ChemieXtra 4/2020

Für die französischsprachige Schweiz

Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

April 2020

7. und 8. Oktober 2020 | Offizielles Expo Beaulieu Lausanne | ilmac.ch Organ des Schweizerischen

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Plateforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

Plateforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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7. und 8. Oktober 2020 | Expo Beaulieu Lausanne | ilmac.ch Für die französischsprachige Schweiz

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EDITORIAL

Putzen allein nützt nichts Wir haben für das Jahr 2020 erneut sehr spannende Forschungsergebnisse versprochen. Nun hat die rasche Ausbreitung des Sars-CoV-2-Virus, das die Krankheit Covid-19 auslöst, die Forschung quasi überholt. Auf der ganzen Welt wird nach Abhilfe und Impfstoffen geforscht, wir warten gespannt darauf.

Zum neuen Coronavirus bringen wir hier keine Nachrichten, weil der Erkenntnisstand täglich wechselt. Aber es gibt ja auch Forschung, die schon sehr weit gediehen ist und uns die Welt immer besser erklärt. So hat man den Verdauungstrakt des Menschen genau unter die Lupe genommen. Forscherinnen und Forscher der Universität Bern und des Inselspitals ist es nun gelungen, gewisse von Darmbakterien produzierte Stoffe zu identifizieren, die auf Nervenzellen einwirken, die wiederum für die Darmbewegung zuständig sind. Bakterien regulieren somit die Darmperistaltik.

Alle Krimi-Liebhaber wissen, dass die Forensik fester Bestandteil der Kriminalistik ist. Eine zentrale Rolle spielt dabei die menschliche DNA. Bisher glaubte man, dass man Spuren mit einfachem Abwischen entfernen kann. Forscher der Universität Duisburg-Essen haben mittels umfangreicher Testreihen nachgewiesen, dass DNA viel hartnäckiger ist, als man glaubt. Selbst gut gereinigte Flächen bzw. hand- oder

Ch romat ogra phie

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maschinengewaschene Textilien halten DNA-Spuren zurück. Die Studie zeigt eindrücklich, dass eine sorgfältige Analyse des Spurenbildes, auch bei entsprechender Reinigung der Tatorte, zu einem vollständigen DNA-Profil von Tätern und Opfern führen kann.

Heutzutage sucht man mit elektronischen Suchmaschinen. Google findet alles, heisst es. Doch hat man gezielt Fragen, muss man sich erst durch einen Wust von Informationen durchkämpfen, und ob man das Gewünschte findet, ist noch nicht garantiert. Für die Forschungs- und Geschäftswelt ist dies keine adäquate Lösung.

Der Schweizer Konzern Sika hat deshalb vor ein paar Jahren eine firmeneigene Suchmaschine entwickeln lassen. An ihrem digitalen Arbeitsplatz finden die Angestellten ein kleines Suchfeld. Dahinter verbirgt sich die Suchsoftware, welche sämtliche Daten aus den verschiedenen Quellen im Unternehmen indiziert hat, um

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FOKUS

Die Stereochemie im Griff

Sind Herzkrankheiten übertragbar?

Die Rolle der körpereigenen Bakterien bei bestimmten Krankheiten wurde lange unterschätzt. Forscher wagen immer öfters neue Thesen. So fragen sie sich auch, ob gar bestimmte Herzkrankheiten übertragbar seien.

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CHEMIE Kettenverlängerung mit Borsäureester

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LABOR

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IN KÜRZE

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NEWS

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TERMINE

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FIRMEN BERICHTEN

BIOWISSENSCHAFTEN Der lange Schatten der Epigenetik

Der zweite Teil der «anderen Genetik» beschäftigt sich mit aktuellen Forschungsschwerpunkten der Epigenetik. Selbst heute noch wirft diese Disziplin mehr und mehr Fragen, die weitreichender kaum sein können.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 10. Jahrgang (2020) Druckauflage 10 900 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2019 10 005 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 280 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com

Vorstufe Triner Media + Print Schmiedgasse 7 CH-6431 Schwyz +41 41 819 08 10 beratung@triner.ch www.triner.ch

Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über.

Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen.

Redaktionelle Mitarbeit Alexander Jegge Dr. Kurt Hermann

Copyright 2020 by SIGWERB GmbH, CH-6302 Zug

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FORSCHUNGSWELT

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LITERATUR

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VERBANDSSEITEN

Spezielles Licht sieht Enantiomere

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UMWELT Deutliche Hitzereduktion im Strassenbau

Forschende der Empa haben analysiert, ob und wie viel schädliche Emissionen entstehen, wenn regulärer «Heissasphalt» oder aber sogenannter Warmasphalt verlegt wird.

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SCV-Informationen

VERFAHRENSTECHNIK Zertifizierte Zulieferer sichern Qualität

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PRODUKTE

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LIFERANTEN­ VERZEICHNIS

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7. und 8. Oktober 2020 | Offizielles Expo Beaulieu Lausanne | ilmac.ch Organ des Schweizerischen Für die französischsprachige Schweiz

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ILMAC LAUSANNE Zum dritten Mal findet die ILMAC LAUSANNE – dieses mal am 7. und 8. Oktober 2020 – für die französischsprachige Schweiz statt.

Als Plattform für Chemie, Pharmazie und Biotechnologie findet die Veranstaltung in der Halle 7 der Expo Beaulieu Lausanne statt.

Die ILMAC LAUSANNE verbindet in entspannter und geselliger Atmosphäre aktuelle Wissensvermittlung mit qualitativ hochwertigen Produktangeboten.

Es werden rund 1500 Fachbesucher erwartet, um sich über das aktuelle Angebot zu informieren, potenzielle Partner zu

Plateforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

April 2020

ZUM TITELBILD

Plateforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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7. und 8. Oktober 2020 | Expo Beaulieu Lausanne | ilmac.ch Für die französischsprachige Schweiz

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treffen und bestehende Geschäftskontakte zu pflegen.

Das Forum der ILMAC LAUSANNE wird in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft und BioAlps organisiert und steht unter dem Thema: «Lab Technologies and Self-Learning Systems». www.ilmac.ch/ILMACLAUSANNE

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4/2020 Partner Partner

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Bilder: Shutterstock

FOKUS

Wie stark sind genetische Faktoren für Herz- und Kreislauferkrankungen verantwortlich? Das Mikrobiom eines Menschen könnte mehr Einfluss auf vermeintlich vererbbare Krankheiten haben als bisher angenommen.

Die unterschätzte Rolle des Mikrobioms

Sind Herzkrankheiten übertragbar?

Krankheiten wie Herz-Kreislauferkrankungen oder Krebs zählen heute zu den häufigsten nicht-natürlichen Todesursachen weltweit. Sie werden von der Weltgesundheitsorganisation WHO als nicht-übertragbar definiert, weil man davon ausgeht, dass sie durch eine Kombination von genetischen, Lebensstil- und Umweltfaktoren verursacht werden. Diese Auffassung stellt nun ein internationales Forscherteam in Frage.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des «Humans & the Microbiome»-Programms des Canadian Institute for Advanced Research (Cifar) unter Beteiligung von Professor Thomas Bosch von der Universität Kiel liefern überzeugende Hinweise dafür, dass viele als nicht-übertragbar eingestuften Krankheiten möglicherweise doch von Mensch zu Mensch über das Mikrobiom weitergegeben werden können – und die mikrobielle Besiedlung des menschlichen Körpers einschliesslich Bakterien, Pilzen und Viren zentral an der Übertragung beteiligt ist. Das Forschungsteam veröffentlichte die neue Hypothese im Wissenschaftsjournal «Science».

Eine neuartige Vermutung «Wenn sich unsere Hypothese als richtig herausstellt, wird sie unsere Auffassung der öffentlichen Gesundheit völlig neu definieren», sagt Brett Finlay, Professor für 4

Mikrobiologie an der Universität von British Columbia und Leiter des Cifar-Forschungsprogramms «Humans & the Microbiome».

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stützen ihre Theorie auf mögliche

Verbindungen zwischen drei verschiedenen bereits belegten Erkenntnissen: Erstens konnten sie zeigen, dass bei einer Vielzahl von Erkrankungen, von Adipositas und entzündlichen Darmerkrankungen bis

Über den SFB 1182 Der Sonderforschungsbereich «Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen» ist ein interdisziplinäres Netzwerk unter Beteiligung von rund 80 Forschenden, das die Interaktionen spezifischer Mikrobengemeinschaften mit vielzelligen Wirtslebewesen untersucht. Es wird von der Deutschen Forschungsgmeinschaft (DFG) unterstützt und beschäftigt sich mit der Frage, wie Pflanzen und Tiere einschliesslich des Menschen gemeinsam mit hoch spezifischen Gemeinschaften von Mikroben funktionale Einheiten (Metaorganismen) bilden. Ziel des SFB 1182 ist es, zu verstehen, warum und wie mikrobielle Gemeinschaften diese langfristigen Verbindungen mit ihren Wirtsorganismen eingehen und welche funktionellen Konsequenzen diese Wechselwirkungen haben. Im SFB 1182 sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus fünf Fakultäten der Universität Kiel, vom Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, dem Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie Plön, der Universität Düsseldorf, dem Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und der Mathematik und der Muthesius Kunsthochschule zusammengeschlossen.

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FOKUS

Anstoss für weitere Forschungsarbeiten Die neue Hypothese des Cifar-Teams beruht auf einem interdisziplinären Austausch mit unterschiedlichen wissenschaftlichen Perspektiven. Zunächst nur als Gedankenexperiment formuliert, zeigte sich schnell, dass es eine Vielzahl von deutlichen Hinweisen aus den verschiedenen Fachgebieten gibt, welche die neue Theorie plausibel erscheinen lassen – sollte sie sich als zutreffend erweisen, hätte 4/2020

sie offensichtlich weitreichende Konsequenzen für die öffentliche Gesundheit.

Die Forschenden betonen, dass ihre Hypothese gewagt ist und viele der beteiligten Mechanismen noch unbekannt sind. «Wir wissen immer noch nicht, in welchen Fällen diese Form der Übertragung zunimmt oder ob auch ein gesunder Zustand übertragen werden kann», sagt Mitautorin Maria Gloria Dominguez-Bello, Professorin an der Rutgers University in New Jersey. «Wir brauchen mehr Forschung, um die mikrobielle Übertragung und ihre Auswirkungen zu verstehen», so Dominguez-Bello weiter.

Dass ein signifikanter Zusammenhang zwischen einem gestörten Mikrobiom und vielen Krankheiten besteht, steht jedoch heute ausser Frage. Wie das Mikrobiom mit anderen Einflüssen, zum Beispiel bestimmten Umweltbedingungen und genetischen Faktoren bei der Übertragung verschiedener Krankheiten zusammenwirkt, sollen weiterführende Forschungsarbeiten erweisen. «Die neue Hypothese macht klar, dass wir Störungen der mikrobiellen Besiedlung des Körpers viel stärker als bisher als Krankheitsursache in Betracht ziehen und auch die potenziellen Übertragungswege näher erforschen müssen», betont Bosch. «Dieser Aspekt wird in den kommenden Jahren einer der Schwerpunkte unserer Arbeit in unserem Metaorganismus-Sonderforschungsbereich sein», so Bosch weiter. Der 2016 an der Universität Kiel gestartete SFB 1182 wird seit Anfang des Jahres für weitere vier Jahre in einer zweiten Förderphase von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Über das Canadian Institute for Advanced Research (Cifar): Aufgabe des Cifar ist seit seiner Gründung 1982, interdisziplinäre Forschungsteams unter Beteiligung führender Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt zu schaffen, die sich wissenschaftlichen Themen mit besonderer gesellschaftlicher Relevanz widmen. Zurzeit bearbeiten über 400 Forschende aus rund 130 Institutionen weltweit 13 fachübergreifende Forschungsprojekte mit zum Beispiel lebenswissenschaf tlichen, sozialen oder technischen Fragestellungen. Dafür steht den Cifar-Forschungsteams ein jährliches Gesamtbudget von umgerechnet rund 28 Millionen Euro zur Verfügung. In seinem Forschungsprogramm «Der Mensch und

Früher von der Medizin praktisch ignoriert und heute im Fokus des Forschungsinteresses: Die Darmflora. Sie macht einen Grossteil des menschlichen Mikrobioms aus.

das Mikrobiom» bringt das Cifar Expertinnen und Experten aus der Anthropologie, Biologie und anderen Disziplinen zusammen, um die Interaktionen von Wirtsorganismen und der Mikrobiota in ihrer gesamten Bandbreite zu erforschen. Sie stellen neue Fragen zur Rolle individueller und kultureller Aspekte für das Verständnis des Mikrobioms im Zusammenhang mit der menschlichen Gesundheit und Entwicklung.

Kontakt Prof. Thomas Bosch Universität Kiel Christian-Albrechts-Platz 4 D-24118 Kiel +49 431 880 4170 tbosch@zoologie.uni-kiel.de www.uni-kiel.de

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hin zu Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, das menschliche Mi­ krobiom im Vergleich zum gesunden Körper deutliche Veränderungen zeigt.

Zweitens zeigten sie zahlreiche Belege dafür, dass solche veränderten Mikrobiom-Zusammensetzungen zur Ausprägung von Krankheiten führen, wenn man sie im Laborexperiment in einen ursprünglich gesunden Modellorganismus überträgt. Entnimmt man etwa das Darmmi­ krobiom einer fettleibigen Maus und transferiert es in ein gesundes Tier, wird dieses ebenfalls übergewichtig. Schliesslich fanden sie zahlreiche Indizien, die auf eine generelle natürliche Übertragbarkeit des Mikrobioms hinweisen. «Wenn man diese Fakten zusammenfasst, legt das die Vermutung nahe, dass viele traditionell nicht als übertragbar eingestufte Krankheiten vielleicht doch übertragbar sind», betont Finlay.

Insbesondere den dritten Aspekt konnten Forschende aus Boschs Arbeitsgruppe an der Kieler Universität belegen: «Hält man Labortiere wie die Süsswasserpolypen nicht einzeln, sondern über eine gewisse Zeit in einem gemeinsamen Lebensraum, gleicht sich zunächst ihr Mikrobiom und in der Folge auch ihre äussere Erscheinungsform einander an», fasst Mitautor Bosch, Sprecher des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 «Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen» an der Universität Kiel, zusammen. «Wir konnten nachweisen, dass dabei die Mikroben direkt von einem Individuum zum anderen gelangen.

Möglicherweise findet diese Übertragung des Mikrobioms auch beim menschlichen Zusammenleben statt, zum Beispiel durch intensive soziale Kontakte oder in gemeinsamen Wohnungen», vermutet Bosch.

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FOKUS

Multiple Sklerose

Sind Darmbakterien Mitverursacher von MS?

Eine Tryptophan-freie Diät verändert bei Mäusen die Zusammensetzung der Darmbakterien und schützt vor Symptomen einer experimentell erzeugten Multiplen Sklerose.

Tryptophan ist eine essenzielle Aminosäure, also ein Eiweissbaustein, der nicht vom Körper selbst produziert werden kann, sondern über die Nahrung aufgenommen werden muss. Stoffwechselprodukte des Tryptophans sind bei einer Reihe von wichtigen Funktionen im Körper als Botenstoffe beteiligt. Dadurch steuern sie beispielsweise bestimmte Immunzellen oder helfen, die Darmbarriere zu stärken. Eine Ernährung, in der Tryptophan gezielt weggelassen wird, verändert die Zusammensetzung der Darmbakterien bei Mäusen und sorgt überraschenderweise dafür, dass die Tiere keine Symptome einer Multiplen Sklerose (MS) entwickeln. Das haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters «Precision Medicine in Chronic Inflammation» (PMI) am Institut für klinische Molekularbiologie (IKMB) der Universität Kiel in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg gezeigt. Die Arbeit haben die Forschenden in der Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht.

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche neurodegenerative Erkrankung des zentralen Nervensystems.

Das eigene Immunsystem greift dabei die Isolation der Nervenfasern im zentralen Nervensystem an und zerstört sie nach und nach. Dadurch wird die Übertragung von Signalen in den Nerven gestört. Diese Veränderungen können über die Zeit bei Betroffenen zu Störungen der Motorik oder Sinneswahrnehmung führen. Voran6

Bild: Melanie Keil/DKFZ

Spätestens seit dem Bestseller «Darm mit Charme» ist die lange unterschätzte Bedeutung dieses Organs für eine breite Öffentlichkeit bekannt. Doch die Forschung konzentriert sich heute immer stärker auf den Darm – genauer auf dessen Bewohner. Unzählige Bakterien tummeln sich in diesem Organ und beeinflussen unsere Gesundheit im positiven wie auch negativen Sinne. Forscher aus Deutschland vermuten, dass mitunter die Aktivität der Darmbakterien Multiple Sklerose auslösen könnten.

Das Rückenmark ist bei den Mäusen mit MS-Symptomen stark entzündet. Das wird unter dem Mikroskop durch den Nachweis von spezialisierten Entzündungszellen deutlich (linkes Bild, in Dunkelbraun und mit Pfeilen markiert). Tryptophan-freie Diät verhindert diese Infil­ tration der Entzündungszellen in das Rückenmark (Bild rechts).

gegangene Studien deuten darauf hin, dass eine Kombination aus genetischer Veranlagung und Umweltfaktoren die Krankheit verursacht.

Aminosäure Tryptophan ändert Mikrobiom Eine wichtige Rolle könnte dabei auch das Darmmikrobiom spielen, also die Gesamtheit der Bakterien im Darm, das zeigt die Arbeit von Dr. Maren Falk-Paulsen und Professor Philip Rosenstiel vom Institut für klinische Molekularbiologie (IKMB) in Kooperation mit einem Team um Professor Michael Platten vom DKFZ in Heidelberg.

Dazu haben sie mit einem Mausmodell der Multiplen Sklerose gearbeitet, bei dem

sich die körpereigenen Immunzellen gegen ein bestimmtes Hüllprotein der Nervenisolierung im zentralen Nervensystem wenden und dadurch MS-typische Symptome verursachen. Tiere, die ein spezielles Futter bekamen, bei dem die Aminosäure Tryptophan fehlte, entwickelten in diesem Modell jedoch keine MS-Symptome. Bei ihnen waren die aggressiven Immunzellen nicht ins Rückenmark gewandert. Dieser schützende Effekt war abhängig von der Gegenwart von Bakterien im Darm, das heisst, fehlten diese, war auch der Schutz gegen MS verschwunden.

«Durch das Weglassen der Aminosäure Tryptophan verändert sich die Zusammensetzung der Darmbakterien, die ein bisher unbekanntes Signal an die Immunzellen 4/2020

FOKUS

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Maren Falk-Paulsen, Mitglied im Exzellenzcluster «Precision Medicine in Chronic Inflammation» (PMI) und Wissenschaftlerin am Institut für klinische Molekularbiologie der Universität Kiel.

senden. Welche Mechanismen hinter diesem Phänomen stecken, wissen wir bisher nicht. Das wollen wir in Zukunft genauer untersuchen», sagt Dr. Maren Falk-Paulsen, Wissenschaftlerin am IKMB und Mitglied im Exzellenzcluster PMI. Wie Tryptophan das Darmmikrobiom und chronische Entzündungen beeinflusst, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters PMI am IKMB um Professor Philip Rosenstiel schon seit längerem. «In vorangegangen Arbeiten konnten wir zeigen, wie Tryptophan auf Entzündungen im Darm wirkt», erklärt Professor Rosenstiel, Direktor am IKMB und Vorstandsmitglied im Exzellenzcluster PMI. «Nun zeigt sich, dass sich das Weglassen von Tryptophan auch auf Entzündungsreaktionen an anderen Stellen im Körper auswirkt, und zwar über einen Mechanismus, der unabhängig von den bisher bekannten Signalwegen ist. Wir hoffen basierend auf unseren Ergebnissen zukünftig einen neuen Angriffspunkt für eine Behandlung von MS zu finden», so Rosenstiel weiter.

Originalpublikation Jana K. Sonner, Melanie Keil, Maren Falk-Paulsen, Philip Rosenstiel und Michael Platten, «Dietary tryptophan links encephalogenicity of autoreactive T cells with gut microbial ecology», Nature Communication (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-12776-4

Kontakt Dr. Maren Falk-Paulsen Institut für klinische Molekularbiologie Universität Kiel Christian-Albrechts-Platz 4 D-24118 Kiel +49 431 500 15133 m.paulsen@ikmb.uni-kiel.de www.uni-kiel.de

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FOKUS

Nervenzellen arbeiten je nach Mikrobiom anders

Darmbakterien steuern die Darmbewegung Darmbakterien unterstützen eine gesunde Verdauung, indem sie den Nervenzellen im Darm helfen, die Kontraktion und Entspannung der Muskelwand des Dickdarms zu regulieren. Dies haben Forschende des Crick-Instituts in London zusammen mit der Universität Bern und des Inselspitals entdeckt. Sie publizierten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift «Nature». Damit kommt dem Mikrobiom im Darm eine noch höhere Bedeutung zu.

