeiten (flacher Peak) und Unterschiede (großer Peak).

Ein  Unterschied zwischen den Pflanzen aus Österreich und der Schweiz liegt vorne auf dem ETS. So ist nach den GGG bei den Pflanzen aus der Schweiz und Italien nur ein C, bei den Österreichischen Pflanzen zwei CC vor den vier AAAA.  Hier die Peaks:

Vergleich von 50 Basen auf dem ETS zwischen einer Pflanze aus dem Tessin und einer aus Niederösterreich.

Ein anderer auffälliger Unterschied ist im ITS1. Hier ist ebenfalls bei den Österreichischen Pflanzen eine Base (G) mehr.

Chromatogramm mit zwei AB1 files von der Sequenzierung mit SeqDoc.

Am Anfang vom ETS kann man schon die verschiedenen Standorte unterscheiden. Die rDNA Sequenzen der verschiedenen Standorte wurde mit dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW verglichen. Hier die Sequenz vom ETS vorne mit ausgewählten Pflanzen:

5′ Ende vom ETS mit 50 Basen von ausgewählten Standorten.

Mit dem dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW kann man dann einen polygenetischen Baum mit den Sequenzen der rDNA erstellen.

Polygenetischer Baum der rDNA ausgewählter Standorte von Cyclamen purpurascens.

Kommen wir zu dem Rätsel, warum die Pflanzen aus dem Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen, die Pflanze aus Orljavac in Kroatien und die Tuttlinger Pflanze aus der Nähe vom Kraftstein die selbe Sequenz wie die Pflanzen aus Österreich haben.

Die Pflanze aus Kroatien stammt aus der Nähe der Benediktioner Abtei des heiligen Mihovil.

Benediktiner-Abtei des Heiligen Michael bei Orljavac.

Das Kloster Allerheiligen wurde ebenso von den Benediktinern gegründet und bei Tuttlingen befindet sich das Kloster Beuron mit der Erzabtei St. Martin.

Die Benediktiner legten schon früh Heilpflanzengärten an und brachten viele Pflanzen über die Alpen. Damals war es auch üblich, dass einmal im Jahr Bauern eingeladen wurden, um in den Gärten unterrichtet zu werden. Dieser Brauch war noch bis 1911 im Salzburgischen Kloster üblich. Salzburg war und ist mit der Erzabtei St. Peter ein Zentrum der Benediktiner. „Wolfgang Erdäpferl“ wurden Cylamen purpurascens von den Einheimischen genannt und  es wurde ihm eine besonders heilende Wirkung bei Schlangenbiß, Migräne, Kopfbeschwerden und als Zaubertrank nachgesagt. (Siehe Salzburgwiki). 

Von wo aus genau -Salzburg oder Wien- die Benediktiner das Alpenveilchen ursprünglich verteilt haben, lässt sich nicht genau sagen. Es gibt sowohl im Salzburger Land, als auch in Niederösterreich Cyclamen mit der selben Sequenz der rDNA. Allerdings sind die Pflanzen um Wien einheitlich und die Pflanzen um Salzburg weisen zum Teil Variationen auf. Es läßt sich also spekulieren, dass um Salzburg das „Erdapferl“, das im großen Stiel als Heil und Fruchtbarkeits-Symbol für Pilger gesammelt und verkauft wurde, dadurch vielleicht etwas selten wurde. Womöglich wurde um Salzburg denn wieder mit Pflanzen aus den Klostergärten „aufgeforstet“.

Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen.

Cyclamen purpurascens war für die Benediktiner eine wichtige Heilpflanze die in den Klostergärten zu finden war und ist. Allem Anschein nach wurde das Alpenveilchen von den Benediktinern aus Österreich über die Ränder der Alpen hin verteilt. Wenn die Bedingungen für die Pflanzen gut waren, kann man sie heute noch finden.

Allerdings stammt das Cyclamen purpurasecens im Brigachtal nicht aus Österreich.

Woher es stammt, wird die Zukunft zeigen. Es fehlen mir noch einige natürliche Standorte.

 

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

 

 

Alpenveilchen 3. Teil

Oktober 2017

Cyclamen purpurascens bei St-Vincent-de-Mercuze in Frankreich.

Ergebnisse 3. Teil

Hier will ich erste Ergebnisse der Sequenzierung mit der ribosomalen DNA zeigen. Die ribosomale DNA ist ein Repeat. Das heißt sie wiederholt sich. Da ich keinerlei Sequenzinformationen des Alpenveilchens habe, ist dies ein Vorteil für mich. Ich konnte meine ersten Primer so bestellen, dass sie mit der 26S von Arabidopsis übereinstimmen. Dies ist zwar nicht sehr passend, aber jetzt sind mir die etwa 4000 Basenpaare der DNA von Cyclamen purpurascens in diesem Bereich bekannt.

Gerade die Spacer zwischen den einzelnen Transkriptionseinheiten sind für die Unterscheidung sehr interessant. Veränderungen in der DNA an diesen Stellen (ETS, ITS1, ITS2) beeinflussen das Alpenveilchen nicht. So konnte ich bei Cyclamen purpuascens von verschiedenen Standorten auch Unterschiede finden.

 

rDNA-Repeat der ribosomalen Untereinheiten. Der external transcribed spacer (ETS) und die internal transcribed spacer (ITS1 + ITS2) befinden sich zwischen den Transkriptionseinheiten.

