Eye spots, color patterns that resemble the eyes of vertebrates, on butterfly wings are common in nature. A research team involving the Leibniz Institute for the Analysis of Biodiversity Change (LIB) and researchers in Mexico, Brazil and the US, have now identified a trend towards fewer and bigger eyespots in a group of tropical butterflies in a DNA-based study. The research also challenges other scientists to answer further questions such as: Why does evolution lead to the loss of eyespots and the enlargement of just one or two? Does one large patch act as a more intimidating signal than several small ones?

ETH-​Forschende haben in Wirbeltierzellen ein neues zelluläres Kompartiment identifiziert, das Exklusom genannt wird und ein Vorläufer des heutigen eukaryotischen Zellkerns sein könnte. Die Studie zeigt: Säugetierzellen erkennen, bündeln und sortieren nicht-​chromosomale DNA, wie ringförmige Plasmide von ausserhalb und innerhalb der Zelle, und halten sie von chromosomaler DNA fern. Das lässt auf ein zellautonomes Genomabwehrsystem schliessen.

Forschende der Universität Trier haben Muscheln als natürliche Umwelt-DNA-Sammler entdeckt und können nun Veränderungen in Ökosystemen über mehrere Jahrzehnte beobachten.

Sogenannte Molekulare Uhren haben die Evolutionsbiologie revolutioniert: Anhand von DNA-Mutationen zwischen den Arten lässt sich auch ohne datierte Fossilien abschätzen, wann genau sich neue Äste im Stammbaum des Lebens bilden. Für kurze Zeiträume sind solche Uhren allerdings nicht brauchbar, da sie zu langsam getaktet sind. Forschende der Technischen Universität München (TUM), des GEOMAR und der Universität Georgia stellen im Fachjournal Science eine neuartige, schnell tickende molekulare Uhr vor, die auf Epimutationen – zufälligen Veränderungen im Erbgut – beruht. Diese neue Uhr wird dazu beitragen, die Veränderungen der biologischen Vielfalt in der jüngsten Vergangenheit zu verfolgen.

Wie ein Virus seine DNA-Verpackung verändert, um in der menschlichen Zelle aktiv zu werden

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des DWI – Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien und des Instituts für Technische und Makromolekulare Chemie an der RWTH Aachen University ist es erstmalig gelungen, das Kernspin-Signal eines DNA Biomoleküls, welches spezifisch an Krebszellen bindet, um einige Größenordnungen zu verstärken. Die verwendete Methodik der Signalverstärkung nennt sich para-Wasserstoff induzierte Hyperpolarisierung (PHIP). Die Ergebnisse ebnen den Weg für hochsensitive molekulare Magnetresonanz-Bildgebung mit zielgerichteten Kontrastmitteln und haben das Potenzial, die Anwendungsbereiche in der medizinischen Diagnostik erheblich zu erweitern.

Neuer Ansatz für nichtgenetische T-Zell-basierte Immuntherapien
Immuntherapien gegen Krebs sollen das Immunsystem dazu bringen, Krebszellen effektiver zu bekämpfen. Ein chinesisches Forschungsteam beschreibt in der Zeitschrift Angewandte Chemie eine neue modulare Strategie für eine T-Zell-basierte Immuntherapie, die ohne aufwendige gentechnische Schritte auskommt. Eine Modulation der Zell-Zell-Kommunikation durch einen ausgeklügelten Regelkreis zwischen verschiedenen speziell gefalteten kleinen DNA-Molekülen (Aptameren) sorgt dafür, dass Krebszellen ihre Todfeinde, die T-Zellen, direkt selbst aktivieren.

In the form of DNA, nature shows how data can be stored in a space-saving and long-term manner. Würzburg’s chair of bioinformatics is developing DNA chips for computer technology.