Die Suche nach der Nadel im Heuhaufen Der Darm enthält Billionen von Bakterien, die durch die Produktion von Stoffen wie Vitaminen und Aminosäuren die Funktion vieler Organe in unserem Körper, einschliesslich des Gehirns, beeinflussen.

Zudem weist der Darm mehr Nerven auf als das Rückenmark. Es ist bereits belegt, dass ein Zusammenhang besteht zwischen dem Vorhandensein bestimmter Bakterien im Dickdarm und der Geschwindigkeit, mit der sich die Nahrung durch den Darmtrakt bewegt. Bisher war jedoch unklar, inwiefern Darmbakterien für das Funktionieren der Millionen von Nervenzellen im Verdauungssystem zuständig sind.

Den Forschenden um Prof.

Andrew Macpherson DBMR der Universität Bern 8

Bild: Bahtir Yilmaz, Universität Bern

Damit Nahrung durch den Darm wandern und der Kot ausgestossen werden kann, muss der Darm den Inhalt systematisch vorwärtsbewegen, indem er ihn über seine Länge nach und nach zusammendrückt.

Diese Kontraktion und Entspannung der Muskeln im Dickdarm werden durch Nervenzellen im Darm reguliert. Anomalien der Darmbewegung verursachen häufig Krankheiten wie das Reizdarmsyndrom oder die nach einer Operation auftretenden Störungen der Darmfunktion. Nun haben Forschende des Crick-Instituts in London, des Departments für biomedizinische Forschung der Universität Bern (DBMR) und des Inselspitals entdeckt, wie diese Nervenzellen – und somit die Darmbewegung – durch bestimmte Darmbakterien beeinflusst werden. Dabei handelt es sich um einen erstmals beschriebenen Mechanismus.

Billionen von Darmbakterien (grün) beeinflussen nicht nur das Immunsystem, das Gehirn und andere Organe, sondern steuern auch Nervenzellen, die für die Darmbewegung und somit eine gesunde Verdauung zuständig sind.

und Inselspitals sowie um Dr. Yuuki Obata, Dr. Brigitta Stockinger und Dr. Vassilis Pachnis vom Crick Institute in London ist es nun gelungen, gewisse von Darmbakterien produzierte Stoffe zu identifizieren, die auf Nervenzellen einwirken, die wiederum für die Darmbewegung zuständig sind. Dabei bestand die Schwierigkeit darin, herauszufinden, welche Stoffe für die Signalgebung in den Nervenzellen verantwortlich sind.

«Das Nervensystem im Darm ist ein kompliziertes Netzwerk, das sich nur schwer von den anderen Zellen in der Darmstruktur trennen lässt», erklärt Andrew Macpherson, Ko-Letztautor der Studie. «Zudem werden viele verschiedene Stoffe produ-

ziert, so dass man nach einer Nadel im Heuhaufen sucht.»

Bakterien aktivieren Rezeptor Um die Wirkung von Darmbakterien auf die Darmbewegung zu untersuchen, setzten die Forschenden keimfreie Mäuse ein, deren Darm nicht von Bakterien besiedelt ist, und verglichen diese mit Tieren mit Darmbakterien. Sie entdeckten, dass die keimfreien Tiere tatsächlich eine reduzierte Darmbewegung aufwiesen im Vergleich zu Tieren, die mit gutartigen Bakterien besiedelt waren. «Dabei stellte sich heraus, dass 4/2020

FOKUS

ein spezieller Rezeptor, der Arylkohlenwasserstoffrezeptor AhR, bei den Darmnervenzellen durch die Anwesenheit von Darmbakterien ‹eingeschaltet› wird», sagt Yuuki Obata vom Crick Institute, Hauptautorin der Studie. Dass AhR für die Funktion von Immun- und anderen Zellen im Darm sehr wichtig ist, war bereits bekannt. «Unsere Arbeit zeigt, dass dieser Rezeptor auch von Darmnervenzellen verwendet wird, um die Anwesenheit von Bakterien zu erkennen und die Darmbeweglichkeit zu regulieren – und so eine gesunde Verdauung zu fördern», erklärt Vassilis Pachnis, Ko-Letztautor am Crick Institute.

Möglicher Therapieansatz «Störungen der Darmbewegung sind sehr häufig und verursachen viel Leid bei Pa­

tientinnen und Patienten nach chirurgischen Eingriffen oder bei Personen, die am Reizdarmsyndrom erkrankt sind», sagt Macpherson. «Unsere Ergebnisse liefern eine Erklärung, warum bestimmte Patientinnen und Patienten, deren Darm mit anderen Bakterienstämmen besiedelt ist, für diese Darmprobleme anfälliger sind», so Macpherson weiter. Brigitta Stockinger vom Crick Institute, Ko-Letztautorin, ergänzt: «Wir hoffen, dass in Zukunft die Aktivität von AhR in den Nervenzellen gezielt verändert werden könnte, um die Folgen einer abnormen Darmbeweglichkeit zu lindern, die häufig mit Magen-Darm-Erkrankungen einhergeht.»

Originalpublikation Yuuki Obata, Álvaro Castaño, Stefan Boeing, Ana Carina Bon-Frauches, Candice Fung,

Todd Fallesen, Mercedes Gomez de Agüero, Bahtiyar Yilmaz, Rita Lopes, Almaz Huseynova, Stuart Horswell, Muralidhara Rao Maradana, Werend Boesmans, Pieter Vanden Berghe, Andrew J. Murray, Brigitta Stockinger, Andrew J. Macpherson and Vassilis Pachnis, «Neuronal programming by microbiota regulates intestinal physiology», Nature (2020)

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FOKUS

Den Bakterien im Darm kommt eine Schlüsselrolle in der epigenetischen Regulation zu.

Epigenetische Vorgänge

Mikroben im Darm verändern Genaktivität Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum und von der Hebrew University in Jerusalem zeigten bei Mäusen: Darmbakterien programmieren in Zellen der Darmschleimhaut die Aktivität des Erbguts um und nehmen damit erheblichen Einfluss auf die Entwicklung des gesunden Darms. Eine experimentell hervorgerufene akute Darmentzündung führte in den Schleimhautzellen der keimbesiedelten Tiere zu einer massiven Steigerung der Aktivität entzündungs- und auch krebsfördernder Gene.

Eine Vielzahl an Forschungsarbeiten weist darauf hin, dass das Darm-Mikrobiom – also die Gesamtheit der Mikroorganismen, die den menschlichen Darm besiedeln – und seine Zusammensetzung mit einer

Ein Guter Tipp

ganzen Reihe an Krankheiten im Zusammenhang stehen. Das Spektrum der Leiden reicht von entzündlichen Darmerkrankungen über Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit oder Diabetes bis hin zu Krebs, Autismus und Depressionen. Diese Studien zeigen zumeist nur Assoziationen und klären nicht, auf welche Weise es die Darmmikroben schaffen, auf den menschlichen Körper einzuwirken.

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Diese Frage wollten Frank Lyko im Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und Yehudit Bergman von der Hebrew University in Jerusalem mit ihrem Kooperationsprojekt klären. Die Forscher verglichen dazu das Erbgut der Darmschleimhautzellen von Mäusen mit normalem Mikrobiom mit dem von Artgenossen, die unter sterilen Bedingungen aufgewachsen waren.

Dabei analysierten sie insbesondere die Markierung der DNA mit Methylgruppen.

Wo diese genannten epigenetischen Markierungen an das Erbgut angeheftet sind,

Epigenetik Mehr zum Thema Epigenetik finden Sie im Artikel «Der lange Schatten der Epigenetik» in dieser Ausgabe auf Seite 16.

machen sie es für DNA-bindende Proteine unzugänglich und drosseln dadurch die Aktivität dort liegender Gene. Den Forschern fielen zwischen sterilen und keimbesiedelten Tieren erhebliche Unterschiede in den Methylierungsmustern auf. Bei den keimbesiedelten Tieren fanden sie insbesondere eine Gruppe von so genannten «Wächtergenen», die durch Demethylierung aktiviert sind und die im gesunden Darm für die normale Erneuerung der Darmschleimhaut zuständig sind.

Die Bakterien aktivieren Gene Sowohl die keimbesiedelten als auch die sterilen Mäuse wurden mit einer Chemikalie behandelt, die die Darmschleimhaut 4/2020

FOKUS

angreift und dadurch eine akute Entzündung auslöst. Bei den keimbesiedelten Tieren bewirkte diese Behandlung eine Reduktion der Erbgut-Methylierung in den Darmschleimhautzellen. Davon betroffen waren insbesondere zahlreiche regulatorische Elemente. In der Konsequenz wurden viele Gene aktiviert, die bei Entzündung und auch bei Krebs eine Rolle spielen. Bei den keimfreien Mäusen dagegen löste die Behandlung mit der Chemikalie kaum Änderungen der Gen­ aktivität aus. «Das zeigt uns, dass die abweichende Methylierung auf die Bakterien und nicht auf die Chemikalie zurückzuführen ist», erklärt Lyko. Wurde den keimfreien Mäusen jedoch das Mikrobiom der keimbesiedelten Artgenossen übertragen, so verringerte sich auch bei diesen Tieren die Methylierung der Darmschleimhautzellen.

Dieser Effekt, so erkannte das deutsch-israelische Forscherteam, ist offenbar abhän-

gig von den demethylierenden Enzymen TET2 und TET3: Wurden sie genetisch ausgeschaltet, so resultierte die Behandlung mit der Chemikalie kaum in Änderungen der Genom-Methylierung.

Erneuerung der Darmschleimhaut «Das Mikrobiom hat offenbar erheblichen Einfluss auf die Gesundheit der Tiere: Es sorgt für eine normale Darmentwicklung, indem es durch die epigenetische Programmierung Gene aktiviert, die die Erneuerung der Darmschleimhaut steuern.

Bei den keimfreien Mäusen dagegen kommt es nicht zu dieser Aktivierung», erklärt Frank Lyko. «Bei einer akuten Entzündung bewirken die Darmmikroben ebenfalls eine Änderung der Genaktivität, und es werden Gene fehlreguliert, die auch in Patienten mit Darmentzündungen und Darmkrebs fehlreguliert sind. Dies

unterstreicht erneut die Schlüsselrolle der Mi­k roben in der epigenetischen Regulation.»

Die Arbeit wurde durch die Helmholtz-Israel Cooperation in Personalized Medicine gefördert.

Medienmitteilung Deutsches Krebsforschungszentrum www.dkfz.de Originalpublikation Ihab Ansari, Günter Raddatz, Julian Gutekunst, Meshi Ridnik, Daphne Cohen, Monther Abu-Remaileh, Timur Tuganbaev, Hagit Shapiro, Eli Pikarsky, Eran Elinav, Frank Lyko and Yehudit Bergman, «The microbiota programs DNA methylation to control intestinal homeostasis and inflammation», Nature Microbiology (2020); DOI: h t t p s : // d o i . o r g /10 .10 3 8 / s 415 6 4 019-­­0659-3

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FOKUS

Unbemerkt über Jahre im Darm

Erreger ist hartnäckiger als gedacht

Das Bakterium Clostridium difficile kann Giftstoffe ausscheiden, die unter Umstän­ den eine Darmentzündung mit schweren, oft unheilbaren Durchfällen verursachen.

Um den hoch ansteckenden Keimen bei­ zukommen, setzen Spitäler bislang auf in­ tensive Hygieneprogramme sowie die Va­ riation bei der Gabe von Antibiotika – dennoch konnten die Fälle nicht nen­ nenswert gesenkt werden. Es scheint sehr wahrscheinlich, dass das krankheitserre­ gende Stäbchenbakterium vor allem aus­ serhalb der Spitäler übertragen wird. Da Clostridium difficile auch den Darm nach einer Infektion mit anderen Durchfallerre­ gern besiedeln, kann es auch sein, dass derlei Infektionen oft fehldiagnostiziert werden.

Immer wieder unterhalb der Nachweisgrenze Das internationale Forschungsteam um Martin Polz vom Massachusetts Institute of Technology und der Universität Wien nutzte in der aktuellen Studie zunächst öffentlich verfügbare Sequenzierungsda­ ten und analysierte das bisherige Vorkom­ men. Obwohl alle Daten unterschiedliche Aspekte der Kolonisierung und Ausbrei­

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Bild: CDC/James Archer [CC BY-SA]

Das Bakterium Clostridium difficile kann lebensgefährlichen Durchfall erzeugen und wird für die Mehrzahl von Darminfektionen in Spitälern verantwortlich gemacht. Bislang wurde oft ein Zusammenhang mit der Gabe von bestimmten Antibiotika vermutet. Eine Studie zeigt jedoch, dass dies nur eine lückenhafte Erklärung ist. Ein Forschungsteam fand heraus, dass Clostridium-Infektionen jeglichem Durchfall – egal ob behandelt oder unbehandelt – folgen können.

Laut der Studie kann das Bakterium über Jahre hinweg im menschlichen Darm verbleiben und sein Vorkommen kann von Tag zu Tag erheblich schwanken.

tung aufzeigen, entdeckten die Wissen­ schaftlerinnen und Wissenschaftler eine Person, deren Werte die wichtigsten Beob­ achtungen aus der Studie besonders ver­ anschaulichten. Im Rahmen einer Lang­ zeitbeobachtung, konnte Clostridium difficile auch unmittelbar nach der Gene­ sung von einer Lebensmittelvergiftung nachgewiesen werden. «Während dieser Zeit schwankte das Vorkommen von ei­ nem Tag zum nächsten um mehrere Grös­ senordnungen – oft tagelang unter die Nachweisgrenze, bevor es dann zu einem Wiederaufleben kam», erklärt Polz.

Keim tritt häufiger auf als angenommen Dieses Muster der Besiedlung nach mehr oder weniger starken Darmerkrankungen

konnte in weiterer Folge an mehreren Personen beobachtet werden, was letzt­ lich nahelegt, dass Clostridium difficile Menschen erst in den Tagen unmittelbar nach der Erkrankung besiedelt. Das Bak­ terium kann über Jahre hinweg im menschlichen Darm verbleiben und sein Vorkommen kann von Tag zu Tag erheb­ lich schwanken. «Bisher hat man ge­ glaubt, dass Clostridium difficile vor allem in Krankenhäusern übertragen wird und sich dort in Menschen, deren Darmflora durch Gabe von Antibiotikagabe ge­ schwächt ist, ansiedeln kann. Die aktuel­ len Ergebnisse deuten allerdings darauf hin, dass der Keim wesentlich häufiger auftritt und jeglicher Darmstörung – egal ob durch Antibiotika, anderen Infektions­ krankheiten oder einfachen Reisedurchfall verursacht – folgen kann», so der Mikro­ biologe abschliessend.

Originalpublikation D. VanInsberghe, J. Elsherbini et al., «Diarr­ heal events can trigger long-term Clostridi­ um difficile colonization with recurrent blooms», Nature Microbiology (2020); DOI: 10.1038/s41564-020-0668-2

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Martin F. Polz Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung Universität Wien Althanstrasse 14 A-1090 Wien +43 1 4277 912 07 martin.f.polz@univie.ac.at www.univie.ac.at

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CHEMIE

Erweiterte Synthesemöglichkeiten

Kettenverlängerung mit Borsäureester Organische Moleküle mit Atomen des Halbmetalls Bor zählen zu den bedeutendsten Bausteinen für Syntheseprodukte, die nötig sind, um Arzneistoffe und landwirtschaftliche Chemikalien herzustellen. Bei den üblicherweise in der Industrie eingesetzten Stoffumwandlungen geht allerdings häufig die wertvolle Bor-Einheit verloren, die in einem Molekül ein anderes Atom ersetzen kann. Forschenden ist es gelungen, die Anwendungsmöglichkeiten von Bor-Verbindungen zu erweitern.

Da Borsäurederivate in ihren Varianten sehr vielfältig und verlässlich anwendbar sind, setzen sie Chemiker häufig ein, um wichtige Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kupplungen (C-C-Kupplungen) aufzubauen. Das bedeutendste Verfahren, bei dem Borsäurederivate verwendet werden, ist die mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Suzuki-Miyaura-Kupplung (oder auch einfach Suzuki-Kupplung genannt). Ebenfalls breite Anwendung in der Synthese finden Allylborsäureester, die auch zu dieser Klasse der Bor-Verbindungen gehören.

H3 C

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EtOAC, 85 °C, 24 h

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Bild 1: Reaktionsgleichung der Gesamtreaktion: Ein Borsäureester mit Allylgruppe reagiert zu einem Borsäureester mit verlängerter Kohlenwasserstoffkette. Es entsteht aus der AllylgrupX pe ein Alkan mit drei neuen Substituenten an der ersten (–CF 3 ), zweiten (Borsäureester) und O 1,2-Bor-Umlagerung AIBN (30 mol% ) dritten Position (X).

S H3 C

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CH 3

CH 3

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CH 3

CH 3

CH 3

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Radikalchemie

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F

O

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AIBN (30 mol% )

S

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CH 3

F

Nobelpreise für Kettenverlängerung 2010 teilten sich die Chemiker Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi und Akira Suzuki den Nobelpreis für Chemie. Alle drei Wissenschaftler entwickelten (Palladium-katalysierte) Reaktionen, die neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbindungen ermöglichen. Vor ihnen erhielten in diesem Bereich der organischen Synthese bereits nahmhafte Chemiker den Nobelpreis: Victor Grignard (1912), Otto Diels und Kurt Alder (1950), Georg Wittig (1979), Yves Chauvin, Robert H. Grubbs und Richard R. Schrock (2005).

CH 3

CH 3

X

R

In ihrer aktuellen Studie stellen die Chemiker um Prof. Dr. Armido Studer vom Organisch-Chemischen Institut der Universität Münster nun C-C-Kupplungen vor, bei denen die Bor-Einheit aus dem Ausgangsstoff im Produkt erhalten bleibt (Reaktionsgleichung auf Bild 1). Die Wissenschaftler verwenden dazu Methoden der Radikalche-

H3 C CH 3

B

R F

3

C F R

1

R

2

Bild 2: Die allylische Doppelbindung geht durch die radikalische Addition der Trifluormethylgruppe (–CF3) verloren. Die Bor-Einheit verschiebt sich zum Kohlenstoffradikal (1,2-Bor-Umlagerung).

mie. Das Prinzip funktioniert so: Die Bor-Einheit «wandert» von einem Kohlenstoffatom zum Nachbaratom und ermöglicht dadurch eine zweite C-C-Kupplung (siehe Bild 2).

Durch diese Methode können die Chemiker schrittweise einzelne Bausteine von Molekülen an unterschiedlichen Stellen des Grundgerüsts einbauen. «Da die Bor-Einheit nach wie vor im Produktmolekül verbleibt, sozusagen ‹konserviert› wird, kann sie zusätzlich durch eine weitere Moleküleinheit ersetzt werden, wofür sich das gesamte Spektrum der industriellen Methoden eignet. Die handelsüblichen Allylborsäureester erscheinen somit in einem neuen Gewand», betont Studienleiter Armido Studer.

Die neue Methode kann zukünftig unter

anderem für die Herstellung von Arzneimitteln relevant sein.

Originalpublikation K. Jana et al., «Radical 1,3-Difunctionalization of Allylboronic Esters with Concomi­ tant 1,2-Boron Shift», Chem (2020); DOI: 10.1016/j.chempr.2019.12.022 Kontakt Prof. Dr. Armido Studer Universität Münster Schlossplatz 2 D-48149 Münster +49 251 83 33291 studer@uni-muenster.de www.uni-muenster.de

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CHEMIE

La découverte des chercheurs, qui indique que l'adhésivité des solutions de polymères chargés provient en partie des effets quantiques nucléaires dans l'eau, a des implications fondamentales.

Un éclairage nouveau sur la viscosité

Un effet quantique dans l’eau Des chercheurs ont découvert que la viscosité de solutions contenant des polymères chargés électriquement et dissous dans l’eau était influencée par un effet quantique. Cet effet quantique influence la façon dont les molécules d’eau interagissent les unes avec les autres. Cet effet pourrait changer la façon dont les scientifiques comprennent les propriétés et le comportement des solutions de biomolécules dans l’eau.

L’eau est la base de toute vie sur terre. Sa structure est simple – deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène – mais son comportement est unique parmi les liquides, et les scientifiques ne comprennent pas encore parfaitement l’origine de ses propriétés particulières.