Wie im 2. Teil angemerkt, habe ich DNA von einer Pflanze aus der Gegend um Tuttlingen und einer Pflanze aus dem kroatischen Orljavac. Beide Standorte gelten als nicht natürliche Standorte vom Alpenveilchen. Sie wurden also vom Menschen ausgewildert. Genau wie die Spekulationen über das Vorkommen im Brigachtal sind.

Dann konnte ich noch Blattmaterial von einem natürlich Vorkommen von Cylamen purpurascens in der Gegend von St-Vincent-de-Mercuze in Frankreich bekommen. Es handelt sich hierbei um zwei Standorte etwa 3 km von einander entfernt.

Weiter durfte ich im Botanischen Garten der Universität Zürich mit Erlaubnis von Peter Enz (Gartenleiter) von sechs weiteren Pflanzen Blätter haben. Die Pflanzen, bzw. deren Nachkommen, stammen aus Aufsammlungen 1992 aus der Gegend um Schaffhausen und von 2009 aus dem Tessin.

Cyclamen purpurascens im Botanischen Garten der Universität Zürich.

Von der DNA dieser Pflanzen habe ich nun diese etwa 4000 Basen der ribosomalen DNA sequenziert und miteinander verglichen. Die Ergebnisse habe ich hier in einem phylogenetischen Baum dargestellt.

Phylogenetischer Baum der verschiedenen Alpenveilchen Vorkommen

Leider lassen sich die verschiedenen Standorte – Tessin oder Schaffhausen – nicht eindeutig zuordnen. Momentan erscheint es aber so, dass das Vorkommen aus Tuttlingen, sowie das Vorkommen aus Kroatien irgendwann aus dem Tessin entnommen wurde.

Vom Alpenveilchen im Brigachtal konnte bis jetzt kein entsprechendes natürliches Vorkommen gefunden werden.

Diese Daten sind noch lange nicht vollständig. Es müssen weiter Blätter von Cyclamen purpurascense gesammelt werden. Am besten von nachweislich natürlichen Standorten.

 

 

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

 

 

Alpenveilchen 2. Teil

Juni 2017

Cyclamen purpurascens – eine molekulargenetische Analyse

Im April 2017 habe ich einen kleinen Bericht in den Schriften der Baar zu Alpenveilchen veröffentlicht, der aber erst ab März 2018 online gestellt wird. Ab Seite 123: Schriften der Baar 2017      Mehr auch hier

In der Literatur werden etwa 20 Arten verschiedene Cyclamen (Alpenveilchen) unterschieden. Das Europäische Alpenveilchen (Cyclamen purpurascens) ist aber die einzige in Deutschland heimische Cyclamen Art. Ein Vorkommen im Brigachtal und eines bei Tuttlingen soll molekurlargenetisch genauer bestimmt werden.

Hierfür untersuchte ich ein Fragment der genomischen DNA von den wilden Alpenveilchen und als Kontrolle zwei Alpenveilchen aus Gärtnereien.

Die Isolation von genomischer DNA aus Pflanzen ist nicht ganz so einfach. In meinem Labor benutze ich grundsätzlich keine giftigen Chemikalien wie Phenol, Mecaptoethanol oder Chloroform. Deshalb habe ich ein Protokoll entwickelt, das für das Alpenveilchen funktioniert und genug saubere DNA für eine PCR abwirft. Ich habe ziemlich viel Zeit in dieses Protokoll investiert und will es hier gerne mit interessierten Pflanzengenetikern teilen:

Extraktion von DNA aus Blättern von Cyclamen ohne Phenol

Ergebnisse 2. Teil

Hier will ich die Ergebnisse der Sequenzierung mit der ribosomalen DNA zeigen. Die flankierenden Spacer um die 5.8S ribosomale DNA sind am besten untersucht bei den verschiedenen Cyclamen Arten und zeigen auch am meisten Unterschiede.

Phylogenetischer Baum mit den Alpenveilchenvorkommen aus dem Brigachtal und Tuttlingen anhand der DNA um den Bereih 5.8S rDNA im Vergleich zu den Sequenzen aus der NCBI Datenbank.

Bei den Alpenveilchenvorkommen bei Tuttlingen und im Brigachtal handelt es sich um reines Cyclamen purpurascense und um keine Zuchtform. Als Vergleich wurden auch noch Pflanzen aus der Gegend um Grenoble und aus Kroatien untersucht. Bei allen Pflanzen handelt es sich um das Europäische Alpenveilchen.

Die Pflanzen aus der Gärtnerei waren u.a. mit Cyclamen hederifolium und Cyclamen africanum gezüchtet und auch winterhart.

Hier gehts zu Teil 3

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

 

 

Alpenveilchen 1. – 4. Teil

Mai 2017

Cyclamen purpurascens – eine molekulargenetische Analyse

Im April 2017 habe ich einen kleinen Bericht in den Schriften der Baar zu Alpenveilchen veröffentlicht. Dieser wird allerdings erst ab März 2018 online gestellt. Ab Seite 123: Schriften der Baar 2017 

In der Literatur werden etwa 20 Arten verschiedene Cyclamen (Alpenveilchen) unterschieden. Das Europäische Alpenveilchen (Cyclamen purpurascens) ist aber die einzige in Deutschland heimische Cyclamen Art. In der Arbeit wollten wir ein Alpenveilchenvorkommen im Brigachtal genauer bestimmen. 