Die Natur zeigt in Form der DNA, wie sich Daten platzsparend und langfristig speichern lassen. An DNA-Chips für die Computertechnik forscht auch die Würzburger Bioinformatik. Drei Angehörige des Lehrstuhls schildern in einem Review in „Trends in Biotechnology“, welche Herausforderungen zu bewältigen sind, um DNA-Chips als Speichermedien anwendbarer zu machen.

Eine neue Studie zeigt das Potenzial künstlich erzeugter DNA-Strukturen, die mit Antikörpern bestückt werden und das Immunsystem gezielt gegen Krebszellen richten.

The team of Dr. Elisha Krieg at the Leibniz Institute of Polymer Research Dresden has developed a dynamic DNA-crosslinked matrix (DyNAtrix) by combining classical synthetic polymers with programmable DNA crosslinkers. DNA’s highly specific and predictable binding gives researchers unparalleled control over key mechanical properties of the material. The findings published in Nature Nanotechnology August 7, 2023, are highly relevant to in vitro cell culture materials for biological research.

Das Team um Dr. Elisha Krieg am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden hat eine dynamische DNA-vernetzte Matrix (DyNAtrix) entwickelt, indem es klassische synthetische Polymere mit programmierbaren DNA-Vernetzern kombiniert. Die hochspezifische und vorhersagbare Bindung der DNA verleiht den Materialien eine unvergleichliche Kontrolle über wichtige mechanische Eigenschaften. Die am 7. August in Nature Nanotechnology veröffentlichten Ergebnisse sind von hoher Relevanz für In-vitro-Zellkulturmaterialien für die biologische Forschung.

Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment at the University of Tübingen explores skeletal features as an alternative to DNA analysis

Das Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment an der Universität Tübingen untersucht Skelettmerkmale als möglichen Ersatz für DNA-Analysen

Wenn sich Zellen teilen, sind die präzise Aufteilung der Erbinformation und zuverlässige Vererbung ringförmiger DNA (Plasmide) entscheidend. Ein Forscherteam um Dr. Seán Murray vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie hat eine Computersimulation entwickelt, die den Schlüsselmechanismus dieses Vorgangs erklärt. Die Arbeiten ebnen den Weg für experimentelle Untersuchungen und zeigen grundlegende biochemische Prinzipien auf, die auch für die Synthetische Biologie und medizinische Anwendungen relevant sein können.

Was bestimmt, ob wir fettleibig werden? Neben dem Lebensstil wirkt sich auch die Veranlagung aus, die Gene aber können den ererbten Hang zum Übergewicht nicht vollständig erklären. Eine Studie der Charité – Universitätsmedizin Berlin in Science Translational Medicine* zeigt jetzt, dass auch eine Art Formatierung des DNA-Codes eines Sättigungsgens mit einem leicht erhöhten Risiko für Fettleibigkeit einhergeht – zumindest bei Frauen. Diese sogenannte epigenetische Markierung wird bereits in der frühen Embryonalphase etabliert.

Despite being densely packed to fit into the nucleus, chromosomes storing our genetic information are always in motion. This allows specific regions to come into contact and thereby activate a gene. A group of scientists from the Institute of Science and Technology Austria (ISTA), Princeton University, and the Institut Pasteur in Paris now visualized this dynamic process and give novel insights into the physical characteristics of DNA.

Obwohl Chromosomen, die unsere genetische Information speichern, dicht gepackt sind, damit sie in den Zellkern passen, sind sie ständig in Bewegung. Bestimmte Regionen müssen in Kontakt kommen, damit ein Gen aktiviert werden kann. Eine Gruppe von Wissenschafter:innen des Institute of Science and Technology Austria (ISTA), der Princeton University und des Pasteur Instituts in Paris hat diesen dynamischen Prozess nun visualisiert. Das gibt uns neue Einblicke in die physikalischen Eigenschaften der DNA.