Ainsi, lorsque des polymères chargés sont dissous dans l’eau, la solution aqueuse devient plus visqueuse que prévu. Cette viscosité élevée est utilisée par la nature dans le corps humain. Les propriétés lubrifiantes et amortissantes du liquide synovial – une solution d’eau et de biopolymères chargés – nous permettent de plier, d’étirer et de comprimer nos articulations tout au long de notre vie sans dommages.

Dans une étude publiée dans « Science Advances », des chercheurs du Laboratoire 14

de Biophotonique fondamentale (LBP) de la Faculté des sciences et techniques de l’Ingénieur de l’EPFL, ont apporté un éclairage nouveau sur la viscosité des solutions aqueuses. Ils ont montré que, contrairement à l’idée traditionnelle selon laquelle les interactions répulsives entre polymères sont seules responsables de l’augmentation de la viscosité, un effet quantique nucléaire entre molécules d’eau a également un rôle à jouer. « Jusqu’à présent, notre compréhension des solutions polymère chargé-eau était basée sur des théories qui considéraient l’eau elle-même comme un arrière-plan », explique Sylvie Roke, responsable du LBP. « Notre étude montre que les interactions eau-eau jouent un rôle important. Il pourrait en être de même pour d’autres pro-

cessus physiques et chimiques qui influencent la biologie. »

Pourquoi l’eau est unique L’eau tire ses propriétés uniques des liaisons hydrogène – liaisons de courte durée entre l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau et l’un des atomes d’hydrogène d’une autre – qui se brisent et se reforment des centaines à des milliers de milliards de fois par seconde. Ces liaisons donnent à l’eau liquide une structure tridimensionnelle de courte durée.

On sait depuis longtemps que l’eau de­ vient plus visqueuse lorsque des polymères chargés y sont dissous. La viscosité est influencée par la taille du polymère et par sa charge. La raison pour laquelle les po4/2020

CHEMIE

Figure : Shutterstock

environ 60 % du corps humain. Ces connaissances sur les propriétés de l’eau et son interaction avec d’autres molécules, y compris les biomolécules, s’avéreront utiles pour le développement de nouvelles technologies – non seulement dans le domaine de la santé et en biosciences, mais aussi pour les sciences des matériaux et de l’environnement ».

La viscosité est influencée par la taille du polymère et par sa charge.

lymères chargés augmentent la viscosité plus que les polymères neutres a été attribuée au fait que les charges similaires sur les polymères se repoussaient mutuellement. Dans cette étude, les chercheurs ont toutefois constaté que les charges électriques interagissent également avec les molécules d’eau et modifient les interactions eau-eau, ce qui entrave encore davantage l’écoulement de la solution.

Les chercheurs ont mesuré la viscosité en enregistrant le temps qu’il a fallu à différentes solutions pour s’écouler dans un tube étroit. Ils ont également utilisé une technologie laser spéciale, développée au laboratoire, pour sonder les interactions eau-eau dans les mêmes solutions au niveau moléculaire.

Ils ont découvert que les polymères rendaient le réseau de liaisons hydrogène plus ordonné, ce qui, à son tour, était corrélé à une augmentation de la viscosité.

Les chercheurs ont ensuite répété les expériences avec de l’eau lourde (D 2O), dont les molécules sont presque identiques à celles de l’eau légère (H2O), mais dont le réseau de liaison hydrogène est légèrement différent. Ils ont constaté des différences étonnamment importantes dans les interactions eau-eau et dans la viscosité. Comme les polymères se repoussent de la même manière dans l’eau légère et dans l’eau lourde, ils ont conclu que ces différences devaient provenir de petites différences dans la façon dont les deux molécules interagissent, ce qui signifie qu’un effet quantique nucléaire est en jeu.

La découverte des chercheurs, qui indique que l’adhésivité des solutions de polymères chargés provient en partie des effets quantiques nucléaires dans l’eau, a des implications fondamentales. « L’eau est partout », explique Roke. « Elle représente 4/2020

Publication J. Dedic, H.I. Okur; S. Roke, « Polyelectrolytes induce water-water correlations that

result in dramatic viscosity changes and nuclear quantum effects », Science Advances (2019) Contact Prof. Sylvie Roke EPFL Lausanne Route Cantonale CH-1015 Lausanne +41 21 693 11 91 sylvie.roke@epfl.ch www.epfl.ch

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BIOWISSENSCHAFTEN

Pflanzen geben epigenetische Informationen an die nächsten Generationen weiter.

Die andere Genetik (Teil 2)

Der lange Schatten der Epigenetik Im Jahr 2003 veröffentlichten Forscher eine für die Epigenetik wegweisende Studie: Sie konnten nachweisen, dass unter anderem Folsäure bei Mäusen während der Schwangerschaft die Genexpression des noch Ungeborenen massgeblich beeinflusst. Heute bringen Epigenetiker sogar Alzheimer und gewisse Krebsarten mit epigenetischen Mechanismen in Verbindung. Auch die Vererbbarkeit von epigenetischen Mustern beim Menschen ist seit Jahren ein heiss diskutiertes Thema. Lesen Sie nun mehr hierzu im zweiten Teil der «anderen Genetik».¹

Roger Bieri Forschende auf der ganzen Welt entde­ cken stets neue epigenetische Faktoren, die auf ihre ganz eigene Art die Genex­ pression unterdrücken oder fördern, ohne dabei das Erbgut zu verändern. Wie stark diese Disziplin in unseren Alltag greift, zei­ gen die aktuellen Beispiele aus unter­ schiedlichen Bereichen.

Definition Epigenetik Es gibt mehrere Definitionen für «epige­ netics». Im Allgemeinen lässt sich sa­ gen, dass die Epigenetik Mechanismen in bestimmten chromosomalen Regio­ nen beschreibt, die nicht zu einer Ver­ änderung der DNA-Sequenz führen.

Diese Mechanismen registrieren, signa­ lisieren oder legen nachhaltig bestimm­ te Aktivitäten der Gene fest [1]. In einer solchen allgemeinen Definition müssen also epigenetische Muster nicht vererb­ bar sein. Als bekanntester Mechanis­ mus gilt die DNA-Methylierung.

¹ Erster Teil: «Von der DNA zur Epigenetik» in der Ausgabe 3/2020.

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Bild 1: Decitabin (links) und Tretinoin steuern die Genexpression.

So ist Folsäure (Vitamin B 9) bekannter­ weise nicht nur bei Mäusen, sondern auch beim Menschen während der Schwangerschaft essenziell. Eine ausrei­ chende Zufuhr dieses Vitamins vermin­ dert vor allem das Risiko eines «offenen Rückens» bei Säuglingen. «Spina bifida», so lautet der Fachausdruck für diese Er­ krankung, führt je nach Schweregrad zu unterschiedlich schweren Beeinträchti­ gungen für das Neugeborene. Auch das Blutkrebsrisiko bei Kindern könnte auf­ grund eines Mangels an Vitamin B 9 wäh­ rend der Schwangerschaft steigen. «Mög­ licherweise schützt die Folsäure das sich entwickelnde Kind vor ungünstigen epige­ netischen Veränderungen, die auch Krebs auslösen können», fasst Dr. med. Semira Gonseth Nusslé in einer Mitteilung zu­ sammen. Die von der Krebsliga Schweiz

unterstützte Wissenschaftlerin hat in ei­ ner Untersuchung [2], die in der Fachzeit­ schrift «Epigenetics» veröffentlicht worden ist, einen möglichen epigenetischen Zu­ sammenhang zwischen «Spina bifida» und der Kinderleukämie aufgezeigt. Die Folsäure reguliert hierbei die Methylie­ rung an bestimmen Stellen der DNA, die sowohl für die Entstehung der «Spina bi­ fida» als auch bei Krebs möglicherweise entscheidend sind.

Medikamente und ihre Nebenwirkungen Wenn Vitamine wie die Folsäure die Gen­ expression steuern, können dies auch Wirkstoffe von Medikamenten tun. Vor ei­ nigen Monaten zeigten Mediziner des Uni­ versitätsklinikums Freiburg, dass die Wirk­ 4/2020

BIOWISSENSCHAFTEN

stoffe Decitabin und das Vitamin-A-Präparat Tretinoin (siehe Bild 1) die Überlebensdau­ er von älteren Patienten mit einer akuten myeloi­schen Leukämie (AML) um einige Monate verlängern [3]. Wie die epigeneti­ sche Regulation dieser Wirkstoffe genau zu diesem Ergebnis führt, ist jedoch noch nicht ausreichend erforscht.

Medikamente können aber auch negative Folgen haben. Ärzte verschreiben zur Sen­ kung des Cholesterinspiegels Präparate wie Simvastatin oder Rosuvastatin (Bild 2).

Diese Wirkstoffe gehören der Familie der Statine an und haben neben ihrer wichti­ gen Funktion, den Cholesterinspiegel im Blut zu senken, auch unerwünschte Fol­ gen. Eine besonders häufig auftretende Nebenwirkung sind Muskelschmerzen.

Wie es auf molekularer Ebene zu diesem Muskelschmerz kommt, ist heute immer noch nicht abschliessend geklärt. Aktuelle Studien [4, 5] legen aber die Vermutung nahe, dass diese Wirkstoffe die Expression von bestimmten Genen negativ beein­ flussen.

Darmbakterien verändern die Genaktivität Die Epigenetik hat aber einen noch weit­ aus längeren Arm. Nicht nur einzelne che­ mische Verbindungen wie Wirkstoffe oder Vitamine, sondern auch Mikroorganismen scheinen die Genaktivität eines komple­ xeren Individuums beeinflussen zu kön­ nen.

Dies demonstrierten zumindest Wissen­ schaftler aus Deutschland und Israel [6].

Sie haben einen verblüffenden Zusam­ menhang gefunden: Bei Mäusen verän­ dert sich die DNA-Methylierung nach einer akuten Entzündung der Darmschleimhaut – ausgelöst von einer Chemikalie. Dies ge­ schieht jedoch nur bei Tieren mit norma­ lem Mikrobiom. Mäuse, die unter sterilen 4/2020

Bedingungen gehalten worden waren, wie­ sen keine wesentlichen Veränderungen auf. «Das zeigt uns, dass die abweichende Methylierung auf die Bakterien und nicht auf die Chemikalie zurückzuführen ist», folgert Frank Lyko vom Deutschen Krebs­ forschungszentrum (DKFZ).

Epigenetik und die Psyche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Psychiatrie inte­ ressierten sich ebenfalls für epigenetische Muster. Sie gingen davon aus, dass der Transkriptionsfaktor Glukokortikoid-indu­ zierter Leucin-Zipper (Gilz) eng mit der psychischen Erkrankung der Posttraumati­ schen Belastungsstörung (PTBS) verknüpft ist. Gilz wird vom Gen Tsc22 d3 kodiert.

Dieses befindet sich auf dem X-Chromo­ som.

Die Forschenden untersuchten die Blut­ proben von Personen, die an einer PTBS litten. Sie detektierten die entsprechende Boten-RNA (Gilz-mRNA) und ermittelten die Methylierungen auf dem Gen. Trau­ matische Ereignisse führten bei Männern zu niedrigeren Gilz-mRNA-Werten und gleichzeitig zu höheren Methylierungen am Gen. «Deshalb nehmen wir an, dass Gilz die Reaktion auf Stress beeinflusst», berichtet die Direktorin des MPI für Psy­ chiatrie Elisabeth Binder in einer Mittei­ lung. Anhand eines Mausmodells zeigten sich schliesslich molekulare Ähnlichkeiten bei erkrankten Männern und männlichen Mäusen, die an vergleichbaren Sympto­ men litten [7].

Wenn das Gedächtnis verrückt spielt An der ETH Lausanne beschäftigt sich derzeit das Labor von Johannes Gräff mit den zellulären und molekularen Grundla­

Bild: gemeinfrei

Bild 2: Simvastatin (links) und Rosuvastatin sind Wirkstoffe zur Senkung des Cholesterinspiegels im Blut.

gen des Gedächtnisses. Sie gehen hierbei davon aus, dass epigenetische Modifikatio­nen das Gedächtnis beeinflussen und dabei über Speicherung und Verlust von Erinnerungen mitentscheiden. Ihre For­ schung beinhaltet vor allem Phänomene der Extreme: gravierende Erinnerungen, die sich stark ins Gedächtnis eingebrannt haben und vorschreitender Gedächtnis­ verlust wie bei der Alzheimererkrankung.

Das Team um Gräff fand beispielsweise vor zwei Jahren einen bestimmten DNA-Abschnitt, der bei einer Alzheimer­ erkrankung methyliert vorliegt («methyla­ tion quantitative trait locus», mQTL) [8].

Dabei identifizierten sie das Gen PM20D1.

Dieses kodiert ein Enzym, welches mit der Erkrankung in Verbindung steht.

Auch die Kollegen in der Deutschschweiz an der ETH Zürich beschäftigen sich mit der Neuroepigenetik: namentlich Isabelle Mansuy, Professorin am Institut für Neuro­ wissenschaften der ETH und an der Medi­ zinischen Fakultät der Universität Zürich.

Sie und ihr Team schlossen aus den Resul­ taten ihrer Studie [9], dass die Symptome, die von frühen traumatischen Erlebnissen ausgelöst worden sind, bei Mäusen über Generationen hinweg weitervererbt wer­ den. Auf der molekularen Ebene sind das bestimmte DNA-Methylierungen und nicht­ kodierende RNAs, die den Nachkommen weitergegeben werden, wobei sowohl die

Bild 3: «Kriegszitterer» nannte man die unter einer posttraumatischen Störung leidenden Soldaten des Ersten Weltkriegs. Hier: Britische Soldaten in einem Schützengraben Anfang Mai 1917.

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BIOWISSENSCHAFTEN

männlichen als auch die weiblichen Vor­ fahren die auffälligen Verhaltensmuster vererben.

Schnell ergibt sich folgende brisante Frage: Gilt dasselbe, was bei Mäusen beobachtet worden ist auch für den Menschen, tragen Kinder und Kindeskinder epigenetische Merkmale der Traumata ihrer Eltern, Grosseltern und gar Urgrosseltern in ihren Zellen?

Wir wissen es schlichtweg nicht. Beim Menschen konnte auf molekularer Ebene bis jetzt noch keine Studie eine Vererbung epigenetischer Muster über mehrere Ge­ nerationen hinweg eindeutig nachweisen [10]. Die Datenlage ist zurzeit noch zu ma­ ger, da beim Menschen im Gegensatz zu anderen Lebewesen das Sammeln von genügend Daten naturgemäss schwieriger ist (unter anderem aufgrund der langen Generationszeit) [11]. Bei Pflanzen hinge­ gen sind epigenetische Vererbungsmuster klar bestätigt worden und in einigen Studi­ en auch bei Mäusen. Für den Menschen gibt es lediglich Hinweise, die auf eine mögliche Vererbung solcher Muster schlies­ sen lassen [10, 11].

Einige allerdings sehen eine Vererbbarkeit von epigenetischen Mustern als äusserst unwahrscheinlich an [11, 12]. So werden die allermeisten Methylierungen bei Säu­ getieren – aber dennoch nicht alle – auf der DNA kurz nach der Befruchtung ge­ löscht. Erst später wird das Erbgut auf­ grund der äusseren Umstände wie bei­ spielsweise der Ernährung der Mutter mit neuen epigenetischen Markern versehen.

Andere, wie beispielsweise Mansuy, gehen hingegen stark davon aus, dass auch bei Menschen epigenetische Strukturen über mehrere Generationen hinweg vererbt werden. Schliesslich zeigten ihre Studien – aber eben nur bei Mäusen – ein solches Prinzip auf.

Von Zelle zu Zelle Wie komplex die Erhaltung der epigeneti­ schen Muster allein schon während der Zellteilung ist, zeigt eine Studie aus Mün­ chen. [13] In dieser Arbeit wird ein Vor­ gang beschreiben, der dazu führt, dass 18

Bild: Shutterstock

Vererbung epigenetischer Modifikationen

Bild 4: Die DNA (hier grau) wickelt sich um die Histone. In Rot ist das Histon H3 dargestellt.

methylierte Histone während der Zellver­ mehrung erhalten bleiben. Die Münchner Forschenden hatten dabei zwei verschie­ dene Methylierungen am Histon H3 (siehe Bild 4) im Visier: K27 me und K36 me.

Während der Zellteilung verdoppelt die Zelle ihre DNA. Damit kein genetisches Material verloren geht, wird die DNA be­ sonders gut verpackt. Hierfür verwendet die Zelle neue Histone, die noch nicht methyliert sind. Auf unbekannte Weise müssen also diese Histone das alte Modi­ fikationsmuster wieder übernehmen.

Die Wissenschaftler gingen folgender­ massen vor: Sie markierten die neuen Histone mit bestimmten chemischen Ver­ bindungen. Dadurch konnten die neuen von den alten Histonen mithilfe der Massenspek­t roskopie unterschieden wer­ den. Die Forscher beobachteten komple­ xe Modifikationsmuster, welche sie nur dank zwei Modellen und computerge­ stützten Modellierungen erklären konn­ ten. Da Mehrfachmethylierungen (Mono-, Di- und Trimethylierungen) je an den Po­ sitionen K27 und K36 möglich sind, erge­ ben sich für das Histon H3 insgesamt 16 verschiedene Methylierungsformen. «Die tatsächlich beobachteten spezifischen Muster scheinen sich dadurch zu erge­ ben, dass es im Genom unterschiedliche

Bereiche mit definierten Methylierungszu­ ständen gibt, sogenannte Domänen», fasst Prof. Dr. Alex Imhof, der die Gruppe in München leitet, in einer Mitteilung zu­ sammen.

Evolutionstheorie neu denken?

Im Gegensatz zu Charles Robert Darwin zog damals im 19. Jahrhundert Jean-Bap­ tiste de Lamarck den Schluss, dass sich die Artenvielfalt durch gezielte Adaption an die Umwelt und die Vererbung einer solchen Anpassung erklären lässt. Darwin hingegen ging von einer natürlichen Selektion der Arten aus, die zufällig und ohne gerichtete Anpassung geschieht.

Allein schon die Tatsache, dass sicherlich bei Pflanzen die epigenetischen Muster vererbt werden, lässt die gängige Evolu­ tionstheorie für diese Lebewesen bereits heute nicht mehr ohne Erweiterung oder Bearbeitung zu. Diese ist nämlich eine Verschmelzung (Synthese) der Lehren Darwins mit der Molekularbiologie ein­ schliesslich der molekularen Genetik. Die Epigenetik widerspricht zumindest teilwei­ se der darwinistischen Aussage, dass die Evolutionstheorie auf zufälligen Mutatio­ nen beruhe und die Umwelt keinen Ein­ 4/2020

fluss habe [10]. Sie verleiht somit dem Neola­marckismus sicherlich in der wissen­ schaftlichen und der populärwissenschaft­ lichen Debatte neuen Aufwind. Die Grund­ züge der synthetischen Evolution würden aber vermutlich nicht attackiert, sondern eher erweitert [10].

Naturwissenschaft trifft Kulturwissenschaft Gerade mit den Überlegungen hinsichtlich der Evolutionstheorie greift die Epigenetik bereits in die Naturphilosophie und ver­ lässt somit allmählich die Naturwissen­ schaften, sie überquert eine Grenze und landet in der Welt der Geisteswissen­ schaften. Plötzlich tauchen kulturelle und soziale Fragen auf. Sind es unsere kultu­ rellen Gepflogenheiten, also unsere Sit­ ten, die unsere Gene formen? Für den Menschen konnte zwar noch keine Verer­ bung über mehrere Generationen hinweg molekularbiologisch nachgewiesen wer­ den, aber auch ohne die Möglichkeit einer Vererbung bleibt die Epigenetik in sozio­ kultureller Hinsicht interessant. Schon nur der Gedanke, dass die Umwelt sich auf unsere Gene niederschlagen kann, eröff­ net ein breites Diskussionsfeld, das wir unter anderem auch in populärwissen­ schaftlichen Büchern wiederfinden oder in Form eines zweiteiligen Artikels wie in diesem Fall.

Die Epigenetik ist und bleibt ein delikates Thema, sobald es den Menschen betrifft.