Hierfür untersuchte ich verschiedene Fragment der Chloroplasten-DNA und auch der genomischen DNA von dem wilden Alpenveilchen und als Kontrolle ein Alpenveilchen aus einer Gärtnerei.

Die Isolation von genomischer DNA aus Pflanzen ist nicht ganz so einfach. In meinem Labor benutze ich grundsätzlich keine giftigen Chemikalien wie Phenol, Mecaptoethanol oder Chloroform. Deshalb habe ich ein Protokoll entwickelt, das für das Alpenveilchen funktioniert und genug saubere DNA für eine PCR abwirft. Ich habe ziemlich viel Zeit in dieses Protokoll investiert und will es hier gerne mit interessierten Pflanzengenetikern teilen:

Extraktion von DNA aus Blättern von Cyclamen ohne Phenol

Ergebnisse 1. Teil

Die untersuchten Abschnitte aus dem Chloroplasen zeigten eindeutig, dass es sich bei den Pflanzen im Brigachtal um Cylamen purpurascens handelt. Hier will ich die Ergebnisse der Sequenzierung mit der ribosomalen DNA zeigen, die aus dem Zellkern stammt. Die flankierenden Spacer um die 5.8S ribosomale DNA sind am besten untersucht bei den verschiedenen Cyclamen Arten und zeigen auch am meisten Unterschiede.

Phylogenetischer Baum der verschiedenen Alpenveilchenarten anhand des Fragments um die 5.8S ribosomale DNA.

Anhand von vier DNA-Fragmente wurde nachgewiesen, dass es sich bei den Alpenveilchenvorkommen im Brigachtal um das Europäische Alpenveilchen (Cylamen purpurascens) handelt. Es ist mit Sicherheit keine Zuchtform. Das Alpenveilchen aus der Gärtnerei hingegen wurde aus Cylamen hederifolium gezüchtet.

Ausblick

Im Jahr 2012 kam eine sehr interessante Veröffentlichung von Slovak et al. heraus, bei der ein bestimmtes Fragment der Chloroplasten DNA (trnD-trnY Intergenic spacer) sequenziert wurde (1).  Hierfür wurden 82 verschiedene Cylamen purpurascens aus verschiedenen Regionen Europas ausgewählt und verglichen. Leider war die ganze Arbeit vergebens, da in dem Fragment trnD-trnY nur vier verschiedene Basen an den unterschiedlichen Standorten existieren. Aus diesen vier Stellen des Fragments „trnD-trnY Intergenic spacer“ lassen sich entgegen der Aussage nach Slovak et al. keine Rückschlüsse auf den Standort des Europäischen Alpenveilchens ziehen.

Die geographische Kartierung des Europäischen Alpenveilchens (1) enthält leider nicht die versprochenen Unterschiede innerhalb der Sequenzen. So kamen wir auf die Idee, die Arbeit selber neu zu machen. Aber mit einem geeigneteren Abschnitt.

Da das Fragment um die 5.8S ribosomale DNA auch innerhalb vom Cylamen purpurascens Unterschiede aufweist, kam es uns am geeignetsten vor. Jetzt soll zuerst die gesamte rDNA mit externen und internen Spacern, sowie die Sequenz zwischen den Repeats, sequenziert werden. Diese Sequenz wird dann bei unterschiedlichen geographischen Standorten verglichen.

Die Fortschritte dieser Untersuchungen werde ich hier schildern:

Geographische Kartierung von Cylamen purpurascens anhand der genomischen Sequenz der ribosomalen DNA.

Hier gehts zu Teil 2

Juni 2017

Cyclamen purpurascens – eine molekulargenetische Analyse

Im April 2017 habe ich einen kleinen Bericht in den Schriften der Baar zu Alpenveilchen veröffentlicht, der aber erst ab März 2018 online gestellt wird. Ab Seite 123: Schriften der Baar 2017      Mehr auch hier

In der Literatur werden etwa 20 Arten verschiedene Cyclamen (Alpenveilchen) unterschieden. Das Europäische Alpenveilchen (Cyclamen purpurascens) ist aber die einzige in Deutschland heimische Cyclamen Art. Ein Vorkommen im Brigachtal und eines bei Tuttlingen soll molekurlargenetisch genauer bestimmt werden.

Hierfür untersuchte ich ein Fragment der genomischen DNA von den wilden Alpenveilchen und als Kontrolle zwei Alpenveilchen aus Gärtnereien.

Die Isolation von genomischer DNA aus Pflanzen ist nicht ganz so einfach. In meinem Labor benutze ich grundsätzlich keine giftigen Chemikalien wie Phenol, Mecaptoethanol oder Chloroform. Deshalb habe ich ein Protokoll entwickelt, das für das Alpenveilchen funktioniert und genug saubere DNA für eine PCR abwirft. Ich habe ziemlich viel Zeit in dieses Protokoll investiert und will es hier gerne mit interessierten Pflanzengenetikern teilen:

Extraktion von DNA aus Blättern von Cyclamen ohne Phenol

Ergebnisse 2. Teil

Hier will ich die Ergebnisse der Sequenzierung mit der ribosomalen DNA zeigen. Die flankierenden Spacer um die 5.8S ribosomale DNA sind am besten untersucht bei den verschiedenen Cyclamen Arten und zeigen auch am meisten Unterschiede.