Wissenschaftler*innen vom Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) haben gemeinsam mit Kolleg*innen aus Großbritannien Hinweise gefunden, wie es dem Körper nach einer Mahlzeit gelingt, den Blutzuckerspiegel konstant zu halten: Bei der Analyse des Erbguts von fast 55.000 Teilnehmer*innen verschiedener Studien stießen sie auf insgesamt zehn Regionen, in denen Genvarianten vorkommen, die für die Regulation des Blutzuckerspiegels nach einer Mahlzeit verantwortlich sind. In weiteren Experimenten konnten sie aufklären, wie diese Genvarianten die Insulinresistenz von Zellen beeinflussen.

Centromere sind DNA-Abschnitte, die häufig im Zentrum der Chromosomen zu finden sind. Die Centromere verschiedener Arten weisen eine enorme Vielfalt auf – und das, obwohl sie bei fast allen Organismen dieselbe wichtige Aufgabe bei der Zellteilung übernehmen. Ein internationales Forschungsteam hat nun entdeckt, dass Centromere auch innerhalb einer einzigen Art erstaunlich unterschiedlich sein können. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie untersucht auch, welche molekularen Mechanismen für die schnelle Evolution der Centromere verantwortlich sind und welche Rolle sie bei der Entstehung neuer Arten spiele könnten.

Centromeres, the DNA sections often found at the center of the chromosomes, display enormous interspecies diversity, despite having the same vital role during cell division across almost the entire tree of life. An international team of researchers has discovered that the variation in centromere DNA regions can be strikingly large even within a single species. The findings, now published in the journal Nature, shed light on the molecular mechanisms of rapid centromere evolution and their potential role in the formation of new species.

Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind winzige Bläschen mit denen DNA, RNA, Lipide und Proteine von Zelle zu Zelle weitergegeben werden können. In der Empfängerzelle reichern sich die EVs beispielsweise im Zellkern an. Aber ist die DNA in diesen Vesikeln vergleichbar organisiert wie die DNA im Zellkern? Zumindest ganz ähnlich – und mit bemerkenswerten Einflüssen auf die Genregulation, das konnte ein Team um PD Dr. Basant Kumar Thakur von der Kinderklinik III des Universitätsklinikums Essen und Wissenschaftler an der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen nun zeigen.

Auf der Grundlage Zehntausende Jahre alter, zerstückelter DNA haben Wissenschaftler*innen das Genom einer Gruppe von bisher unbekannten Bakterien rekonstruiert und ein prähistorisches Molekül wiederhergestellt. Für dieses nun in Science veröffentlichte Ergebnis haben sich Forschende verschiedenster Fachbereiche – von Archäologie über Bioinformatik bis Chemie – zusammengeschlossen: Mit den dafür entwickelten bioinformatischen Methoden wollen sie nach neuen Wirkstoffen suchen.

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig ist es erstmals gelungen, menschliche DNA von der Oberfläche eines Gegenstands aus der Steinzeit, eines durchbohrten Hirschzahns aus der Denisova-Höhle in Südsibirien, zu gewinnen. Um diesen nicht zu beschädigen, entwickelte das Team eine neue, zerstörungsfreie Methode zur Isolierung von DNA aus alten Knochen und Zähnen. So ist es ihnen gelungen, ein genetisches Profil der Frau zu rekonstruieren, die den Anhänger trug oder benutzte, sowie des Hirsches, dem der Zahn einst gehörte.

Vor über zwei Jahrzehnten wurde am Uniklinikum Ulm ein kranker Säugling mit einem ernsten Immundefekt behandelt. Später wird eine außergewöhnliche Veränderung in der DNA entdeckt. Gibt es einen Zusammenhang? Als die Ulmer Wissenschaftler von ähnlichen Fällen erfahren, entsteht ein internationales Projekt. Der „Ulmer Patient“ ist nicht mehr allein. Mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – verteilt über vier Kontinente – forschen fortan gemeinsam. Und tatsächlich: Sie finden heraus, dass eine spontane Punktmutation im Transkriptionsfaktor IRF4 zum Versagen der B- und T-Zellen führt. Die hochrenommierte Fachzeitschrift Science Immunology hat die Ergebnisse veröffentlicht.