Literatur [1] Adrian Bird, «Perceptions of epige­ netics», Nature (2007); https://doi. org/10.1038/nature05913 [2] Semira Gonseth, Ritu Roy, E. Andres Houseman, Adam J. de Smith, Mi Zhou, Seung-Tae Lee, Sébastien Nusslé, Amanda W. Singer, Margaret R. Wrensch, Catherine Metayer, Joseph L. Wiemels, «Pericon­ ceptional folate consumption is associated with neonatal DNA methylation modifica­ tions in neural crest regulatory and cancer development genes», Epigenetics (2015); http://doi.org/10.1080/15592294.2015.1 117889 [3] Michael Lübbert et al., «Valproate and Retinoic Acid in Combination with Decita­ bine in Elderly Non-fit Acute Myeloid Leu­ kemia Patients: Results of a Multicenter, 4/2020

Randomized 2x2 Phase II Trial», Journal of Clinical Oncology (2019); https://doi. org/10.1200/JCO.19.01053 [4] Stefanie Anke Grunwald et al., «Statin-­ induced myopathic changes in primary human muscle cells and reversal by a pro­ staglandin F2 alpha analogue », Scientific Reports (2020); DOI: 10.1038/s41598020-58668-2 [5] J. Hoppstädter et al., «The glucocorti­ coid-induced leucine zipper mediates statin-induced muscle damage», The Fa­ seb Journal (2020); DOI: 10.1096/ fj.201902557RRR [6] Ihab Ansari, Günter Raddatz, Julian Gutekunst, Meshi Ridnik, Daphne Cohen, Monther Abu-Remaileh, Timur Tuganbaev, Hagit Shapiro, Eli Pikarsky, Eran Elinav, Frank Lyko and Yehudit Bergman, «The microbiota programs DNA methylation to control intestinal homeostasis and inflam­ mation», Nature Microbiology (2020); DOI: https://doi.org/10.1038/s41564019-0659-3 [7] Anthony S. Zannas et al., «Epigenetic upregulation of FKBP5 by aging and stress contributes to NF- KB–driven inflammation and cardiovascular risk», Pnas (2019); ­https://doi.org/10.1073/pnas.1816847116 [8] J.V. Sanchez-Mut et al., «PM20D1 is a quantitative trait locus associated with Alz­ heimer’s disease», Nat. Med. (2018); DOI: 10.1038/s41591-018-0013-y [9] Gretchen van Steenwyk, Martin Roszkowski, Francesca Manuella, Tamara B Franklin, Isabelle M Mansuy, «Transgenera­ tional inheritance of behavioral and meta­ bolic effects of paternal exposure to trau­ matic stress in early postnatal life: evidence in the 4 th generation», Environ­ mental Epigenetics (2018); https://doi. org/10.1093/eep/dvy023 [10] Jörn Walter, «Epigenetik», 1. Auflage.

Nomos, Berlin-Brandenburgische Akade­ mie der Wissenschaften, 2017 [11] Volker Storch, Ulrich Welsch, Michael Wink, «Evolutionsbiologie», 3. Auflage.

Springer Spektrum, 2013 [12] Rolf Knippers, «Eine kurze Geschichte der Genetik», 2. Auflage. Springer, 2017 [13] Constance Alabert et al., «Domain Model Explains Propagation Dynamics and Stability of Histone H3K27 and H3K36 Methylation Landscapes»Cell Reports (2020); https://doi.org/10.1016/j.celrep.­ 2019.12.060

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BIOWISSENSCHAFTEN

Schlüsselrolle für die Gedächtnisbildung

Zusammenbau von Glutamat-Rezeptoren Die Kommunikation von Nervenzellen im Gehirn hängt, ebenso wie die Fähigkeit zu lernen, fundamental von Neurotransmitter-Rezeptoren in den Kontaktstellen von Neuronen, den Synapsen, ab. Die wichtigsten Rezeptoren des Säugergehirns sind Glutamat-Rezeptoren des Ampa-Typs, die das zur Kommunikation notwendige elektrische Signal erzeugen. Biologen haben erstmals gezeigt, dass Ampa-Rezeptoren wie auf einem Fliessband schrittweise aus Haupt- und Hilfsuntereinheiten zusammengesetzt werden.

Untereinheiten identifiziert Unter Anwendung hochauflösender Proteomanalyse-Techniken haben die Forschenden Proteine in den ER-Membranen von Neuronen identifiziert, die für den Zusammenbau funktionsfähiger Ampa-Rezeptoren aus vier porenbildenden Untereinheiten und vier Hilfsuntereinheiten notwendig sind: Der erste Baustein, die 20

Proteine ABHD6 und PORCN, schützt die einzelnen porenbildenden Untereinheiten vor vorzeitigem Abbau. Der zweite Baustein, ein Komplex aus den Proteinen FRRS1l und CPT1c, fügt vier dieser Einzelbausteine zu einem Rezeptor-Kanal zusammen und bereitet die Bindung der vier Hilfsuntereinheiten, der Cornichon- oder Tarp-Proteine, vor. Dieser letzte Arbeitsschritt löst dann den FRRS1l-CPT1c-Komplex ab und ermöglicht so den Export der funktionsfähigen Ampa-Rezeptoren aus dem ER und ihren Transport in die Synapsen.

Funktionsstörung des Gehirns Die einzelnen Arbeitsschritte dieses Fliessbands sind exakt aufeinander abgestimmt und auf den effizienten Zusammenbau der Rezeptoren hin optimiert.

Wird die Fliessbandarbeit gestört, etwa durch mutationsbedingten Funktionsverlust des FRRS1l-Proteins, führt dies beim Menschen zu schwersten Funktionsstörungen des Gehirns, was die Forschenden schon in einer 2017 publizierten Arbeit beschrieben haben: Alle Patientinnen und Patienten zeigten stark eingeschränkte intellektuelle Fähigkeiten und Intelligenzquotienten unter 40, verzögerte oder fehlende Sprachentwicklung sowie eine erhöhte Neigung zu epileptischen Anfällen.

Das entschlüsselte Fliessband ist zwar auf Ampa-Rezeptoren spezialisiert, doch die Forschenden vermuten, dass der Prozess der schrittweisen Fertigung beispielgebend ist für andere Membranproteine und -proteinkomplexe, die an der Informationsverarbeitung im Gehirn oder der Erre-

Bild: Bernd Fakler

Die Anzahl von Ampa-Rezeptoren wird durch den Grad der Aktivität einer Synapse moduliert. Das heisst, beim Lernen erhöht sie sich, wodurch die Signalübertragung zuverlässiger funktioniert. So wird die Synapse auf langdauernde Nutzung im Sinne von Gedächtnisbildung angelegt.

Entscheidende Voraussetzung für diese synaptische Plastizität ist der effiziente Zusammenbau der Ampa-Rezeptoren aus verschiedenen Proteinuntereinheiten im endoplasmatischen Retikulum (ER) von Nervenzellen – ein Prozess, über den bislang wenig bekannt ist. Die einzelnen Bauschritte werden von verschiedenen Proteinen und Proteinkomplexen des ER ausgeführt. Wird dieser Zusammenbau durch Mutationen in den Fliessbandelementen beim Menschen oder durch deren gezielte genetische Inaktivierung – dem Knock-out – bei Mäusen gestört, kommt es zu massiven Einschränkungen in der synaptischen Signalübertragung sowie der Fähigkeit zu lernen. Umgekehrt führt die Steigerung der Rezeptorherstellung durch Überproduktion der Fliessbandproteine zu erhöhter Plastizität der Synapsen. Diese Ergebnisse haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fachzeitschrift «Neuron» veröffentlicht.

Der schrittweise, kontrollierte Zusammenbau von Ampa-Rezeptoren im endoplasmatischen Retikulum von Nervenzellen ist entscheidend für die Fähigkeit zum Lernen und zur Gedächtnisbildung.

gungsausbreitung sowie am Stofftransport in anderen Zellen beteiligt sind.

Originalpublikation S. Schwenk et al., «An ER assembly line of AMPA-receptors controls excitatory neurotransmission and its plasticity», Neuron; DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.­­ 2019.08.033 Kontakt Prof. Dr. Bernd Fakler Universität Freiburg Friedrichstrasse 39 D-79098 Freiburg +49 761 203 5175 bernd.fakler@physiologie.uni-freiburg.de www.uni-freiburg.de

4/2020

BIOWISSENSCHAFTEN

Dem Fett auf der Spur

Eine exakte Markierungsmethode Ohne Fette läuft im Körper nichts: Diese Stoffe dienen als Energielieferanten und wichtige Bausteine der Zellen.

Zahlreiche Krankheiten hängen mit Störungen im Fettstoffwechsel zusammen. Wissenschaftler von der Universität Bonn zeigen nun, wie sich mit höchster Empfindlichkeit der Fettstoffwechsel bis hinab in die einzelne Leberzelle verfolgen lässt. Damit eröffnen sich zum Beispiel Möglichkeiten, die Nebenwirkungen neuer Arzneistoffe auf den Fettstoffwechsel zu minimieren.

Bild: Barbara Frommann/Uni Bonn

Mit einer Art «Tracking»-Verfahren versuchte das Forschungsteam, den Weg von der Aufnahme der Fette über den Stoffwechsel im Körper bis zur Ausscheidung zu verfolgen. Ähnlich wie bei einem auf der Post aufgegebenen Paket, das sich bei der Zustellung auf seinem Weg zum Ziel mit Sendungsverfolgung orten lässt. So verwenden Forscher hierfür radioaktive Substanzen, Fluoreszenz-Farbstoffe oder schwere Isotope von Wasserstoff (Deuterium), mit denen die «Fett-Pakete» markiert werden.

Verbindungen eindeutig erkennbar

(von links) Klaus Wunderling, Philipp Leyendecker und Prof. Dr. Christoph Thiele am Limes-Institut der Universität Bonn.

«Das Problem liegt darin, dass die markierten Verbindungen nicht vollständig von den unmarkierten zu unterscheiden sind», erläutert Thiele. Das führt dazu, dass sich nur einige wenige markierte Hauptverbindungen verfolgen lassen und dafür recht grosse Mengen an Substanz gebraucht werden.

Der Biochemiker zeigte nun zusammen mit Klaus Wunderling und Philipp Leyendecker aus seinem Team, wie sich die Fette mit einer deutlich empfindlicheren und effektiveren Methode im Körper einer Maus verfolgen lassen. Sie setzten den Leberzellen der Mäuse Fettsäuren zu, die mit einer zusätzlichen Dreifachbindung – einer Alkingruppe – markiert worden waren. Daraufhin fügten sich die Stoffwechselprodukte an spezielle sogenannte Reportermoleküle. In einem weiteren Schritt kollidierten die Verbindungen bei der Messung ihres Gewichtes im Massen­ spektrometer mit Gasmolekülen, wodurch sie in bestimmte Substanzen zerfielen, an denen erst die Markierung sichtbar wurde.

«Diese Zerfallsreaktion produziert für die markierten Lipide sehr starke Signale im

Massenspektrometer», sagt Thiele. Damit lassen sich die markierten von den unmarkierten Lipiden deutlicher unterscheiden, und die Messungen sind rund 1000-mal empfindlicher als mit herkömmlichen Methoden. Darüber hinaus geht es deutlich schneller: Statt nach Stunden liegt das Ergebnis bereits nach Minuten vor.

«Rund 100 verschiedene markierte Lipide lassen sich tatsächlich bis hinab in einzelne Leberzellen verfolgen», berichtet der Biochemiker. Damit können sowohl der normale Stoffwechselweg, aber auch krankhafte Abweichungen davon, im Detail erforscht werden. Die Untersuchung von Leberzellen der Maus lag für die Wissenschaftler nahe, weil die Leber die «Hauptdrehscheibe» für den Fettstoffwechsel darstellt.

Für Ernährungsexperimente am Menschen sei es aber mit dieser Methode noch zu früh. «Es ist noch nicht bekannt, was die an Alkingruppen gekoppelten Fettsäuren im menschlichen Körper genau bewirken, wenn sie mit der Nahrung aufgenommen werden», sagt Thiele. Allerdings liessen sich mit dieser Methode die Nebenwirkungen

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von Arzneistoffen auf den Fettstoffwechsel untersuchen und dadurch möglicherweise minimieren, ist der Wissenschaftler überzeugt. Da Verzehrexperimente am Menschen zunächst nicht möglich sind, könnte man die Nebenwirkungen an Zellkulturen oder Organoiden testen. Thiele: «Man kann dann sehr leicht sehen, wie der Lipidstoffwechsel durch die Wirkstoffe verändert wird.»

Originalpublikation Christoph Thiele, Klaus Wunderling, Phi­lipp Leyendecker, «Multiplexed and single cell tracing of lipid metabolism», Nature Methods (2019); DOI: 10.1038/s41592-019-0593-6 Kontakt Prof. Dr. Christoph Thiele Universität Bonn Regina-Pacis-Weg 3 D-53113 Bonn +49 228 7362818 cthiele@uni-bonn.de www.uni-bonn.de

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LABOR

Neue NMR-Methode

Die Stereochemie im Griff

Sie stecken in Antibiotika, Schmerzmitteln oder Krebsmedikamenten: Naturstoffe spielen bei rund 60 Prozent aller zugelassenen Arzneimittel eine Rolle. Pflanzen, Pilze und festsitzende Meeresorganismen sind besonders vielversprechende Quellen, weil viele von ihnen eine chemische Abwehr gegenüber Feinden besitzen.

Doch potenzielle Wirkstoffkandidaten zu identifizieren, ist eine Herausforderung.

Forscher müssen zunächst die Struktur des Moleküls genau bestimmen. Ohne diese Information können Chemiker die Moleküle nicht synthetisieren und zu Medikamenten weiterentwickeln. Ausserdem weiss man erst anhand der Struktur, ob das Molekül bereits zuvor gefunden worden ist.

Neben der Röntgenbeugungsmethode, die jedoch nur für die wenigen kristallisier-

Der Contergan-Fall Ende der 50er-Jahre kam das Medikament Contergan der (west-)deutschen Firma Grünenthal auf den Markt. Das Beruhigungs- und Schlafmittel half auch Schwangeren gegen die morgendliche Übelkeit. Das rezeptfreie Medikament verursachte jedoch bei der Einnahme während einer frühen Schwangerschaft starke Missbildungen beim Ungeborenen, wodurch das Medikament 1961 vom Markt genommen wurde. In der Schweiz wurde die Arznei unter dem Namen Softenon verkauft und sie war rezeptpflichtig. In den USA erhielt das Präparat mit dem Wirkstoff Thalidomid hingegen von Anfang an keine Zulassung seitens der FDA.

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Bild: Songhwan Hwang, FMP

Naturstoffe bilden die Basis vieler Medikamente. Doch um sie nutzenbringend einzusetzen, müssen Chemiker erst die Struktur und Stereochemie der Moleküle bestimmen. Das ist mitunter eine grosse Herausforderung, besonders wenn die Moleküle nicht kristallisierbar sind und nur wenige Wasserstoffatome besitzen. Eine neue NMR-basierte Methode erleichtert nun die Analyse und bringt genauere Ergebnisse. Die Arbeit wurde im «Journal of the American Chemical Society» publiziert.

Bild 1: Messung der Residual Chemical Shift Anisotropy (RCSA) in einem flüssigkristallinen Medium. Die Methode wurde zur Bestimmung der Stereochemie von Spiroepicoccin A verwendet, einem neuentdeckten Naturstoff. Dieser wurde aus dem in über 4500 Metern Meerestiefe lebenden Pilz Epicoccum nigrum isoliert.

baren Moleküle anwendbar ist, nutzen Chemiker zur Strukturbestimmung üblicherweise die Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR). Hierbei kommt neuerdings dem NMR-basierten Parameter «Residual Chemical Shift Anisotropy» eine wichtige Bedeutung zu. Studien der letzten zwei bis drei Jahre haben gezeigt, dass sich mit diesem Parameter die genaue Struktur der organischen Moleküle exakt bestimmen lässt. Allerdings werden dafür Apparaturen benötigt, die nicht in jedem Labor vorhanden sind. Hinzukommen zeitaufwendige Analysemethoden bei der Datenauswertung.

Vereinfachte Methode führt zu präziseren Ergebnissen Nun haben Forscher vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmako-

logie (FMP) eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Residual Chemical Shift Anisotropy sehr viel einfacher und besser messen lässt. An der Forschungsarbeit waren ausserdem Kooperationspartner aus China (Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences und South Central University for Nationalities) und Brasilien (Universidade Federal de Pernambuco) beteiligt.

«Mit der Entwicklung unserer NMR-basierten Methode kann die Stereochemie von neuartigen Naturstoffen genauer und effizienter bestimmt werden», sagt Dr. Han Sun vom FMP, die die Studie leitete. «Aus­ serdem ist die Methode sehr leicht anzuwenden, so dass sie von jedem Chemiker genutzt werden kann.»

Für die Untersuchung werden die Naturstoffe mit einem frei verkäuflichen Peptid der Aminosäuresequenz Ala-Ala-Lys-Leu4/2020

Val-Phe-Phe (oder kurz: AAKLVFF) zusammengebracht. Aufgelöst in Methanol wandeln sich die Peptide in Flüssigkristalle um, wodurch sie den Naturstoffen eine schwache Orientierung im Magnetfeld geben.

«Durch diese bestimmte Orientierung können wir den Parameter Residual Chemical Shift Anisotropy (RCSA) der Moleküle messen, der uns wiederum präzise Informationen über deren Struktur und Stereochemie liefert», beschreibt Chemikerin Sun das neue Verfahren (siehe Bild 1).

Wie wichtig die korrekte Bestimmung der Stereochemie von Wirkstoffen ist, zeigt das Beispiel des Contergan-Falls (siehe Kasten).

Der Wirkstoff Thalidomid besitzt einerseits eine sedierende Wirkung (Schlafmittel), andererseits eine fruchtschädigende Wirkung, was auf seine beiden spiegelverkehrten Formen (R)-Thalidomid bzw. (S)-Thalidomid zurückzuführen ist.

Exotischen Naturstoff aus dem Ozean analysiert Für die aktuelle Arbeit haben die Forscher einen noch unerforschten Naturstoff genutzt: Spiroepicoccin A wurde von den chinesischen Kooperationspartnern aus Mikroorganismen im Ozean isoliert. Der aus über 4500 Metern Meerestiefe stammende Stoff besitzt nur wenig Wasserstoffatome an seinen stereogenen Zentren und war damit eine Herausforderung für etablierte NMR-Methoden. Doch dank

Bild: Adobe Stock

LABOR

Bild 2: Die Proben zur NMR-Analyse stehen bereit. Bei manchen chemischen Verbindungen ist die Auswertung eines gewöhnlichen ¹H-NMR-Spektrums alles andere als trivial und erfordert viel Übung.

der neuen Messmethode, wurde seine Struktur samt Stereochemie eindeutig aufgeklärt. «Auch wenn wir mit unserer Methode bislang nur die relative und nicht die absolute Stereochemie messen können, haben wir mit unserer Arbeit einen wichtigen Beitrag zur vereinfachten Bestimmung von herausfordernden Naturstoffen erbracht», sagt Sun. Pharmafirmen hätten schon Interesse angemeldet, «denn das Verfahren beschleunigt die Entwicklung neuer Medikamente. Und das ist auch unser Ziel.»

Originalpublikation Xiaolu Li, Lu-Ping Chi, Armando Navarro-Vázquez, Songhwan Hwang, Peter Schmieder, Xiao-Ming Li, Xin Li, Sui-Qun

Yang, Xin­xiang Lei, Bin-Gui Wang, Han Sun, «Stereochemical Elucidation of Natural Products from Residual Chemical Shift Anisotropies in a Liquid Crystalline Phase», Journal of the American Chemical Society (2019); doi.org/10.1021/jacs.9b10961 Kontakt Dr. Han Sun Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) Campus Berlin-Buch Robert-Roessle-Strasse 10 D-13125 Berlin +49 30 9406 2902 hsun@fmp-berlin.de www.leibniz-fmp.de

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LABOR

DNA bleibt trotz Reinigung lange nachweisbar

Stecknadelgrosser Tropfen genügt bereits DNA ist stabil – nicht umsonst bewahrt die Natur darin die Erbinformationen auf. Diese Stabilität ist auch die Grundlage jeder forensischen Tatortanalyse: Vorhandene Spuren sollen möglichst Täter oder Opfer zugeordnet werden. Allerdings kann diese Stabilität auch problematisch sein, vor allem wenn Proben unbeabsichtigt mit DNA kontaminiert sind. Forscher der Universität Duisburg-Essen haben jetzt untersucht, wie gut sich DNA auf Oberflächen hält und wie sehr sie beim Putzen verschleppt wird.

Milena Hänisch ¹

Bild: Shutterstock

Dazu haben die Rechtsmedizinerinnen des Essener Universitätsklinikums 218-mal glatte Tischoberflächen und raue Stuhlpolster mit Hautzellen, Blut oder Speichel versehen und anschliessend mit Wasser oder Seifenwasser abgewischt. Sie sahen, dass vor allem die Spuren von Körperflüssigkeiten – 100 Prozent der Blutproben und 75 Prozent der Speichelproben – auch nach dem Reinigungsprozess auf den Oberflächen nachweisbar waren.