Phylogenetischer Baum mit den Alpenveilchenvorkommen aus dem Brigachtal und Tuttlingen anhand der DNA um den Bereih 5.8S rDNA im Vergleich zu den Sequenzen aus der NCBI Datenbank.

Bei den Alpenveilchenvorkommen bei Tuttlingen und im Brigachtal handelt es sich um reines Cyclamen purpurascense und um keine Zuchtform. Als Vergleich wurden auch noch Pflanzen aus der Gegend um Grenoble und aus Kroatien untersucht. Bei allen Pflanzen handelt es sich um das Europäische Alpenveilchen.

Die Pflanzen aus der Gärtnerei waren u.a. mit Cyclamen hederifolium und Cyclamen africanum gezüchtet und auch winterhart.

Hier gehts zu Teil 3

Oktober 2017

Cyclamen purpurascens bei St-Vincent-de-Mercuze in Frankreich.

Ergebnisse 3. Teil

Hier will ich erste Ergebnisse der Sequenzierung mit der ribosomalen DNA zeigen. Die ribosomale DNA ist ein Repeat. Das heißt sie wiederholt sich. Da ich keinerlei Sequenzinformationen des Alpenveilchens habe, ist dies ein Vorteil für mich. Ich konnte meine ersten Primer so bestellen, dass sie mit der 26S von Arabidopsis übereinstimmen. Dies ist zwar nicht sehr passend, aber jetzt sind mir die etwa 4000 Basenpaare der DNA von Cyclamen purpurascens in diesem Bereich bekannt.

Gerade die Spacer zwischen den einzelnen Transkriptionseinheiten sind für die Unterscheidung sehr interessant. Veränderungen in der DNA an diesen Stellen (ETS, ITS1, ITS2) beeinflussen das Alpenveilchen nicht. So konnte ich bei Cyclamen purpuascens von verschiedenen Standorten auch Unterschiede finden.

 

rDNA-Repeat der ribosomalen Untereinheiten. Der external transcribed spacer (ETS) und die internal transcribed spacer (ITS1 + ITS2) befinden sich zwischen den Transkriptionseinheiten.

Wie im 2. Teil angemerkt, habe ich DNA von einer Pflanze aus der Gegend um Tuttlingen und einer Pflanze aus dem kroatischen Orljavac. Beide Standorte gelten als nicht natürliche Standorte vom Alpenveilchen. Sie wurden also vom Menschen ausgewildert. Genau wie die Spekulationen über das Vorkommen im Brigachtal sind.

Dann konnte ich noch Blattmaterial von einem natürlich Vorkommen von Cylamen purpurascens in der Gegend von St-Vincent-de-Mercuze in Frankreich bekommen. Es handelt sich hierbei um zwei Standorte etwa 3 km von einander entfernt.

Weiter durfte ich im Botanischen Garten der Universität Zürich mit Erlaubnis von Peter Enz (Gartenleiter) von sechs weiteren Pflanzen Blätter haben. Die Pflanzen, bzw. deren Nachkommen, stammen aus Aufsammlungen 1992 aus der Gegend um Schaffhausen und von 2009 aus dem Tessin.

Cyclamen purpurascens im Botanischen Garten der Universität Zürich.

Von der DNA dieser Pflanzen habe ich nun diese etwa 4000 Basen der ribosomalen DNA sequenziert und miteinander verglichen. Die Ergebnisse habe ich hier in einem phylogenetischen Baum dargestellt.

Phylogenetischer Baum der verschiedenen Alpenveilchen Vorkommen

Leider lassen sich die verschiedenen Standorte – Tessin oder Schaffhausen – nicht eindeutig zuordnen. Momentan erscheint es aber so, dass das Vorkommen aus Tuttlingen, sowie das Vorkommen aus Kroatien irgendwann aus dem Tessin entnommen wurde.

Vom Alpenveilchen im Brigachtal konnte bis jetzt kein entsprechendes natürliches Vorkommen gefunden werden.

Diese Daten sind noch lange nicht vollständig. Es müssen weiter Blätter von Cyclamen purpurascense gesammelt werden. Am besten von nachweislich natürlichen Standorten.

 

Cyclamen purpurascens bei Arcumeggia in der Nähe vom Lago Maggiore in Italien.

 

 

 

 

 

 

 

Dezember 2017

Ergebnisse 4. Teil

Die ribosomale DNA (rDNA) als geographischer Marker bei Cyclamen purpurascens hat sich inzwischen bewährt. Nochmal kurz zur rDNA:

Die rDNA kodiert die Gene für ribosomale RNA, also einen Großteil der Ribosomen. In eukaryotischen Zellen gibt es rDNA nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Mitochondrien, und bei Pflanzen zusätzlich in den Plastiden. Dazu kommt, dass es ein Repeat ist, sich also ziemlich oft wiederholt. Dies alles verursacht bei der Sequenzierung Probleme, auf die ich hier nicht näher eingehen will.

Gerade die Spacer zwischen den einzelnen Transkriptionseinheiten sind für die Unterscheidung sehr interessant. Dies sind ETS, ITS1und ITS2

rDNA-Repeat der ribosomalen Untereinheiten. Der external transcribed spacer (ETS) und die internal transcribed spacer (ITS1 + ITS2) befinden sich zwischen den Transkriptionseinheiten.