Im Schwamm tummeln sich DNA-Moleküle

¹ Universität Duisburg-Essen

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Gerade einmal 5 Mikroliter Blut genügen, um die DNA – selbst wenn das Blut nicht mehr sichtbar ist – noch nachweisen zu können.

ne Helmus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Rechtsmedizin des Universitätsklinikums.

Bild: UDE/Medizinische Fakultät

Und nicht nur das: Aus ihnen liessen sich sogar vollständige DNA-Profile isolieren, die eine eindeutige Zuordnung zum Spurenleger ermöglichten. Aber auch in Schwämmen und Reinigungstüchern sind Blut und Speichel hartnäckig und können leicht bei der Reinigung übertragen werden. In vorangegangenen Studien konnten die Forscher bereits zeigen, dass weder Hand- noch Maschinenwäsche DNA vollständig aus Textilien entfernt.

Ihre Ergebnisse konnten die Wissenschaftlerinnen in einem zweiten Versuchsaufbau bestätigen, bei dem sie 384 Proben mit intensiveren Massnahmen und unterschiedlich aggressiven Reinigungsmitteln zu Leibe rückten. «Wir konnten zeigen, dass schon geringe Mengen von 5 μl Körperflüssigkeit – das entspricht einem etwa stecknadelkopfgrossen Tropfen – selbst nach der Reinigung zu vollständigen DNA-Profilen führen können», so Dr. Jani-

Javelwasser ist wohl eine Ausnahme «Sowohl die Spurenmenge als auch die Beschaffenheit der Oberfläche nehmen dabei Einfluss darauf, wie gut die DNA nach Reinigungsvorgängen nachweisbar bleibt», so Prof. Dr. Micaela Poetsch, Leiterin der Forensischen Genetik. «Mit Ausnahme von chlorhaltigen Reinigungsmitteln, deren DNA-zerstörende Wirkung schon lange bekannt ist, macht der verwendete Reiniger jedoch nur wenig Unterschied.»

Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, das Spurenbild vom Tatort sorgfältig zu analysieren und sowohl scheinbar gereinigte Bereiche als auch benutzte Reinigungstex-

Sitzend Dr. Janine Helmus, hinter ihr Prof. Dr. Micaela Poetsch.

tilien und -schwämme in eine Tatortanalyse einzubeziehen. Denn auch für das blosse Auge saubere Bereiche können zu einem vollständigen DNA-Profil von Tätern und Opfern führen.

Medienmitteilung Universität Duisburg-Essen www.uni-due.de 4/2020

NEWS

RZE KÜRZE – IN KÜ N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN n Die Universität Ulm hat einen neuen Hochleistungsrechner: Justus 2 ist optimal auf die Forschungsbereiche theoretische Chemie sowie Quanten- und Festkörperphysik ausgerichtet. Er ermöglicht hochkomplexe Computersimulationen auf molekularer und atomarer Ebene etwa aus der Chemie und der Quantenwissenschaft sowie aufwendige Datenanalysen. Der nach dem Chemiker Justus von Liebig benannte Hochleistungsrechner ist unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert worden. www.uni-ulm.de n Die Universität Bern kann dank Unterstützung des Schweizerischen Apothekerverbands pharmaSuisse eine Stiftungsprofessur für Klinische Pharmazie errichten.

Diese soll dazu beitragen, die Sicherheit der Arzneimitteltherapie bei Patientinnen und Patienten zu verbessern. Angesiedelt wird sie in der Abteilung Klinische Pharmakologie der Universitätsklinik für All­ gemeine Innere Medizin am Inselspital, Universitätsspital Bern. www.unibe.ch n Merck hat alle Ziele erreicht und ist somit profitabel gewachsen. Das Ebitda erreicht 4,4 Milliarden Euro. Das entspricht einem Zuwachs von 15,4 Prozent. Zudem steigt das Ergebnis je Aktie auf 5,56 Euro. Der Dividendenvorschlag wurde angehoben auf 1,30 Euro je Aktie. Das Unternehmen gibt sich zufrieden.

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Nun müssten aber die Schulden abgebaut werden. www.merckgroup.com

glaubte – auf diese Weise die körperliche Leistungsfähigkeit.

Forscher vom Max-Planck-In­ stitut für experimentelle Men Siegfried hat im Geschäfts- dizin in Göttingen haben nun jahr 2019 einen Umsatz von herausgefunden, wie Epo 833,5 Millionen Franken er- wirkt. Sie haben entdeckt, zielt. Dies entspricht einer Zu- dass geistige Herausforderunnahme von 4,9 Prozent. Der gen in den Nervenzellen des Betriebsgewinn vor Zinsen, Gehirns einen leichten SauerSteuern und Abschreibungen stoffmangel (funktionelle Hy(Core-Ebitda) liegt bei 140,7 poxie) auslösen. Dies regt die Millionen Franken, ein Plus Produktion von Epo und seivon 11,3 Prozent. Die Core-­ nen Rezeptoren in den aktiEbitda-Marge beträgt damit ven Nervenzellen an. Dadurch 16,9 Prozent, ein Plus von 1 werden aus benachbarten Prozentpunkt gegenüber Vor- Vorläuferzellen neue Nervenjahr. Der Core-Reingewinn fällt zellen gebildet, und die Zellen mit 65,7 Millionen Franken verbinden sich effektiver unebenfalls höher aus als im tereinander. www.mpg.de Vorjahr (55,4 Mio.), das entspricht einem Plus von 18,5 Prozent. n Cyanobakterien – umgangswww.siegfried.ch sprachlich auch Blaualgen genannt – können mithilfe von n Die Firma Weiss Technik Licht aus Wasser und Kohlenführt für ihren Geschäftsbe- dioxid Öl produzieren. Das reich Klimatechnik eine neue zeigt eine aktuelle Studie der Marke ein. Vindur erleichtert Universität Bonn. Der Befund zukünftig die Orientierung im ist unerwartet: Bislang glaubte umfangreichen Produktpro- man, diese Fähigkeit sei den gramm von Weiss Technik. Pflanzen vorbehalten. MögliNeben der Klimatechnik gibt cherweise werden Blaualgen es noch drei weitere Ge- nun auch als Futter- oder schäftsfelder: Umwelt-, Wär- Treibstoff-Lieferanten interesme- und Pharmatechnik. Die- sant, zumal sie keine Ackerfläse lassen sich nun leichter chen benötigen. mit der Familienmarke voneiwww.uni-bonn.de nander abgrenzen. Zum Beispiel ist das Sekundärluft- n Die Bodo Möller Chemie kühlgerät Vindur Top nun ein- Gruppe, Anbieter von Spezialdeutig der Klimatechnik chemikalien und Komplettlözuzuordnen. sungen für die Industrie, kowww.weiss-technik.com operiert ab sofort mit dem Engineering- und Maschinenn Erythropoietin, kurz Epo, ist bauunternehmen CeraCon. ein berüchtigtes Dopingmit- Das Unternehmen entwickelt tel. Es fördert die Bildung von und produziert Verarbeitungsroten Blutkörperchen und anlagen und Materialien für steigert – wie man bislang extrem effiziente 1-kompo-

nentige-Schaumdichtungen, die unter anderem bei Hochspannungsbatterien in elektrischen Fahrzeugen eingesetzt werden. www.bm-chemie.com n Evonik hat sein Ergebnis trotz einer sich verschlechternden weltwirtschaftlichen Gesamtlage stabil gehalten.

Das bereinigte Ebitda belief sich 2019 auf 2,153 Milliarden Euro, nach 2,150 Milliarden im Vorjahr. Der Umsatz ging leicht um 1 Prozent auf 13,1 Milliarden zurück. Vorstand und Aufsichtsrat werden der Jahreshauptversammlung am 27. Mai 2020 eine Dividende von 1,15 Euro je Aktie vorschlagen. Gemessen am Schlusskurs zum Jahresende 2019 entspricht das einer Dividendenrendite von 4,2 Prozent. Damit liegt Evo­ nik in der Spitzengruppe der Chemie-Unternehmen. www.corporate.evonik.de n Mutationen in Plasmazellen spielen wichtige Rolle bei Leichtketten-Amyloidose. Plasmazellen im Knochenmark produzieren Antikörper. Diese bestehen aus zwei längeren und zwei kürzeren Proteinketten. Eine krankhafte Vermehrung der Plasmazellen kann zu einer Überproduktion kürzerer Ketten führen. Diese lagern sich in Organen ab. Ein tödliches Organversagen ist die Folge. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München und der Universität Heidelberg hat nun in einer Patientin die krankheitsauslösende Mutation entdeckt. www.tum.de

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NEWS

Aktionäre von Novartis heissen Anträge gut Die Aktionäre von Novartis stimmten an der Generalversammlung (GV) allen Vorschlägen des Verwaltungsrates zu. 1189 Aktionäre nahmen an der GV in Basel teil, was ungefähr 59,09 Prozent der von Novartis ausgegebenen Aktien entspricht.

Seit der Gründung von Novartis im Jahr 1996 bewilligte das Aktionariat zum 23. Mal in Folge eine Erhöhung der Dividendenzahlung je Aktie. Für 2019 wurde die Dividende

um 4 Prozent 2.95 Franken erhöht. Die Auszahlung der Dividende für das Jahr 2019 erfolgt per 5. März 2020. Die Dividende für 2019 entspricht damit etwa 54 Prozent des freien Cashflows und unterstreicht das Bekenntnis des Konzerns, weiterhin gute Renditen zu bieten.

Jährliche Wahl und Wiederwahl Die Aktionäre haben Dr. Jörg Reinhardt als Präsidenten des

Verwaltungsrates bestätigt sowie alle anderen zur Wahl stehenden Mitglieder des Verwaltungsrates für ein weiteres Jahr gewählt. Zudem wurden Bridgette Heller und Simon Moroney als neue Mitglieder in den Verwaltungsrat gewählt.

Die folgenden Mitglieder des Verwaltungsrates wurden für ein weiteres Jahr in den Vergütungsausschuss gewählt: Patrice Bula, Srikant Datar, Enrico Vanni und William T. Win-

ters. Enrico Vanni wird den Vergütungsausschuss präsidieren. Weiterhin wählten die Aktionäre Bridgette Heller als neues Mitglied des Vergütungsausschusses.

Medienmitteilung Novartis www.novartis.com

Bayer strategisch und operativ erfolgreich Der Konzernumsatz von Bayer konnte um 3,5 Prozent auf 43,545 Milliarden Euro gesteigert werden. Der Ebitda wurde von Sondereinflüssen um 28,3 Prozent auf 11,503 Milliarden Euro erhöht. Das bereinigte Ergebnis je Aktie steigt um 14,3 Prozent auf 6,40 Euro.

Der Bayer-Konzern war im vergangenen Jahr strategisch

und operativ erfolgreich. Der Konzernumsatz erhöhte sich im vergangenen Jahr währungs- und portfoliobereinigt um 3,5 (nominal: 18,5) Prozent auf 43,545 Milliarden Euro. Das Ebitda vor Sondereinflüssen stieg um 28,3 Prozent auf 11,503 Milliarden Euro.

Belastet wurde es durch negative Währungseffekte von 43 Millionen Euro.

Das Ebit legte um 21,3 Prozent auf 4,189 Milliarden Euro zu.

Darin enthalten sind Sonderaufwendungen von saldiert 2,818 Milliarden Euro. Sie standen im Wesentlichen in Verbindung mit dem laufenden Restrukturierungsprogramm, der Akquisition und Integration von Monsanto, Wertminderungen im Zusammenhang mit der Produktionsanlage «Dicamba».

Für das Jahr 2020 erwartet Bayer für das fortzuführende Geschäft einen Umsatz von etwa 44 Milliarden bis 45 Milliarden Euro. Dies entspricht einer Steigerung um etwa 3 bis 4 Prozent.

zent auf 14,7 Milliarden Euro.

Mengen und Preise gingen um jeweils 1 Prozent zurück.

Die Portfolioeffekte aufgrund der Übertragung des Geschäfts mit Papier- und Wasserchemikalien auf Solenis beliefen sich auf minus 1 Prozent. Mit plus 1 Prozent hatten Wechselkurseffekte einen leicht positiven Einfluss auf die Umsatzentwicklung.

Das Ebit lag bei 765 Millionen Euro, 23 Prozent über dem des 4. Quartals 2018. Dieser

Anstieg resultierte aus deutlich höheren Ergebnissen der Segmente Agricultural Solutions, Nutrition & Care, Industrial Solutions und Surface Technologies. Insgesamt konnten diese Segmente im 4. Quartal den deutlichen Rückgang bei Chemicals und Materials mehr als ausgleichen.

Medienmitteilung Bayer www.bayer.de

BASF mit Umsatzrückgang Der Ebit der BASF-Gruppe sinkt um 28 Prozent trotz besserer Entwicklung in allen verbrauchernahen Segmenten.

Schuld sind die niedrigerern Ergebnisse von Chemicals und Materials.

Im Geschäftsjahr 2019 sank das Ebit der BASF-Gruppe von 6,0 Milliarden Euro auf 4,1 Milliarden Euro. Das Ebitda vor Sondereinflüssen ging gegenüber 2018 um 11 Prozent auf 8,2 Milliarden Euro zurück.

Das Ebitda belief sich auf 26

8,0 Milliarden Euro gegenüber 9,0 Milliarden Euro im Jahr 2018. Das Ergebnis nach Steuern und nicht beherrschenden Anteilen stieg auf 8,4 Milliarden Euro, nach 4,7 Milliarden Euro im Vorjahr. Darin ist ein Buchgewinn von rund 5,7 Milliarden Euro infolge der Entkonsolidierung von Wintershall nach dem Zusammenschluss mit DEA enthalten.

Der Umsatz im 4. Quartal 2019 sank gegenüber dem Vorjahresquartal um 2 Pro-

Medienmitteilung BASF www.basf.com 4/2020

TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen MAI 2020 12.05.

Basis: GMP im Labor Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

13.05.

Basis: GMP und Statistik Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

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IC Anwendertreffen Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

13.– 14.05.

GMP Auditor Modul 2 Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

13.– 15.05.

GPC Intensivkurs in Theorie und Praxis Ort: D-Mainz PSS Polymer Standards Service GmbH In der Dalheimer Wiese 5, D-55120 Mainz D-55023 Mainz +49 6131 96239 30 JLeinweber@pss-polymer.com www.psscolumnselector.com

26.05.

Praxis: Qualitätsprüfungen im GMP-Labor Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

26.– 27.05.

Computervalidierung Modul 4: Keep IT Validated Ort: D-Baden-Baden Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

Online-Kurse oder Terminverschiebung Aufgrund der besonderen Lage haben Veranstalter von Messen und Kursanbieter unterschiedliche Massnahmen ergriffen. Gerade bei Kursen und Seminaren können sich diese Massnahmen je nach Situation rasch wieder ändern. Deshalb informieren Sie sich bitte direkt bei den Kursanbietern. Einige bieten nun neuerdings Online-Kurse an, andere haben die Kurse bis auf weiteres nicht mehr im Angebot.

Stand: 23.03.2020 27.05.

14.– 15.05.

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Versuchsplanung und -auswertung mit Stavex Teil A: Einführung Ort: online unter www.aicos.com Veranstalter: Aicos Technologies AG Sandweg 46, CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com Einführung in die multivariate Datenanalyse Ort: online unter www.aicos.com Veranstalter: Aicos Technologies AG Sandweg 46, CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

Praxis: Laborgeräte qualifizieren, kalibrieren und warten Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

JUNI 2020 02.– 03.06.

Prozessoptimierung und -überwachung im Rahmen von PAT Ort: online unter www.aicos.com Veranstalter: Aicos Technologies AG Sandweg 46, CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

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Troubleshooting Ionenchromatographie Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch www.metrohm.ch

04.– 05.06.

Analyse der Stabilität und der Haltbarkeit von Produkten Ort: www.aicos.com Veranstalter: Aicos Technologies AG Sandweg 46, CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com Weitere Termine finden Sie unter www.chemiextra.com bei Agenda/Veranstaltungen

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FIRMEN BERICHTEN

Google und Co. speziell für die eigene Firma

Massgeschneiderte Suchmaschine Google findet alles. So lautet es zumindest im Volksmund. Doch oft sind langes Suchen und eine Unmenge an irrelevanten Daten die Konsequenz einer so mächtigen Suchmaschine. Viele Firmen haben so grosse Datenbanken, dass die Informationsbeschaffung enorm viel Zeit in Anspruch nimmt. Relevante von unrelevanten Inhalten müssen dabei bei jeder Suche immer wieder von neuem aussortiert werden. Der Schweizer Konzern Sika hat deshalb seit ein paar Jahren eine firmeneigene Suchmaschine.

«Relevantes Wissen zur richtigen Zeit ist im Unternehmen unbezahlbar», heisst es bei der Firma Forrester. Dies gilt insbesondere für die hart umkämpfte Chemieindustrie, in der das Wissen in einer Flut von strukturierten und unstrukturierten Daten aller Art versteckt ist. Mit einer Software für KI-basierte Suche und Analyse kann man dieses Wissen seinen Beschäftigten zur Verfügung stellen – so wie es das Schweizer Unternehmen Sika tut. Die DTI AG, Schweizer Systemintegrator und Experte rund um das Thema Dokumentenmanagement, hat dort Ende 2017 die KI-basierte Suchsoftware Sinequa eingeführt. Sie stellt einen wichtigen Baustein in der Digitalisierungsstrategie von Sika dar und ist in eine Kollaborationsplattform von IBM eingebettet.

«Der durchschnittliche Arbeitnehmer verbringt fast zwei Stunden am Tag damit, Informationen unterschiedlicher Formate und Art in verschiedenen Quellen zu suchen», sagt Peter Simon, Teamleiter für Web & Digital Solutions bei Sika. «Diese müssen dann in verwertbare Informationen verwandelt werden, um auf dieser Basis Entscheidungen treffen zu können.»

Das Unternehmen der Spezialitätenchemie mit Hauptsitz in Baar zählt über 18 000 Beschäftigte, ist weltweit präsent mit Tochtergesellschaften in 101 Ländern und produziert in über 200 Fabriken.

Alle Landesgesellschaften von Sika arbeiten IT-technisch mehr oder weniger autark.

Genau hier lag früher die Crux beim Finden von Informationen: Es gab keinen zentra-

¹ Sika AG, Baar

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Bilder: Sika AG, Her vorhebung R. B.

Peter Simon ¹

Die Suchmaschine der Firma Sika liefert folgendes Ergebnis für das sehr unspezifische Stichwort «architecture».

len Überblick darüber, wo genau welche Datenquellen genutzt werden. Die Beschäftigtenzahl ist in den letzten 40 Jahren von 2000 auf über 18 000 gestiegen. Deren Vernetzung und Kommunikation untereinander wurde in einer dezentralen Unternehmensorganisation immer schwieriger.

Simon meint hierzu: «In 50 Prozent der Fälle fanden unsere Angestellten nicht auf Anhieb, wonach sie suchten.»

Gefundenes Wissen sinnvoll kategorisiert Eine zentrale Suchmaschine war gefragt.

Analog zu Google sollte sie Informationen aus strukturierten ebenso wie unstrukturierten Daten zusammentragen (das heisst: Textdokumente aller Art, E-Mails, Blogs in Sozialen Medien, ausserdem Videos, Call-Center-Aufnahmen . . .), und dies über alle Datenquellen hinweg, in denen diese vorliegen: in öffentlich zugäng-

lichen Quellen wie Handelsdatenbanken, wissenschaftlichen Publikationen und Patenten, auf internen und Cloud-basierten Kooperationsplattformen. Mit Künstlicher Intelligenz und Machine-Learning-Algorithmen ausgestattet, sollte das gefundene Wissen sinnvoll kategorisiert und dem Anwender in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden.

Eine Menge Intelligenz und Rechenleistung, die ein solches System unter einer Haube vereinen muss. Ausgewählt wurde dafür die Softwarelösung Sinequa, welche die DTI AG bei Sika in den digitalen Arbeitsplatz integriert hat. DTI übernahm dabei das ganze Spektrum der Projektaufgaben – Analyse, Detailspezifikation, Projektleitungsaufgaben und Implementierung, Dokumentationserstellung, Schulung, Einführung – und ist auch für die Betriebs­ unterstützung mit festgelegten Reaktionszeiten zuständig. «Wir passten das ‹Standard User Interface› von Sinequa an die 4/2020

FIRMEN BERICHTEN

Hier sucht ein Benutzer nach einem geeigneten Video mit Verbindung zum Markennamen Sikaflex. Man beachte den Zeitstrahl oberhalb der Videos, der die Anzahl relevanter Videos in einer gewissen Zeitspanne angibt.

Bedürfnisse des Kunden an, führten Integration und Tests zu dem von Sinequa entwickelten Konnektor (IBM Connections Cloud) durch und erschlossen weitere Datenquellen», erklärt Bert Frei, Chief Customer Officer der DTI AG. Die IBM-Kollaborationslösung Connections ist die Basis des digitalen Arbeitsplatzes, der für die tägliche Arbeit der Sika-Angestellten das Einstiegstor ist. Als kombinierte Kollaborationslösung für E-Mail, Online-Meetings, Nachrichtensofortversand, File Sharing und gemeinsame Dokumentbearbeitung wurde Connections bereits 2015 eingeführt, seit Ende 2017 wird es vollständig in der Cloud betrieben.

In diesem digitalen Arbeitsplatz finden die Angestellten seit Februar 2018 nun ein kleines Suchfeld: «Sika Search». Dahinter verbirgt sich die Suchsoftware, welche sämtliche Daten aus den verschiedenen Quellen im Unternehmen indexiert hat, um darin Suchen und Analysen durchführen zu können. Der Index ergibt ein Datenreservoir, aus dem relevante Informationen in-

nerhalb von Sekunden zusammengestellt werden können. Zwei Stunden Suchzeit pro Tag sind bei Sika damit auf einen Bruchteil eingeschmolzen.

Zu den indizierten Datenquellen gehört zum einen «SikaWorld», das Social Intranet.

Dort finden sich statische, editierte Inhalte mit dahinterstehendem Workflow (z. B. Personalpolitik, offizielle Ankündigungen) und soziale Inhalte, welche von Beschäftigten erstellt worden sind – diese Datenquelle umfasst interne Blogs und Communities. Die Such- und Analysesoftware greift ferner auf «Sika Web» zu, die Firmenwebsite. Dort sind alle internationalen Sika-Webseiten indexiert und werden den Beschäftigten zur Recherche bereitgestellt.

Durchsucht wird ausserdem die Firmendatenbank mit allen Namen der Angestellten, ihren Verantwortlichkeiten und Skills, mit Zertifikaten usw.

Wer also bei Sika einen bestimmten Begriff sucht, gibt ihn in das Suchfeld ein und kann in einem Menü dann noch zahlreiche Filter einstellen: Suche nach bestimmten

Quellen, Formaten oder Sprachen. Die Software stellt den Anfragenden daraufhin die Ergebnisse aus den angeschlossenen Datenquellen zur Verfügung. Zudem kategorisiert sie geschäftsrelevante Filter und hilft somit dem Nutzer, unter all den Ergebnissen den prioritären Inhalt sofort zu erkennen. Den daraus erzielten Nutzen beschreibt Sika so: Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter werden in kürzerer Zeit sehr produktiv, da Wissen schneller gefunden und weitergegeben wird. Sie erhalten bessere Einsichten aus Daten, da die richtigen Informationen zur richtigen Zeit an die richtige Person geliefert werden.

Nachdem die DTI AG das System im Herbst 2017 eingeführt hat, haben sich die Nutzerzahlen inzwischen auf rund 3000 pro Monat eingependelt, die insgesamt 26 000 Suchanfragen durchführen.

Im Verlaufe des Jahres 2019 kamen neue Quellen dazu, wie Videos und Blogs. Aus­ serdem wurden die Sicherheit und die User Experience nochmals verbessert.

Weitere Quellen sind in der Planung, da­ runter das Digital Asset Management. Pa­ rallel zum laufenden Betrieb wird DTI immer wieder mit Optimierungen beauftragt und trägt dazu bei, dass der Prozentsatz derer, die bei Sika nicht finden, was sie suchen, immer weiter schrumpft.

Kontakt Hauptsitz Sika Schweiz AG Tüffenwies 16 CH-8048 Zürich +41 58 436 40 40 sika@sika.ch che.sika.com

www.ramseyer.ch

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FORSCHUNGSWELT

Licht mit eigener Chiralität

Spezielles Licht sieht Enantiomere

Genau wie unsere linke und rechte Hand haben auch einige Moleküle in der Natur sogenannte Spiegelzwillinge. Obwohl diese Zwillingsmoleküle ähnlich aussehen, können einige ihrer Eigenschaften sehr unterschiedlich sein. So spielt die Händigkeit – oder Chiralität – von Molekülen eine entscheidende Rolle in der Chemie, in der Biologie und bei der Arzneimittelentwicklung: Während die eine Variante des Moleküls eine Krankheit heilt, kann der Spiegelzwilling – auch Enantiomer genannt – giftig oder sogar tödlich sein. Dabei ist es äusserst schwierig, die spiegelbildlichen chiralen Moleküle zu unterscheiden. Sie sehen identisch aus und verhalten sich identisch – es sei denn, sie treffen auf ein anderes chirales Objekt. Licht ist seit langem der perfekte Kandidat für diese Aufgabe: Die Schwingungen seines elektromagnetischen Feldes zeichnen eine korkenzieherförmige Spirale entlang seiner Ausbreitungsrichtung. Je nachdem, ob sich die Windung der Lichtwelle im Uhrzeigersinn oder gegen ihn dreht, ist sie entweder rechtsoder linkshändig. Chirale Moleküle können damit auf unterschiedliche Weise wechselwirken. Die durch die Lichtwellenlänge vorgegebene Weite der Schraubenlinie ist jedoch rund tausend Mal grös­s er als die Grösse eines Moleküls.

Deshalb nehmen die winzigen Moleküle die Lichtschraube eher als einen riesigen Kreis wahr und reagieren kaum auf dessen chiralen Charakter.

Nur ein Enantiomer kommuniziert mit dem Licht Einen innovativen Weg, dieses Problem zu umgehen, hat nun das Forscherteam 30

Bild: Steven Rober ts

Licht bietet den schnellsten Weg, um chirale Moleküle zu unterscheiden, was für viele Anwendungen unerlässlich ist. Normales Licht spricht aber nur schwach auf die molekulare Händigkeit an. Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und der Technischen Universität Berlin haben nun gezeigt, wie man eine ganz neue Art von Licht erzeugen und charakterisieren kann. Dieses synthetische chirale Licht macht die Händigkeit von Molekülen besonders eindeutig sichtbar.

Identifizierung der Chiralität von Molekülen mit beispielloser Präzision. Synthetisches chirales Licht wechselwirkt selektiv mit einer der beiden Versionen eines chiralen Moleküls (links oder rechts). Die gewählte Version reagiert mit sehr hellem Licht, während ihr Enantiomer dunkel bleibt.

des MBI, des Israel Institute of Technology und der TU Berlin vorgeschlagen. Sie haben sich an die Synthese einer völlig neuen Art von chiralem Licht gemacht, das eine chirale Struktur zu jeder Zeit an jedem einzelnen Punkt im Raum zeichnet. «Die Händigkeit dieses neuen Lichts lässt sich so einstellen, dass das eine

Enantiomer aktiv mit ihm wechselwirkt und helles Licht als Antwort aussendet, während das gespiegelte Enantiomer überhaupt nicht mit ihm reagiert», erklärt Dr. David Ayuso, Forscher am MBI und Erstautor der Studie.

Die Wissenschaftler haben dieses neue chirale Licht mathematisch beschrieben 4/2020

FORSCHUNGSWELT

und ihr Modell getestet. Dazu haben sie simuliert, wie diese Lichtstrahlen mit chiralen Molekülen wechselwirken. Darüber hinaus gelang es ihnen zu zeigen, wie man solches Licht im Labor erzeugt – und zwar indem man zwei konvergierende Laserstrahlen unterschiedlicher Frequenz miteinander verschmilzt. Die Wissenschaftler können die Händigkeit dieses synthetischen chiralen Lichts kontrollieren, indem sie mit der Phasenverschiebung zwischen den verschiedenen Frequenzen «spielen».

Dadurch lässt sich auswählen, welche Art von Molekülen intensiv mit diesem Licht wechselwirken. «Synthetisches chirales Licht wird durch vollkommen neue intrinsische Symmetrieeigenschaften für elektromagnetische Felder beschrieben, was

sehr spannend ist», sagt der zweite Erstautor der Studie Ofer Neufeld, Doktorand in der Physikabteilung des Israel Institute of Technology.

Die Forscher sehen eine Vielzahl möglicher Anwendungen für ihr neues Verfahren in Chemie und Biologie. Synthetisches chirales Licht könnte es etwa ermöglichen, chirale chemische Reaktionen in Echtzeit zu beobachten oder auch einen Wechsel bei der Händigkeit von Molekülen nachzuweisen. «Wir hoffen auch, diesen neuen Ansatz nutzen zu können, um Moleküle mit entgegengesetzter Händigkeit mit ultraschnellen Lasern räumlich voneinander zu trennen», erklärt Prof. Dr. Olga Smirnova, Professorin an der TU Berlin und Leiterin einer Theoriegruppe am MBI.

Originalpublikation David Ayuso et al., «Synthetic chiral light for efficient control of chiral light–matter interaction Smirnova», Nature Photonics (2019); DOI: 10.1038/s41566-019-0531-2

Kontakt Dr. David Ayuso Max-Born-Institut (MBI) im Forschungsverbund Berlin e.V. Max-Born-Strasse 2A D-12489 Berlin +49 30 6392 1364 david.ayuso@mbi-berlin.de www.mbi-berlin.de

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FORSCHUNGSWELT

Dreifach-koordiniert

Lewis-Supersäuren auf Phosphorbasis

Gehen wir vom Zentralatom einer dreifach-koordinierenden Verbindung aus, so existieren für die Elemente der Gruppe 13 jeweils neutrale und für die Gruppe 14 entsprechend kationische Lewis-Säuren. Eine isoelektronische Variante für die Gruppe 15 war bis jetzt nicht möglich darzustellen.

«Wir verwenden spezielle Substituenten, die die Elektrophilie des Phosphor-Atoms regulieren. Dadurch lässt sich die Reaktivität der Verbindungen etwas reduzieren, so dass sie als kristalline Feststoffe isoliert werden können. Das ist ein wichtiger Fortschritt auf dem Gebiet der Lewis-Säurechemie», betont Dr. Fabian Dielmann, der eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Universität Münster leitet. Bisher sind nur wenige Lewis-Supersäuren mit ähnlich hoher Elektrophilie synthetisiert worden.

Allerdings unterscheiden sie sich in ihrer Reaktivität von den neuartigen Phosphorverbindungen. Letztere ermöglichen neue Aktivierungsmechanismen für die Umwandlung besonders reaktionsträger Moleküle, was ihre Einsatzmöglichkeiten in der Synthesechemie erweitert.

Hintergrund, Methode und Ausblick Die Entwicklung hochgradig elektrophiler Verbindungen hat gerade in jüngster Zeit den Weg für viele wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Lewis-Säurechemie geebnet. Für lange Zeit bestand die Annahme, dass derartige Verbindungen in kondensierter Phase nicht in freier Form existieren können. Erst durch die geschickte Wahl von voluminösen Substituenten und die Verwendung schwach-koordinierender Gegen-Ionen gelang den Chemikern J. B. Lambert und C. A. Reed im Jahr 2002 die 32

Bild: Arbeitsgruppe Dielmann

Chemikern der Universität Münster gelang erstmals die Herstellung von dreifach koordinierten Lewis-Supersäuren auf Phosphorbasis. Bislang konnte dieser Verbindungstyp aufgrund seiner besonders ausgeprägten elektrophilen Eigenschaft weder in flüssigem noch festem Zustand isoliert werden. Durch die Verwendung spezieller Substituenten konnten die Forscher die Reaktivität der Verbindungen minimieren, so dass sie als kristalline Feststoffe isoliert werden konnten.

Struktur und kristalliner Zustand (im Gläschen) der neuartigen Lewis-Supersäure. Deutlich erkennbar ist die Dreifachkoordination.

erstmalige Isolierung dreifach-koordinierender Silizium-Ionen. Fast zwei Jahrzehnte nach diesem Durchbruch zeigt die Arbeit der Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Dielmann nun – entgegen der bisherigen Annahmen – dass auch die Synthese strukturell ähnlicher Lewis-Supersäuren auf Phosphor-Basis möglich ist.

Da die Phosphor-Supersäuren ausgesprochen reaktionsfreudig sind, muss der Umgang mit ihnen unter Ausschluss von Luft und Feuchtigkeit erfolgen. Nach der Herstellung wurden die Verbindungen als weis­ se kristalline Feststoffe gewonnen und ihre Eigenschaften NMR-spektroskopisch, massenspektrometrisch und mittels der Einkristall-Röntgenstrukturanalyse untersucht. Zum Verständnis der elektronischen Struktur und zur Berechnung der Elektrophilie führten die Chemiker quantenmechanische Rechnungen durch. Mit ihrer

Arbeit stellen die Chemiker eine Methodik vor, wie sich äusserst elektrophile Verbindungen durch die Verwendung spezieller Substituenten stabilisieren lassen. Sie gehen davon aus, dass die Übertragung des zugrundeliegenden Verfahrens auf andere bisher als «nicht existenzfähig» eingestufte Verbindungsklassen, die Herstellung weiterer hochgradig elektrophiler Verbindungen vorantreiben wird.

Originalpublikation P. Mehlmann, T. Witteler, L. F. B. Wilm und F. Dielmann, «Isolation, characterization and reactivity of three-coordinate phosphorus dications isoelectronic to alanes and silylium cations», Nature chemistry (2019); DOI: 10.1038/s41557-019-0348-0 Medienmitteilung Universität Münster www.uni-muenster.de 4/2020

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FORSCHUNGSWELT

Ein mögliches Implantat

Kernspintomograph auf einem Chip

Die wissenschaftliche Arbeitsgruppe um Klaus Scheffler vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik und der Universität Tübingen sowie Jens Anders von der Universität Stuttgart haben hiermit einen technologischen Brückenschlag geschafft, der die bisher eng gesetzten elektrophysikalischen Grenzen klassischer Hirnscan-Methoden sprengt. Die haarfeine Sonde besteht aus einem winzigen Magnetresonanztomographen und kombiniert die Vielseitigkeit bekannter räumlicher MRT-Analysen mit der Genauigkeit eines implantierbaren Sensors, der an einem Punkt im Gehirn neuronale Ereignisse in Echtzeit messen kann.

«Unser neuartiges Konzept, einen Kernspinresonanzdetektor auf einem winzigen Chip unterzubringen ermöglicht es uns, die typischen elektromagnetischen Störungen von Magnetresonanzsignalen erheblich zu verringern und viel feinere und sowohl zeitlich als auch räumlich hochaufgelöste Daten zu erhalten. So können wir Neurowissenschaftler erstmals sehr präzise Informationen aus winzigen Bereichen des Gehirns generieren und mit bildgebenden Informationen zur Hirnphysiologie kombinieren», erklärten die Hauptautoren der Publikation Klaus Scheffler und Jens Anders. «Mit dieser Methode können wir somit nun spezifische Aktivitäten und Funktionalitäten im Gehirn sehr viel besser verstehen und auch Unregelmässigkeiten von Hirnfunktionen ausmachen.»

Laut Scheffler und seiner Gruppe könnte ihre Erfindung die Möglichkeit eröffnen, Mechanismen oder Aktivierungsmuster neuronaler Aktivität bis hin zu spezifischen, insbesondere krankhaften, neuro­ nalen Funktionen im Hirngewebe zu entdecken. «Unsere Sonde ist technisch auch skalierbar, das heisst, es besteht die Mög34

Bild: AMPl für biologische Kybernetik

Neurowissenschaftler und Elektroingenieure aus Deutschland und der Schweiz haben ein Implantat entwickelt, das Forschern erstmals hochauflösende Daten zur neuronalen Aktivität im Gehirn liefert. Die in «Nature Methods» vorgestellte Erfindung ermöglicht die Kombination räumlicher Informationen zur Hirnphysiologie mit Erkenntnissen zu Wechselwirkungen von Nervenzellen in Echtzeit. Diese Neuheit integriert die Funktionalität eines Magnetresonanztomographen (MRT) auf einem winzigen Chip.

Illustration des Miniatur-MRT im Hirngewebe.

lichkeit, Daten aus mehr als einem einzigen Bereich des Gehirns zu erfassen. So zum Beispiel aus angrenzenden Hirnarealen – dies aber auf demselben winzigen Implantat», erklärt Scheffler weiter. «Die Skalierbarkeit der verwendeten Technologie ermöglicht darüber hinaus auch die Integration weiterer Messmodalitäten wie z. B. elektrophysiologischer oder optogenetischer Sensoren im selben Implantat», ergänzt Anders.

Tiefere Einblicke ins Gehirn Die Teams aus Tübingen und Stuttgart sind sehr zuversichtlich, dass ihr technischer Ansatz dazu beitragen kann, die komplexen physiologischen Prozesse neuronaler Netzwerke des Gehirns präzise zu erfassen und zusätzliche Merkmale zu entdecken, die noch tiefere Einblicke in die komplexe Funktionalität des Gehirns ermöglichen. Mit dem Ziel, neue Technologien zu entwickeln, die in der Lage sind, die strukturelle und biochemische Zusammensetzung des Gehirns zu verstehen, ebnet diese neueste Innovation den Weg für zukünftige hochspezifische Kartierungstechniken, bioenergetische Prozesse

in Gehirnzellen und die Aktivität und Aufgabe einzelner Neuronen zu verstehen.

Originalbeitrag Jonas Handwerker et al., «A CMOS NMR needle for probing brain physiology with high spatial and temporal resolution», Nature Methods (2019) Kontakt Prof. Dr. Jens Anders Universität Stuttgart Institut für Intelligente Sensorik und Theoretische Elektrotechnik Pfaffenwaldring 47 D-70569 Stuttgart +49 711 685 67250 jens.anders@iis.uni-stuttgart.de www.uni-stuttgart.de Prof. Dr. Klaus Scheffler Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik Universität Tübingen Max-Planck-Ring 8-14 D-72076 Tübingen +49 7071 601 701 klaus.scheffler@tuebingen.mpg.de www.kyb.tuebingen.mpg.de

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UMWELT

Bessere Arbeitsbedingung – geringere Emissionen

Deutliche Hitzereduktion im Strassenbau Sich stauende Hitze, heisse Dämpfe und laute Maschinen – das Asphaltieren von Strassen ist definitiv ein Knochenjob. Forschende haben analysiert, ob und wie viel schädliche Emissionen entstehen, wenn regulärer «Heissasphalt» oder aber sogenannter Warmasphalt verlegt wird. Resultat: Der ökologischere Warmasphalt sticht auch in Sachen Emissionen die herkömmliche Methode aus.

Asphalt ist eine heisse Sache. Normaler­ weise wird er bei 160 °C gemischt, trans­ portiert und anschliessend von den Stras­ senbauern bei ungefähr 150 °C verlegt.

Das ist nicht nur für die Arbeiter eine Be­ lastung; auch der ökologische Fussab­ druck von Asphalt ist aufgrund des hohen Energieverbrauchs und der daraus resul­ tierenden CO 2 -Emissionen immens. Eine Lösung bietet der sogenannte Warmas­ phalt. Dieser wird lediglich auf 100 bis 140 °C erhitzt und bei noch niedrigeren Temperaturen verlegt. Also deutlich ange­ nehmer für die Arbeiter und erst noch erheblich weniger energieaufwendig. For­ schende der Empa haben nun in einer Studie gezeigt, dass verschiedene Arten von Warmasphalt nicht nur in Sachen Ökologie und (buchstäblich) Arbeitsklima die Nase gegenüber normalem Heissas­ phalt vorne haben. Auch die schädlichen Emissionen sind beim Verlegen von War­ masphalt deutlich geringer. Je nach Bin­ demittel im Asphalt sind Schadstoffe in verschiedenen Mengen enthalten – dar­ unter auch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die in kleinen Konzentrationen auch natürlich in Kohle und Erdöl vorkommen. Grosse Mengen an PAK sind in Teer enthalten, der viele Jahre lang im Strassenbau eingesetzt wur­ de. Durch das Recycling von eben diesen teerhaltigen Belägen gelangte er in Form von Asphaltgranulat in den Recyclingkreis­ lauf – und setzt bei erneutem Erhitzen PAK frei. Mittlerweile kommt im Strassen­ bau statt Teer Bitumen zum Einsatz.

Doch auch das birgt ein Emissionsrisiko:

¹ Empa, Dübendorf

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Bilder: Empa

Cornelia Zogg ¹

Wissenschaftlicher Strassenbau: Bauarbeiter verlegen zusammen mit den Forschern den Asphalt.