Vor allem mit Hilfe des Forum Flora Austria konnte ich viele verschiedene Blätter von Cyclamen purpurascens aus Österreich bekommen und werde wohl auch noch viele bekommen. An dieser Stelle nochmals vielen Dank an alle Beteiligten! Ihr habt mich einen großen Schritt weiter gebracht.

Durch einen kleinen Urlaub in Italien habe ich jetzt 70 Blätter in meiner Sammlung und auch schon einen großen Teil davon sequenziert.

Untersuchte Blätter von Cyclamen purpurascense in rot.

Man kann zwei Sequenzfiles namens AB1 mit einem Programm namens SeqDoc vergleichen. Oben und unten sind die verschiedenen Sequenzen und in der Mitte die Gemeinsamkeiten (flacher Peak) und Unterschiede (großer Peak).

Ein  Unterschied zwischen den Pflanzen aus Österreich und der Schweiz liegt vorne auf dem ETS. So ist nach den GGG bei den Pflanzen aus der Schweiz und Italien nur ein C, bei den Österreichischen Pflanzen zwei CC vor den vier AAAA.  Hier die Peaks:

Vergleich von 50 Basen auf dem ETS zwischen einer Pflanze aus dem Tessin und einer aus Niederösterreich.

Ein anderer auffälliger Unterschied ist im ITS1. Hier ist ebenfalls bei den Österreichischen Pflanzen eine Base (G) mehr.

Chromatogramm mit zwei AB1 files von der Sequenzierung mit SeqDoc.

Am Anfang vom ETS kann man schon die verschiedenen Standorte unterscheiden. Die rDNA Sequenzen der verschiedenen Standorte wurde mit dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW verglichen. Hier die Sequenz vom ETS vorne mit ausgewählten Pflanzen:

5′ Ende vom ETS mit 50 Basen von ausgewählten Standorten.

Mit dem dem Programm Multi Sequence Alignment by CLUSTALW kann man dann einen polygenetischen Baum mit den Sequenzen der rDNA erstellen.

Polygenetischer Baum der rDNA ausgewählter Standorte von Cyclamen purpurascens.

Kommen wir zu dem Rätsel, warum die Pflanzen aus dem Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen, die Pflanze aus Orljavac in Kroatien und die Tuttlinger Pflanze aus der Nähe vom Kraftstein die selbe Sequenz wie die Pflanzen aus Österreich haben.

Die Pflanze aus Kroatien stammt aus der Nähe der Benediktioner Abtei des heiligen Mihovil.

Benediktiner-Abtei des Heiligen Michael bei Orljavac.

Das Kloster Allerheiligen wurde ebenso von den Benediktinern gegründet und bei Tuttlingen befindet sich das Kloster Beuron mit der Erzabtei St. Martin.

Die Benediktiner legten schon früh Heilpflanzengärten an und brachten viele Pflanzen über die Alpen. Damals war es auch üblich, dass einmal im Jahr Bauern eingeladen wurden, um in den Gärten unterrichtet zu werden. Dieser Brauch war noch bis 1911 im Salzburgischen Kloster üblich. Salzburg war und ist mit der Erzabtei St. Peter ein Zentrum der Benediktiner. „Wolfgang Erdäpferl“ wurden Cylamen purpurascens von den Einheimischen genannt und  es wurde ihm eine besonders heilende Wirkung bei Schlangenbiß, Migräne, Kopfbeschwerden und als Zaubertrank nachgesagt. (Siehe Salzburgwiki). 

Von wo aus genau -Salzburg oder Wien- die Benediktiner das Alpenveilchen ursprünglich verteilt haben, lässt sich nicht genau sagen. Es gibt sowohl im Salzburger Land, als auch in Niederösterreich Cyclamen mit der selben Sequenz der rDNA. Allerdings sind die Pflanzen um Wien einheitlich und die Pflanzen um Salzburg weisen zum Teil Variationen auf. Es läßt sich also spekulieren, dass um Salzburg das „Erdapferl“, das im großen Stiel als Heil und Fruchtbarkeits-Symbol für Pilger gesammelt und verkauft wurde, dadurch vielleicht etwas selten wurde. Womöglich wurde um Salzburg denn wieder mit Pflanzen aus den Klostergärten „aufgeforstet“.

Klostergarten Allerheiligen in Schaffhausen.

Cyclamen purpurascens war für die Benediktiner eine wichtige Heilpflanze die in den Klostergärten zu finden war und ist. Allem Anschein nach wurde das Alpenveilchen von den Benediktinern aus Österreich über die Ränder der Alpen hin verteilt. Wenn die Bedingungen für die Pflanzen gut waren, kann man sie heute noch finden.

Allerdings stammt das Cyclamen purpurasecens im Brigachtal nicht aus Österreich.

Woher es stammt, wird die Zukunft zeigen. Es fehlen mir noch einige natürliche Standorte.