Durch die Verdampfung von leichtflüssi­ gen Bitumenkomponenten und durch die Abbaureaktion von Bitumen bei hohen Temperaturen entstehen flüchtige organi­ sche Kohlewasserstoffe (TVOC). Bei bei­ den Schadstoffen gilt also: Je niedriger die Temperatur bei Herstellung und Ver­ arbeitung, desto weniger Schadstoffe ge­ langen in die Luft.

Feldforschung einmal anders Die Analysen dazu fanden direkt am Ort des Geschehens statt. Kerstin Zeyer und Joachim Mohn aus der Empa-Abteilung «Luftfremdstoffe/Umwelttechnik» statte­ ten Maschinen und Bauarbeiter mit Mess­ systemen aus, die die Emissionen direkt am Entstehungsort erfassten. Pro unter­ suchter Asphaltart (insgesamt vier War­ masphaltarten und ein herkömmlicher As­ phalt) haben die Arbeiter je zwei Kilometer Strasse verlegt und dabei Daten gesam­ melt. Eine aufwendige Angelegenheit, denn nach jedem Abschnitt mussten sämtliche Geräte ausgewechselt werden. Zusätzlich zur Feldforschung hat das Team auch La­

borversuche durchgeführt, um die Plausibi­ lität der Feldmessungen zu überprüfen – und kam zum gleichen Resultat. Ganze 90 Prozent weniger Gesamtpartikel haben die Warmasphalte gegenüber dem regulären Asphalt ausgestossen und 50–70 % weni­ ger flüchtige organische Kohlenwasserstof­ fe gemessen. Allerdings liegen alle Emissi­ onswerte – unabhängig von der Art des Asphalts – deutlich unter dem für die Ar­ beiter schädlichen Niveau. Bei dieser her­ vorragenden Bilanz in Sachen Ökologie und Gesundheit am Arbeitsplatz stellt sich die Frage, warum die Schweiz nicht längst auf Warmasphalt umgestellt hat. «Das ist leider nicht so einfach», erklärt Martin Hugener von der Empa-Abteilung «Strassenbau/Ab­ dichtungen». «Denn sämtliche Produktions­ anlagen sind noch auf die Herstellung von regulärem Heissasphalt ausgelegt.» Kon­ kret: Die Brenner der Mischanlagen müss­ ten überall optimiert werden, um Warmas­ phalt in grossem Stil herstellen zu können.

Medienmitteilung Empa www.empa.ch 35

UMWELT

Stickstoffoxide im Gras

Feldmessungen von Lachgasisotopen Dank eines neu entwickelten Laserspektrometers können Empa-Forschende erstmals aufzeigen, welche Prozesse im Grasland zu Lachgasemissionen führen. Ziel ist es, durch ein besseres Verständnis der in den Böden ablaufenden Prozesse die Emissionen dieses potenten Treibhausgases zu verringern.

Lachgas (N2O) ist eines der wichtigsten Treibhausgase. In der Atmosphäre kommt es zwar deutlich seltener vor als Kohlendioxid (CO2), ist aber rund 300-mal so klimaschädlich. Lachgas verbleibt mehr als 100 Jahre in der Atmosphäre und trägt dort zur Erderwärmung bei. Zudem schädigt Lachgas die Ozonschicht. Die grösste Emissionsquelle von Lachgas sind Böden – insbesondere gedüngte, aber auch naturbelassene. Forschende weltweit suchen nach Wegen, um Lachgasemissionen zu verringern. Doch die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen. «Man weiss zwar, dass beispielsweise nach dem Düngen oder nach Regenfällen mehr Lachgas aus dem Boden entweicht. Aber welche Prozesse im Boden genau ablaufen, ist noch wenig erforscht», sagt der Empa-Emissions- und Isotopenforscher Joachim Mohn.

Empa-Forschende haben daher ein Laserspektrometer entwickelt, mit dem im Feld äusserst präzise Messungen möglich sind. «Man sieht genau, welche Isotopenzusammensetzung das gemessene Lachgas hat. Also beispielsweise, ob das Stickstoffatom mit einem zusätzlichen Neutron in der Mitte des Moleküls oder aber am Rand sitzt», erklärt Mohn. Die spezifische Bestimmung der Isotope lasse Rückschlüsse auf die Entstehungsprozesse des Lachgases zu. «Ausserdem kann mit den Isotopenmessungen abgeschätzt werden, inwieweit das schädliche Lachgas im Boden zu unschädlichem Stickstoff abgebaut wird.» Lachgas bildet sich bei verschiedenen mikrobiellen Prozessen. Es kann als Nebenprodukt der

¹ Empa, Dübendorf

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Bild: Empa

Olivia Götschi ¹

Empa-Forscher Erkan Ibraim kontrolliert eine der Flusskammern, die Lachgasemissionen aus dem Boden auffangen.

Lachgas ist nicht gleich Lachgas Lachgas (N2O) setzt sich aus zwei Stickstoff- und einem Sauerstoffatom zusammen.

Stickstoff und Sauerstoff kommt in verschiedenen natürlichen Isotopen vor. 99 Prozent aller Stickstoffatome bestehen aus sieben Protonen und sieben Neutronen und haben eine atomare Masse von 14; das Isotop heisst dementsprechend 14N. 15N hat ein Neutron mehr und ist mit einer Häufigkeit von lediglich 0,4 Prozent äusserst selten. Das häufigste Lachgas-Molekül ist demzufolge 14N14N16O. Ein Lachgasmolekül mit einem 15N- und einem 14N-Atom, beispielsweise 15N14N16O, ist etwas schwerer und verhält sich daher auch etwas anders. Und genau diese Unterschiede «erkennt» das neue Empa-Laserspektrometer. Die Isotopenzusammensetzung des Lachgases dient dann – wie eine Art Fingerabdruck – als Hinweis, bei welchem mi­krobiellen Prozessen das Gas entstanden ist.

Nitrifikation und als Zwischenprodukt bei der Denitrifikation entstehen. Bei der Nitrifikation wird Ammonium, etwa aus Dünger, zu Nitrat oxidiert. Bei der Denitrifikation wird Nitrat in Stickstoff umgewandelt.

«Die Empa, aber auch andere Forschungseinrichtungen, untersuchen, welcher biochemische Prozess in einem Bakterium bevorzugt welches Lachgas-Isotop bildet», so Mohn (siehe Box). Aufbauend auf diesen Erkenntnissen haben Empa-Forschen4/2020

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Treibhausgasemissionen der Schweiz (Lachgas) 10 9 8

N2O in 1000 t

Bild: Bafu, modifizier t von Roger Bieri

7 6 5 4 3 2 1 0 1990

1995

2000

2005

2010

2015

Treibhausgasemissionen (nur Lachgas) für die Schweiz im Zeitraum von 1990 bis 2017.

de gemeinsam mit Wissenschaftlern der ETH Zürich und des Karlsruher Instituts für Technologie über mehrere Monate in Bayern mehr als 600 Laserspektrometer-Messungen über Grasland durchgeführt und so die Isotopenzusammensetzung des emittierten Lachgases analysiert. Gleichzeitig haben die Forschenden Einflussgrössen wie die Feuchtigkeit des Bodens, Nährstoffgehalte, Lufttemperatur, Windgeschwindigkeiten und den Zeitpunkt von Niederschlägen und Düngungen aufgezeichnet. Ein Novum, wie Joachim Mohn erklärt: «Über einem Boden kontinuierlich zu messen, war mit den bisherigen massenspektrometrischen Messgeräten schlicht unmöglich. Dank unserem neuen Gerät können wir nun hochpräzise Messungen im Feld durchführen und die so erhaltenen Ergebnisse, etwa von Grasland, mit denjenigen aus dem Labor vergleichen.»

Die Forschenden überprüfen nun mit den ersten Feldmessungen, ob bisherige Emissionsmodelle gute Vorhersagen erlauben oder wie sie allenfalls verbessert werden können. Mohn: «Bisher konnte man nur

sagen, ob ein Modell zur Prognose der Lachgasemission den Zeitpunkt und die Menge richtig widergibt. Bestimmt man dazu noch die Isotopensignatur, dann weiss man auch gleich, ob das Modell die Entstehungsprozesse für Lachgas richtig voraussagt.» Dies sei ein enorm wichtiger Schritt für die Lachgasforschung, sagt der Empa-Forscher. «Das Fernziel ist, die Lachgasemissionen aus natürlichen und landwirtschaftlich genutzten Böden zu reduzieren.» Bis dahin sei es allerdings noch ein weiter Weg. «Aber einen ersten Meilenstein haben wir nun immerhin erreicht», so Mohn.

Kontakt Dr. Joachim Mohn Empa Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 46 87 joachim.mohn@empa.ch www.empa.ch

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Bild: Shutterstock

UMWELT

Erwärmungen von gerade mal einem Grad Celsius können ganze Ökosysteme wie hier im Wägital im Kanton Schwyz langfristig ändern.

Kurze Experimente nicht präzise genug

Die Erderwärmung und die Ökosysteme Ein internationales Team untersuchte in einem einzigartigen Experiment die Reaktionen des subarktischen Graslands auf mehr als 50 Jahre Erwärmung. Die Wissenschafter fanden heraus, dass eine langfristige Erwärmung zu neuen Gleichgewichtszuständen führt, sich Ökosysteme also nicht an höhere Temperaturen anpassen und dass kurzfristige Experimente keine guten Vorhersagen über langfristige Änderungen zulassen. Die Ergebnisse wurden in «Nature Ecology and Evolution» publiziert.

Ökosysteme bestehen aus einer Vielzahl an Organismen, Pflanzen, Mikroorganismen und Tiere, die miteinander und mit der un­ belebten Natur in komplexer Weise inter­ agieren. Reaktionen von Ökosystemen auf den globalen Klimawandel vorherzusagen ist daher sehr schwierig – die meisten Er­ wärmungsexperimente, mit denen man die Effekte erhöhter Temperaturen auf Ökosys­ teme untersucht, bearbeiten aus diesem Grund nur die Effekte auf einen oder einige wenige Organismen, was aber die Interak­ tionen in Systemen nicht miteinschliesst.

Dazu laufen Erwärmungsexperimente nor­ malerweise nur über relativ kurze Zeiträu­ me, etwa fünf bis maximal 15 Jahre, auch weil die derzeitigen Forschungsförderinstru­ mente Projekte über längere Zeiträume nicht unterstützen.

Die Reaktion von Ökosystemen auf länger­ fristige Erwärmung ist daher nicht präzise 38

Die Forscher untersuchten, wie sich eine kurzfristige, aber auch eine langfristige Erwärmung auf das Ökosystem auswirkt.

4/2020

UMWELT

von nur 1 °C die Ökosysteme langfristig signifikant verändern.

Bilder: Andreas Richter

Interdiszi­plinäre Forschung nötig

Langfristige Prognosen über den Effekt der Klimaerwärmung auf komplexe Ökosysteme sind aus kurzfristigen Experimenten nur schlecht ableitbar.

genug vorauszusagen. Nun hat ein interna­ tionales und interdisziplinäres Konsortium über viele Jahre Daten von mehr als 120 Organismen und Prozessen erhoben. Die Forschenden untersuchten, wie sich eine kurzfristige (5–8 Jahre), aber auch eine langfristige (mehr als 50 Jahre) Erwärmung auf das Ökosystem auswirkt. Die Studie nutzte dazu die natürliche Erwärmung von Böden durch geothermale Aktivität in Is­ land, um so auch die Folgen jahrzehntelan­ ger Erwärmung zu untersuchen – ein welt­ weit einzigartiges Experiment.

«Die Erwärmung über Jahrzehnte hat das Ökosystem aus dem bestehenden in ein neues Gleichgewicht gebracht: Verringer­ ter Artenreichtum, geänderte Artenzusam­ mensetzung, deutlich geringere Biomasse und drastisch weniger Kohlenstoffspeiche­ rung im Boden waren die Folge», sagt Andreas Richter vom Zentrum für Mikro­ biologie und Umweltsystemforschung der Universität Wien. «Das bedeutet, dass sich natürliche Ökosysteme mit langfristiger Erwärmung permanent verändern und sich

eben nicht in einer Art und Weise an er­ höhte Temperaturen anpassen, dass nach einer initialen Veränderung alles wieder ‹beim Alten› ist».

Abweichungen von über 100 Prozent Das Experiment machte auch starke Unter­ schiede zwischen kurzzeitiger und langfris­ tiger Erwärmung deutlich. «Etwa drei Vier­ tel der von uns untersuchten Prozesse zeigten eine deutlich andere Reaktion nach fünf bis acht Jahren Erwärmung als nach mehr als 50 Jahren. Würde man nur die kurzfristigen Messungen für Modell­ rechnungen heranziehen, schätzt man den Effekt der langfristigen Erwärmung falsch ein – und zwar im Schnitt um mehr als 100 Prozent», erklärt Tom Walker, Senior Researcher an der ETH Zürich und frühe­ rer Postdoc am Department für Mikrobio­ logie und Ökosystemforschung der Univer­ sität Wien. Vor allem wäre auch nicht zu erkennen, dass sogar kleine Erwärmungen

Fazit der Wissenschafterinnen und Wissen­ schaftler: Langfristige Prognosen über den Effekt der Klimaerwärmung auf komplexe Ökosysteme sind aus kurzfristigen Experi­ menten nur schlecht ableitbar, mit all den negativen Konsequenzen, die das für die Gesellschaft hat. «Wir benötigen möglichst präzise Voraussagen über zukünftige Ent­ wicklungen. Das bedeutet auch, dass wir dringend längere und integrative Ökosys­ tem-Experimente brauchen, damit wir Erd­ systemmodelle mit den notwendigen Da­ ten füttern können», so Andreas Richter. Er appelliert an die Forschungsförderungsor­ ganisationen, auch langfristige, interdiszipli­ näre Forschungsvorhaben zu unterstützen.

«Gesellschaftliche Anpassungsstrategien laufen nämlich ins Leere, wenn wir nicht voraussagen können, wie sich Klimaerwär­ mung auf unsere Natur auswirken wird», schliesst Richter.

Originalbeitrag Tom W. N. Walker et al., «A systemic over­ reaction to years versus decades of war­ ming in a subarctic grassland ecosystem», Nature Ecology & Evolution (2019); DOI: 10.1038/s41559-019-1055-3

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Andreas Richter Zentrum für Mikrobiologie und Umwelt­ systemwissenschaft Universität Wien Althanstrasse 14 A-1090 Wien +43 1 4277 76660 andreas.richter@univie.ac.at www.univie.ac.at

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VERFAHRENSTECHNIK

Additive Fertigung

Zertifizierte Zulieferer sichern Qualität Der 3-D-Druck ist das Fertigungsverfahren der Zukunft – auch in der chemischen Industrie. Mit dem selektiven Laserschmelzen lassen sich geometrisch anspruchsvolle und selbst sicherheitsrelevante Metallbauteile herstellen.

Fehlende Erfahrung mit der neuen Technik und den Materialien erfordert jedoch ein verlässliches Qualitätsmanagement. Rosswag Engineering und TÜV Süd zeigen, wie Hersteller die Bauteilqualität nachweisbar und reproduzierbar sichern.

Gunther Kuhn ¹, Gregor Graf ² Das Selektive Laserschmelzen (SLM, engl. «selective laser melting») zählt zu den additiven Fertigungsverfahren im Pulverbett. Ähnlich wie auch beim Lasersintern oder dem Elektronenstrahlschmelzen wird dabei ein pulverförmiger Werkstoff schichtweise durch Energieeintrag aufgeschmolzen. Beim Abkühlen entsteht daraus die gewünschte Bauteilgeometrie. Stahl, Nickel- und Kobaltlegierungen sowie Titan-Leichtbauwerkstoffe lassen sich so oder über ergänzende Verfahren hochpräzise verarbeiten.

Die Möglichkeiten der additiven Fertigungsverfahren (AM, engl. «additive manufacturing») sind scheinbar unbegrenzt – gerade im Vergleich zu den konventionellen Verfahren der Metallbearbeitung. Ohne lange Vorlaufzeiten – etwa zur Gussformherstellung – können Bauteile sehr materialeffizient produziert werden. Überschüssiges Pulver kann in der Regel wiederverwendet werden. Aufwendige Nachbearbeitungen sind selten nötig und das Bauteildesign kann mit funktionsoptimierten Mehrwerten, wie beispielsweise integrierte Kanalstrukturen, konstruiert und hergestellt werden. Sogar drucktragende Bauteile für die chemische Industrie, wie Reaktoren, Druckbehälter, Rohrleitungen oder Ventile lassen sich additiv fertigen.

Die Prozesse und Verfahren sind jedoch bislang wenig evaluiert und es gibt noch keine verbindlichen Standards oder tech-

¹ TÜV Süd Industrie Service, München ² Rosswag, Pfinztal

40

Bilder: Rosswag

Standards fehlen

Geschmolzenes Metall wird beim Verdüsen zu feinen Tropfen zerstäubt und erstarrt schliesslich zu Pulverpartikeln.

nischen Regeln. Bestehende Normen lassen sich noch nicht auf AM-Verfahren anwenden. Belastbare Daten, etwa zur Zugfestigkeit oder Kerbschlagzähigkeit, liegen noch nicht vor und die Bauteile lassen sich auch nicht immer zerstörungsfrei prüfen. Hersteller können ihre Produkte daher nur bedingt zertifizieren und eine konstante Qualität nur schwer nachweisen.

Auch gibt es keine festgelegten Anforderungen an die Fachkräfte. Offene Haftungsfragen und eine allgemeine Rechtsunsicherheit sind die Folge.

Ausgangsmaterial muss passen Die Qualität des Werkstoffs ist beim Laserschmelzen von zentraler Bedeutung.

Über Rosswag Engineering Rosswag Engineering gehört zur Rosswag GmbH aus Pfinztal bei Karlsruhe.

Der Familienbetrieb mit über 200 Mitarbeitern wurde 1911 gegründet und hat über 100 Jahre Erfahrung mit Metallwerkstoffen. Er gilt als weltweit führender Lieferant von gewalzten Ringen und Freiformschmiedeprodukten bis 4,5 t Stückgewicht. Die 2014 etablierte Engineering-Division bietet Ingenieurleistungen und additive Fertigungsverfahren in einer ganzheitlichen Prozesskette an. Im Jahr 2019 hat TÜV Süd Industrie Service Rosswag Engineering als ersten Metallpulver-Hersteller erfolgreich zertifiziert.

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VERFAHRENSTECHNIK

Grundlagen der TÜV Süd-Zertifizierung Das AD-2000-Regelwerk konkretisiert die grundlegenden Sicherheitsanforderungen der europäischen Druckgeräterichtlinie (DGRL). Diese betreffen neben den Mitarbeitern und Werkstoffen die Fügeverfahren und Qualifizierungsprüfungen. TÜV Süd Industrie Service hat in seinem neuen Zertifizierungsprogramm zudem seine jahrelange Erfahrung mit Werkstoffen und in der Schweisstechnik eingebracht. Weitere Inhalte sind die Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit der Werk- und Grundstoffgruppen sowie der Nachweis ihrer Sicherheit und Eignung für die additive Fertigung.

Die Zusammensetzung der Legierung muss exakt auf den individuellen Einsatzzweck abgestimmt sein. Bislang gibt es dafür kaum Standardlegierungen. Die Nachfrage wächst indes stetig mit den neuen Anwendungsmöglichkeiten. Das spezielle Schmelzverfahren stellt jedoch auch besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. So dürfen sich etwa die Schmelzpunkte der einzelnen Materialien nicht stark unterscheiden.

Stoffe mit niedrigem Schmelzpunkt müssen zu Beginn des Prozesses «zulegiert» werden, um die nötigen chemischen Eigenschaften zu erreichen.

Auch Grösse und Form der einzelnen Partikel, der Feinanteil und die Restfeuchte haben entscheidenden Einfluss, etwa auf die Fliessfähigkeit oder die Schüttdichte des Pulvers. Sind diese nicht gleichmässig, wirkt sich das in der Regel negativ auf die Verarbeitbarkeit aus. Das Partikelvolumen sollte dem Bauteilquerschnitt angepasst werden. Bei grossen Querschnitten sollten Pulver mit grossvolumigen Partikeln benutzt werden, weil diese die hohen Energieeinträge des Lasers eher tolerieren. Zu kleine Partikel können bei den hohen Verarbeitungstemperaturen zu schnell verdampfen. Das führt zu Unregelmässigkeiten bei der Materialdichte bis hin zu Poren.

Letztere können auch durch Feuchtigkeit entstehen, wenn der Laser die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Nicht nur die Pulverherstellung erfordert deshalb Sorgfalt. Auch bei Trans4/2020

port, Lagerung und Verarbeitung sollte die Prozesskette geschützt werden.