 

 

1) Slovak et al. Multiple glacial refugia and postglacial colonization routes inferred for a woodland geophyte, Cyclamen purpurascens: patterns concordant with the Pleistocene history of broadleaved and coniferous tree species. The Linnean Society of London 105 (2012):

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

 

 

 

DNA Extraktion aus Blättern

Mai 2017

Die Isolation von genomischer DNA (gDNA), chloroplasten DNA (cpDNA) oder auch mitochondrialer DNA (mt) aus Pflanzen ist nicht ganz so einfach. Pflanzen produzieren eine unüberschaubare Menge an sekundären Inhaltsstoffen wie Glykoside, Polyphenole, Xanthone, Phenylpropanoide, Terpene, Steroide, Carotinoide, Speicherlipide und Alkaloide. Diese können die DNA zerstören oder auch eine nachfolgende PCR behindern.

In meinem Labor benutze ich grundsätzlich keine giftigen Chemikalien wie Phenol, Mecaptoethanol oder Chloroform, die man normaler Weise zum Aufreinigen von DNA verwendet. Deshalb habe ich ein Protokoll entwickelt, das für das Alpenveilchen funktioniert und genug saubere DNA für eine PCR abwirft. Ich habe ziemlich viel Zeit in dieses Protokoll investiert und will es hier gerne mit interessierten Pflanzengenetikern teilen:

Extraktion von DNA aus Blättern von Cyclamen ohne Phenol

Ausgangsmaterial ist ein kleines Stück von einem jungen Blatt ohne Adern. Es sollten nicht mehr als 50 mg sein. Dieses Blatt wird zerkleinert. Man kann dazu einen herkömmlichen Mörser nehmen und mörsert am besten mit flüssigem Stickstoff. Wenn dies nicht vorhanden ist, geht auch solch ein blauer Plastikmöppel ohne Stickstoff. Nur sollte man sich dabei beeilen und möglichst im Puffer zerkleinern. Der blaue Plastikmöppel heißt „Micro Pestel“.

Je Eppi nehme ich 800 µl HS Buffer, plus 100 µl SDS (10%), plus 20 µl DTT, plus 40  µl Proteinase K und plus 20 µl RNAse.

HS Buffer

10 mM TrisHCl pH 7.6
10 mM KCl
10 mM MgCl2
400 mM NaCL
2 mM EDTA

Proteinase K

20 mg/ml in 100mM Tris ph 8,6,, 6mM CaCl2, 50% Glycerin. Lagern bei -20°C

DTT

5 g DTT in 32,4 ml H2O oder 1M. Bei  20°C lagern.

Das ganze wird vorsichtig gemischt und kommt bei 50°C für zwei Stunden in den Heizblock. Kein Vortex! Das Eppi nur kurz invertieren, nicht zu doll mixen, da die DNA leicht schert. Ab- und an das Eppi bisschen bewegen.

Dann kommt das Eppi für 3 Minuten in die Zentrifuge mit Vollspeed. 700 µl vom Überstand kommen  mit 600 µl Isopropanol in ein neues Eppi und werden vorsichtig gemischt. Das alles bei Raumtemperatur! Dann wird die DNA 5 Minuten bei 12 K rpm abzentrifugiert. Nicht zu lange oder zu kalt, sonst kommt unerwünschtes Irgendwas mit.

Danach kann man das Pellet 2 x mit 70% EtOH waschen, trocknen und eine PCR versuchen. Mit viel Glück ist es schon sauber genug.

Für genomische DNA nehme ich das Pellet in Lysis Buffer auf und befolge das Protokoll von Roth. Gerade wenn man die DNA länger lagen will, empfiehlt sich eine bessere Aufreinigung. Hier wurde das Roti-Prep Genomic Kit von Roth benutzt, damit die DNA auch über Säulchen aufgereinigt ist. Aber Vorsicht, wenn man Chloroplasten oder Mitochondien DNA will, diese nicht mit Säulchen für gDNA aufreinigen.

Falls die PCR später nicht funktioniert, kann das am ehesten an der DNA liegen. Natürlich nur, wenn man sich mit den Primern sicher ist. Hier empfiehlt sich eine positiv Kontrolle. Probleme mit der DNA kommt oft von der Proteinase K. Meiner Erfahrung nach kann man da mit der Konzentration und der Verdauzeit eher hoch gehen, als runter.  Wichtig ist auch ein guter RNA Verdau. RNA kann auch die PCR stören.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Text und Abbildungen dürfen unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution Share-Alike license (CC-BY-SA) gerne ganz oder teilweise kopiert und zitiert werden.

Evolution und Krebs

April 2017 aktualisiert im September 2017


Wirft man eine Hand voll Federn in die Luft, so müssen alle nach bestimmten Gesetzen zu Boden fallen; aber wie einfach ist das Problem, wohin eine jede fallen wird, im Vergleich zu der Wirkung und Rückwirkung der zahllosen Pflanzen und Tiere, die im Laufe von Jahrhunderten Arten und Zahlenverhältnis der Bäume bestimmt haben, welche jetzt auf den alten indianischen Ruinen wachsen!“ 1859 von Charles Darwin

 

Meine Passion sind nicht nur Viren und deren Rekombination, sondern auch die Evolution der RNA bzw. DNA im Allgemeinen. Kürzlich stieß ich auf einen Artikel über die unterschätzte Bedeutung der Evolutionsfähigkeit von Krebszellen. Vorher wusste ich nicht, dass Krebszellen nicht immer die gleiche DNA haben. Also ein einziger Mensch mit Krebs hat nicht einen Krebs, sondern verschiedene. So wie wir die Evolution von Viren beeinflussen, indem wir sie bekämpfen, beeinflussen wir auch die Evolution der Krebszellen durch Chemotherapie. Um dies alles etwas zu verdeutlichen habe ich diesen Artikel hier geschrieben.

Evolution

Dieses Wort benutzen wir viel zu oft ohne zu wissen was es bedeutet. Wir denken, dass sich ein Lebewesen irgendwie verändert, um sich neuen Lebensumständen anzupassen. Das stimmt aber so nicht ganz. Die Lebensumstände sind bei den Veränderungen egal. Es ist so, dass sich jede DNA und RNA bei jeder Replikation (Verdopplung) verändert. Also überall wo sich Zellen teilen oder Viren vermehren geschieht eine mehr- oder weniger große Veränderung. Es entsteht also etwas Neues. Es gibt dann mehrere Möglichkeiten:

  • Die Veränderung ist unbedeutend und stört nicht weiter.
  • Die Veränderung macht die Zelle oder das Virus nicht überlebensfähig und sie stirbt ab.
  • Der Organismus sieht, dass mit der Zelle etwas nicht stimmt und tötet sie.
  • Das Neue setzt sich durch und vermehrt sich weiter

Dieser letzte Punkt ist die Stelle an der wir die Evolution unter Umständen bemerken. Dieses Neue, Andere,  kann nun gut sein in speziellen Lebensumständen, oder auch schlecht. Wenn es richtig gut und praktisch ist, wird es sich bei weiteren Nachkommen durchsetzen. Meist aber wird es sich irgendwie in der Population verteilen. Nicht so vorteilhafte Veränderungen werden mit der Zeit wieder verschwinden.

Evolution und Tumor

Bei der Evolution von Krebs vergessen wir jetzt erst mal den Fokus auf das Individuum und sehen nur die einzelnen Zellen. Da Zellen sich ständig teilen, entstehen auch laufend Veränderungen.  Es entstehen also täglich, sogar stündlich, Fehler in unseren Zellen. Die meisten Fehler sind unbedeutend und stören nicht weiter. Diese Veränderungen werden vom Organismus genau beobachtet und bei Bedarf wird die Zelle getötet. Dies ist die Arbeit des Immunsystems.

Hier kommen wir zu Krebs. Ist das Immunsystem gestört und die mutierte Zelle wird nicht erkannt, kann sie sich erneut teilen. Je passender die Veränderungen in der DNA dieser Zelle sind, um so besser kann sie sich ab nun durchsetzen. Wenn nun das Immunsystem nicht eingreift und die Lebensumstände für die veränderte Zelle und ihre Nachkommen gut sind, dann haben wir einen Tumor.

Instabile Chromosomen

Ein Kennzeichen der meisten Tumoren ist die Aneuploidie ihrer Chromosomen. Aneuploidie heißt bei Krebs meist, dass etwas fehlt. Die Chromosomen sind instabil und kritische Gene werden nur noch von der gesunden Kopie des betreffenden Chromosoms kodiert (1).

Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, wie die Chromosomen und auch die Gene anders sein können, als sie eigentlich sein sollten.

Um den Tumor genau zu charakterisieren, untersucht man seine DNA. Das heißt, man sequenziert ihn und schaut wo die Veränderung stattgefunden hat.

Intratumorale Heterogenität oder Evolution im Tumor

Jetzt wissen wir wie eine Krebszelle entsteht. Ein Schlüsselfaktor dafür, dass Krebs tödlich wird, ist die intratumorale Heterogenität und damit das therapeutische Versagen und eine Arzneimittelresistenz. Diese intratumorale Heteroginität ist so bedeutend, dass es sogar ein Wort für sie gibt: ITH (2).

ITH bedeutet, dass es im Tumor unter Umständen nicht nur eine bestimmte Krebszelle und ihre identischen Nachkommen gibt, sondern verschiedene unterschiedliche Zellen. Es konnte durch Sequenzieren festgestellt werden, dass diese Unterschiede in einem einzigen Tumor zwischen 0 und bis zu 8000 verschiedene Veränderungen betragen können (3). Wobei die Art der Krebserkrankung hierbei eine Rolle spielt. So sind Tumore, die durch stark karzinogene Stoffe ausgelöst werden – wie Lungenkrebs von Zigarettenrauch und Hautkrebs durch UV Licht – deutlich heterogener.

Hier sind wir beim Punkt, warum die Evolution von Krebszellen und ihre genaue Charakterisierung so wichtig ist. Am besten erkennt man das Problem an der Chemotherapie.

Chemotherapie bei Krebs

Wir bleiben bei der Fokussierung auf die einzelnen Zellen. Eine Chemotherapie ist im Groben das Abtöten einer Krebszelle. Hierbei wird versucht die Krebszelle an einem verwundbaren Punkt zu treffen, um sie zu töten. Was auch bei Kenntnis der Zelle heutzutage recht gut gelingt.

Bei diesem System kann die intratumorale Heterogenität zu einer selektiven Evolution führen. Wir töten zwar erfolgreich eine Art Krebszellen und ihre Nachkommen, aber wir verschaffen einer gegen die spezielle Chemotherapie unempfindlichen Zelle einen Vorteil.

Es kommt somit zuerst zu einer vermeintlichen Heilung bis die selektierte Zelle sich durchsetzt und es entsteht eine sogenannte Arzneimittelresistenz. Die zuerst erfolgversprechende Chemotherapie wird wirkungslos.

Ein weiteres Problem ist der Zeitpunkt der Entstehung der ITH. Wie weiter oben berichtet, wird die Heterogenität durch Chemikalien angetrieben. So kann man durch eine Chemotherapie Veränderungen in Tumorzellen hervorrufen. Da der Reparatur Mechanismus in der Krebszelle gestört ist, treibt dies weiter aktiv die Evolution an. Ein Beispiel hierfür sind niedrig-maligne Gliome, die als Glioblastome nach der Behandlung mit dem Alkylierungsmittel Temozolomid wiederkehren können (4).

Aus diesen Gründen lässt sich die Heterogenität eines Tumors auch nach einer Biopsie und der Sequenzierung nur schwer abschätzen. Jeder Tumor und seine Metastasen haben eine eigene Geschichte an Veränderungen. Diese Geschichte stellt sozusagen eine historische Aufzeichnung von Veränderungen dar, die sich während der Lebensgeschichte des Tumors und seiner Nachkommen angesammelt haben.

Tumorevolution

“…the fittest will survive, and a race will be eventually produced adapted to the conditions in which it lives” (Alfred Russel Wallace, 1867).

Die mittelbare Umgebung des Tumors ist für die Krebsentwicklung bedeutend. Diese Umgebung wird durch Ressourcenbeschränkungen, Immunabwehr und Nebenwirkungen in Form von Gewebehypoxie, Azidose und Krebstherapeutika beeinflusst. Tumorzellen können ihre eigene Wachstumsumgebung zu ihrem Vorteil verändern und die Tochterzellen vor schädlichen Einflüssen schützen. Daher kann die Krebsentwicklung nicht vollständig verstanden werden, ohne ein detailliertes Verständnis der Auswirkungen vom Mikro-Umwelt-Selektionsdruck zu haben.

Obwohl Heterogenität für die Evolution erforderlich ist, führt die positive Selektion nicht zwangsläufig zur Heterogenität. Es bleibt eine offene Frage, ob unterschiedliche klinische Verhaltensweisen die Tumorentwicklung beeinflussen können, oder ob man mindesten die Fähigkeit entwickeln kann, den nächsten Schritt eines Tumors vorherzusehen.

Die Beobachtung, dass Tumore mit einem extremen Maß an chromosomaler Instabilität mit einer verbesserten Prognose verbunden sind (5), unterstützt die Hypothese, dass es zu einem heiklen Gleichgewicht kommen kann und dass möglicherweise ein starker Selektionsdruck in der Krebsentwicklung für ein „gerechtes“ Niveau sorgen kann.

Auch kann das Immunsystem Tumore in einem Gleichgewichtszustand halten. So können Patienten im frühen Stadium von Brustkrebs Tumorzellen im Knochenmark haben, die nicht zu einer metastatischen Erkrankung führen müssen, aber durchaus irgendwann können (6). Andererseits kann die Antwort des Immunsystems auch  Krebszellen geradezu unterstützen.

Vielleicht sollte man sich auch zur Erkenntnis durchringen, dass nicht jeder Krebs heilbar ist, aber man unter Umständen durchaus lange damit leben und alt werden kann.

 

Nachtrag im September 2017

In diesem Monat erschien in der renomierten Zeitschrift Nature ein Artikel zur Evolution bei Krebszellen.

Leider ohne die Erwähnung des Wortes „Evolution“

 

 

 

 

 

 

 

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(1) Singling Out ChromosomeGains in Tumor Evolution. Ryan M. Naylor, Jan M. van Deursen. Cancer Cell (2017).

(2) Clonal Heterogeneity and Tumor Evolution: Past, Present, and the Future. Nicholas McGranahan, Charles Swanton. Cell (2017).

(3) Mutational analysis reveals the origin and therapy-driven evolution of recurrent glioma.
Johnson, B.E., Mazor, T., Hong, C., Barnes, M., Aihara, K., McLean, C.Y., Fouse, S.D., Yamamoto, S., Ueda, H., Tatsuno, K. et al. Science (2014).

(4) Mutational analysis reveals the origin and therapy-driven evolution of recurrent glioma.
Johnson, B.E., Mazor, T., Hong, C., Barnes, M., Aihara, K., McLean, C.Y., Fouse, S.D., Yamamoto, S., Ueda, H., Tatsuno, K. et al. Science (2014).

(5) Pan-cancer analysis of the extent and consequences of intratumor heterogeneity.
Andor, N., Graham, T.A., Jansen, M., Xia, L.C., Aktipis, C.A., Petritsch, C., Ji, H.P., and Maley, C.C.
Nat. Med. (2016).

(6) Tumor cell dissemination to the bone marrow and blood is associated with poor outcome in patients with metastatic breast cancer. Hartkopf, A.D., Stefanescu, D., Wallwiener, M., Hahn, M., Becker, S., Solomayer, E.F., Fehm, T.N., Brucker, S.Y., and Taran, F.A. Breast Cancer Res. Treat. (2014)

(7) Tumours addicted to drugs are vulnerable. REBECCA J. LEE & RICHARD MARAIS. Nature (2017)