Anlagen überwachen, Prozesse simulieren Hinzu kommt, dass es noch keine ausreichenden Erfahrungswerte zum Einfluss der eingesetzten Maschinen gibt. So lässt sich schwer beurteilen, wie sich ein Wechsel der Geräte auf die Produktqualität auswirkt. Bisweilen variieren die Material­ eigenschaften innerhalb eines Werkstückes.

Das kann daran liegen, dass je nach Belichtungsfläche unterschiedliche Temperaturen entstehen, oder der Schweissschmauch den Laser beeinflusst. Nicht zuletzt muss berücksichtigt werden, dass jede Anlage andere Eigenschaftsprofile aufweist, die sich auf die Prozesssicherheit auswirken.

Voraussetzung für eine verlässliche Produktqualität sind daher kalibrierte Anlagen und Prozesse, die reproduzierbar und lückenlos rückverfolgbar sind. Zur Überwachung des Ausgangsmaterials kommt die fortlaufende Prüfung der Endprodukte. Produktionsbedingungen und Qualitätsstandards sollten für die jeweilige Produktionslinie definiert werden. Insbesondere bei Produkten, für die eigene Sicherheitsrichtlinien gelten, wie etwa sicherheitsrelevante oder druckbelastete Bauteile, sollten die Validierungen und Risikoanalysen bereits in der Designphase ausgewertet werden.

Praktische Umsetzung Simulationen und «digitale Zwillinge» der Anlagen ergänzen ein kontinuierliches Monitoring. Das auf den Metall-3-D-Druck spezialisierte Unternehmen Rosswag Engineering erstellt mithilfe der Prozesssimulationssoftware Ansys Additive Suite ein virtuelles Abbild des Bauprozesses. Mass­ abweichungen, Eigenspannungen und Wärmeleiteigenschaften lassen sich so berechnen. Die Konstruktion kann daraufhin optimiert werden – etwa durch angepasste Geometrien oder Stützstrukturen.

Mit den dabei entstehenden Datensätzen zu den Prozessparametern sowie den mechanisch-technologischen, chemischen und metallographischen Eigenschaften der Werkstoffe lassen sich Bezüge zwischen den Bauteileigenschaften und dem eingesetzten Verfahren herstellen. Die Produk-

Mit Selektivem Laserschmelzen (SLM) lassen sich auch komplexe Geometrien realisieren.

Grösse und Form der erstarrten Pulverpartikel sind für die Qualität des Bauteils entscheidend.

tion startet erst, wenn alle Parameter und Prozesse anhand der Simulationen optimiert wurden.

TÜV Süd hat, basierend auf dem AD-­ 2000-Regelwerk für Druckgeräte und den Sicherheitsanforderungen der europäischen Druckgeräterichtlinie (DGRL), das Zertifizierungsprogramm «Additive Manufacturer» entwickelt. Es umfasst die Qualitätssicherung, die Rückverfolgbarkeit sowie den Nachweis der Fertigungssicherheit für bestimmte Werkstoffgruppen und der Eignung von Metallpulvern. Rosswag Engineering hat bereits die Herstellung, Prüfung und Qualifizierung seiner Metallpulver danach begutachten und erfolgreich zertifizieren lassen.

Kontakt TÜV Süd Industrie Service GmbH Westendstrasse 199 D-80686 München +49 89 5791 2827 gunther.kuhn@tuev-sued.de www.tuvsud.com/de-is Rosswag GmbH August-Rosswag-Strasse 1 D-76327 Pfinztal (Karlsruhe) +49 7240 94 10 131 info@rosswag-engineering.de www.rosswag-engineering.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Blick auf die Schweizer Industrie

3-D-Druck gewinnt an Bedeutung

Die Verbreitung des 3-D-Drucks hat in der Schweiz nach der Jahrtausendwende begonnen und seit 2010 Fahrt aufgenommen.

Während im Jahr 2012 noch knapp fünf Prozent aller Firmen der schweizerischen Sachgütererzeugung mit 20 oder mehr Beschäftigten 3-D-Drucker verwendeten, sind es heute bereits 24 Prozent. Bis 2021 werden es 31 Prozent sein (siehe Grafik). Das zeigt die Studie «European Manufacturing Survey – Schweiz», die seit 2001 von der Hochschule Luzern regelmässig durchgeführt wird. Am häufigsten wird 3-D-Druck in der Elektro- und Elektronikindustrie und im Fahrzeug- und Maschinenbau eingesetzt. Aufholpotenzial gibt es in den Sektoren Nahrungsmittel, Holz und Papier sowie in der Chemiebranche. Vielfach wird der 3-D-Druck im Prototyping verwendet. «Der regelmässige Einsatz im Prototyping senkt die Einstiegshürden, um diese Technologie auch in der Fertigung zu implementieren», erläutert Jan Kraner, Leiter der Studie und Dozent an der Hochschule Luzern. In der Fertigung ermöglicht die Technologie die Produktion in kleinen Mengen. «Dadurch eignet sich der 3-D-Druck nicht nur für die Massenproduktion, sondern wird auch für Kleinbetriebe immer interessanter», so Kraner.

Verlagerung der Produktion zurück in die Schweiz?

Der 3-D-Druck erlaubt es, dreidimensionale Gegenstände Schicht für Schicht aus flüssigen oder festen Werkstoffen wie Pulver, Kunststoff oder Metall zu fertigen. Mit fallenden Kosten und steigender Leistungsfähigkeit von 3-D-Druckern könnte diese Technologie viele herkömmliche Produktionsprozesse ersetzen, besonders dort, wo komplizierte Strukturen erzeugt werden.

«Das würde die Herstellung vollkommen 42

Bild: HSLU

Bereits jedes vierte Industrieunternehmen in der Schweiz verwendet heutzutage die 3-D-Drucktechnologie. Bis 2021 soll gar jede dritte Firma in unterschiedlichen Branchen von dieser Technik Gebrauch machen. Das zeigen zumindest die Resultate einer Studie der Hochschule Luzern. Damit hat der 3-D-Druck das Potenzial, die Spielregeln ganzer Wirtschaftszweige grundlegend zu verändern – dies gilt auch für die Chemiebranche.

Die Verbreitung der 3-D-Drucktechnologie in der Schweiz (inkl. Prognose). Die blaue Kurve zeigt die Entwicklung fürs Prototyping (Herstellung von Nullserien, Protoypen). Die grüne Kurve hingegen stellt den prozentualen Anstieg zur Fertigung der eigenen Produkte dar.

neuer Produkte erlauben und neue Marktchancen für Unternehmen eröffnen», sagt Kraner und ergänzt: «Der 3-D-Druck hat das Potenzial, die Spielregeln der Wirtschaft zu verändern.» Eine Folge des vermehrten Einsatzes der 3-D-Drucktechnologie könne laut Kraner sein, dass der Schweizer Produktionsstandort den Billiglohnländern wieder vermehrt vorgezogen wird. «Der allgemeine Trend in der Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metall-Industrie deutet auf die vermehrte Verlagerung der Produktion zurück in die Schweiz hin», sagt Kraner. Seit 2015 sei in dieser Branche die Auslagerung ins günstige Ausland zurückgegangen.

«Neue Technologien wie der 3-D-Druck und deren Verbreitung im selben Zeitraum können bei solchen Entwicklungen eine entscheidende Rolle spielen.»

Laut den Studienautoren gibt es noch einige technologische Herausforderungen zu meistern, damit die volle Arbeitskraft der 3-D-Druck-Technologie entfacht werden kann. Das bestätigt auch Marco De Angelis, Dozent für Produktentwicklung an der Hochschule Luzern und Leiter der Hi-TechWerkstatt «FabLab», in der auch mit 3-D-Druckern gearbeitet wird. «Insbesondere bei genauen Fertigungstoleranzen und bei metallischen Werkstoffen ist beim

Arbeiten mit 3-D-Druckern noch ein hohes Mass an Nacharbeit nötig», so De Angelis. Nach dem Drucken müssen die Teile also noch aufwendig bearbeitet werden.

Dieser Arbeitsschritt ist nur schwer automatisierbar und deshalb teuer.

Vielversprechende Möglichkeiten bietet die additive Fertigung – wie der 3-D-Druck auch genannt wird – immer dann, wenn die Stückzahlen limitiert aber mit individuellen oder kundenspezifischen Eigenschaften versehen sind. «Der generative Aufbau der Bauteile erlaubt beliebige und komplizierte Formen», sagt Carsten Haack, Dozent am Institut für Maschinen- und Energietechnik der Hochschule Luzern. «Das ist insbesondere für den Leichtbau oder für Anwendungen in der Strömungstechnik spannend, beispielsweise bei der Herstellung von Düsen und komplexen Kühlkanälen.» Wie bei anderen Fertigungsverfahren müssen auch im Umgang mit der 3-D-Druck-Technologie verschiedene Grundregeln eingehalten werden, um das Potenzial voll auszuschöpfen.

Carsten Haack: «Hier ist zukünftig speziell auch die Aus- und Weiterbildung von Fachkräften gefordert.»

Medienmitteilung Hochschule Luzern www.hslu.ch 4/2020

MANAGEMENT

Risikomanagement zum Stand der Technik

Sicherheit bei technischen Neuheiten Klimademonstrationen zeigen: Was gestern noch toleriert wurde, wird heute hinterfragt. Unter Umständen mit einschneidenden Folgen. So wie sich die Wahrnehmung von Anspruchsgruppen verändert, entwickelt sich auch die Technik und mit ihr die Sicherheitsanforderungen an Maschinen und Gerätschaften in der Industrie. Angesichts der rasanten Entwicklung ist es nicht immer möglich, die richtigen Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Hierbei kann ein ausgeklügelter Risikomanagementprozess helfen.

Die Sicherheit am Arbeitsplatz ist keine Konstante. Sie ändert sich laufend und passt sich stets den technischen und gesetzlichen Gegebenheiten an. Aus juristischer Sicht spielt hierbei der Rechtsbegriff «Stand der Technik» eine wichtige Rolle. Er definiert die für den Anwender sichere und nicht gesundheitsgefährdende Gestaltung eines Betriebsmittels. Ein Betriebsmittel ist beispielsweise eine beliebige Maschine, die in der Industrie eingesetzt wird. Die Anforderungen, die der Stand der Technik stellt, beziehen sich dabei auf die ordnungsgemässe Verwendung des Betriebsmittels unter der Berücksichtigung von Interaktionen und eingesetzten Stoffen.

Der Stand der Technik Der Stand der Technik beachtet hierbei mehrere Faktoren gleichzeitig. Neben gesetzlichen und normativen Vorgaben werden ausserdem die zum aktuellen Zeitpunkt gegebenen technischen Möglichkeiten berücksichtigt – einschliesslich patentrechtlich geschützter Technologien. Ein weiterer Punkt ist die Verhältnismässigkeit der Massnahmen für die erforderliche Schutzwirkung. Auch die Kosten werden miteinbezogen.

Der Stand der Technik definiert zusätzlich die erforderlichen ergänzenden organisatorischen und personenbezogenen Schutzmassnahmen, um das Restrisiko auf ein akzeptables Mass zu reduzieren, ohne dabei Zugeständnisse an technische Schutz-

¹ Novartis, Stein AG

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Bild: ONR 49001:2014

Patrick Merkofer ¹

Bild 1: Bei einer zweigeteilten Risikomatrix definiert die Risikotoleranzgrenze, welche Kombinationen der Wahrscheinlichkeit und der Auswirkungen eines Risikos vertretbar sind oder nicht. Bei einer Risikomatrix mit drei Toleranz-Bereichen wird unterschieden zwischen den nicht vertretbaren Risiken, den bedingt vertretbaren Risiken und den ohne Handlungsbedarf vertretbaren Risiken.

massnahmen zu machen. Die Einhaltung des Stands der Technik mit Bezug zur Arbeitssicherheit wird in der Schweiz gesetzlich im Unfallversicherungsgesetz (UVG) eingefordert. Der Artikel 82 des UVG definiert die Pflichten des Arbeitgebers folgendermassen: «Der Arbeitgeber ist verpflichtet, zur Verhütung von Berufsunfällen und Berufskrankheiten alle Massnahmen zu treffen, die nach der Erfahrung notwendig, nach dem Stand der Technik anwendbar und den gegebenen Verhältnissen angemessen sind.»

Der Arbeitgeber muss also dafür sorgen, dass die Einhaltung des Stands der Technik stets überprüft wird. Er muss allenfalls die Wiederherstellung des Stands der Technik sicherstellen. In der Praxis scheitert dies oft bereits daran, dass es keine einfachen, klaren beziehungsweise eindeutigen Ja-/Nein-Kriterien für die Über-

prüfung gibt. Um den Stand der Technik zu erfüllen, ist es erforderlich, die Anforderungen an diesen zu verstehen.

Technische Expertise reicht nicht aus Die Definition zeigt die Komplexität des Stands der Technik auf. Fachwissen ist nicht nur in technischer Hinsicht erforderlich. Ebenso sind Gesetze und harmonisierte (technische) Normen zu berücksichtigen. Besondere Relevanz hat die sogenannte Maschinenrichtlinie 2006/42/ EG. Sie definiert die Pflicht zur Einhaltung des Stands der Technik, sowohl für den Inverkehrbringer einer Maschine als auch für den Betreiber. Für Letzteren ist dies relevant, weil sich der Stand der Technik stets weiterentwickelt. Die Betriebsmittel im Bestand müssen zum Beispiel mit den 43

geltenden technischen Normen abgeglichen und so überprüft werden. Falls aber keine Normen vorhanden sind, hilft eine Risikobeurteilung auf Abweichungen gegenüber dem Stand der Technik. Je nach Ergebnis sind zusätzliche technische Schutzmassnahmen umzusetzen. Die Risikomatrix (siehe Bild 1) zeigt im Bereich der bedingt vertretbaren und der nicht vertretbaren Risiken einen Handlungsbedarf auf. In diesem Zusammenhang sind zwei Kriterien besonders wichtig: – Für die Klassierung der Risiken als vertretbar / nicht vertretbar gilt es, die in der Industrie bei der Verwendung dieses Betriebsmittels gesammelten Erkenntnisse wie Auswirkung und Wahrscheinlichkeit zu berücksichtigen.

Dabei sind auch sogenannte Beinahe­ unfälle einzubeziehen. Die Risikotoleranz hängt ferner auch von internen und externen Anspruchsgruppen ab.

– Es gibt keinen absoluten Bestandsschutz. Im Schadenfall können Schadenersatzanforderungen geltend gemacht werden, sofern der Stand der Technik nicht eingehalten worden ist.

Wie häufig der Stand der Technik überprüft werden muss, hängt vom Risikopotenzial und vom technischen Fortschritt mit Bezug zum jeweiligen Betriebsmittel ab. Damit ist die Entwicklungsgeschwindigkeit zusammen mit der zusätzlichen Schutzwirkung gemeint. Andererseits wird ein Betriebsmittel nicht allein deshalb unsicher, weil ein neues, sichereres auf den Markt verfügbar ist.

Bild: ZHAW, Christian Zipper, bearbeitet von Roger Bieri

MANAGEMENT

Bild 2: Vorschlag eines Prozesses zum Stand der Technik von Betriebsmitteln, angelehnt an den Risikomanagementprozess der SN ISO 31000:2018 (Erläuterungen im Kasten).

Optimale Betriebsmittel beschaffen Die Anforderung an den Stand der Technik entsteht schon vor dem Kauf eines Betriebsmittels. Nur wenn dieses später in-

Risikomanagementprozess Schritt für Schritt – Beschaffung des Betriebsmittels (1): Es muss bekannt sein, welchen Zweck das zu beschaffende Betriebsmittel erfüllen muss.

– Die wichtigsten Unterscheidungskriterien zur Durchführung einer Risikobeurteilung mit Bezug zum Stand der Technik sind (2):­ a) Die Auslieferung oder die Änderung eines Betriebsmittels durch den Inverkehrbringer und b) Änderung des Betriebsmittels oder Herstellprozesses durch den Betreiber. Wird das Betriebsmittel nach der Anpassung des Herstellprozesses weiterhin innerhalb des bestimmungsgemässen Zwecks verwendet? Falls nicht, erlischt die CE-Konformitätserklärung. Durch eine Änderung am Betriebsmittel erlischt gegebenenfalls die CE-Konformitätserklärung, wenn das Betriebsmittel z. B. eine zusätzliche Funktion oder eine Änderung an der Steuerung erfährt. Die der CE-Konformität zu Grunde liegende Risikobeurteilung muss in Bezug auf die Änderungen und auf bestehende Schutzmassnahmen neu beurteilt

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nerhalb des bestimmungsgemässen Verwendungszwecks betrieben wird, hat die CE-Konformitätserklärung Gültigkeit. Dies zwingt den künftigen Betreiber des Betriebsmittels, sich über grundlegende Anforderungen Gedanken zu machen. Zum

werden. Dabei sind die Dokumente, welche den Stand der Technik definieren, zu berücksichtigen. Wird das Betriebsmittel durch den Betreiber selbst umgebaut oder komplett erneuert, wird dieser zum Inverkehrbringer und muss dessen Pflichten erfüllen.

– (3) und (4): Die Suva rät in der Informationsschrift «Arbeitsmittel. Sicherheit beginnt beim Kauf», vor der Erstinbetriebnahme bestimmte Punkte zu prüfen. Je nach Gefahrenpotenzial ist es gegebenenfalls erforderlich, Expositionsmessungen durchzuführen.

– (5), inkl. (6) und (7): Gemäss den weiter oben angeführten Erkenntnissen ist es sinnvoll, den Stand der Technik regelmässig zu überprüfen. (6) nennt einige Gründe für eine regelmässige Überprüfung. (7) zeigt die Anforderung an die Überprüfung bei technischen- und prozessualen Änderungen auf.

– (8): Auch das Lebensende des Betriebsmittels, bzw. dessen Dekontamination und korrekte Entsorgung gilt es zu betrachten.

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MANAGEMENT

Beispiel: – Welche räumlichen Gegebenheiten und Umgebungsbedingungen sind zu berücksichtigen?

– Anbindung an vor- und nachgelagerte Prozesse?

– Was wird verarbeitet (Material- und Stoffeigenschaften)?

– Welche Mengen sind zu bewältigen (Leistungsfähigkeit der Maschine)?

Stand der Technik und Risikomanagement Die Verordnung über die Unfallverhütung (VUV) fordert, dass die eben genannten Punkte dokumentiert werden. Wie aber stellt der Betreiber die Umsetzung des Stands der Technik mit Bezug zur Arbeitssicherheit bei Betriebsmitteln in der Industrie sicher? Der Lösungsansatz besteht in der Einbindung dieses Prozesses in die Struktur der Risikomanagement-Norm SN ISO 31000:2018. Der vorgeschlagene Pro-

zess (Bild 1) orientiert sich am Risikomanagementprozess der SN ISO 31000:2018 (Bild 2, oben links in Blau und Grün). Der vorgeschlagene Prozess enthält die für die Beurteilung des Stands der Technik relevanten Anforderungen (siehe Kasten).

Durch den vorgeschlagenen Prozess werden bei konsequenter Anwendung folgende Punkte erreicht: – Es existiert ein Risikomanagement-Prozess, welcher sich an den Leitlinien der SN ISO 31000:2018 orientiert.

Dies ermöglicht die Einbindung in ein integriertes Managementsystem, beispielsweise mit der SN ISO 45001:2018 zu Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz.

– Der hier vorgeschlagene Risikomanagementprozess stellt sicher, dass der Stand der Technik mit Bezug zur Arbeitssicherheit bei Betriebsmitteln durch den Betreiber eingehalten und regemässig überprüft wird. Der PDCA-­

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Ansatz («Plan – Do – Check – Act») sowie die kontinuierliche Verbesserung sind ebenfalls im Prozess integriert.

Dieser Artikel entstand auf Basis einer Masterarbeit in integriertem Risikomanagement (MAS IRM), die Patrick Merkofer an der ZHAW School of Engineering in Winterthur erstellt hat. Er wurde während der Masterarbeit fachlich betreut von Alexander Loistl. Studienleiter des MAS IRM ist Christian Zipper.

Kontakt Patrick Merkofer Head Safety and Environment Novartis Pharma Stein AG Schaffhauserstrasse 101 CH-4332 Stein +41 79 444 26 45 patrick.merkofer@novartis.com www.novartis.com

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LITERATUR

Die Digitalisierungshürde In einer deutschen Studie gaben 38 Prozent der befragten KMU die mangelnde IT-Kompetenz ihrer Beschäftigten als ein Digitalisierungshemmnis an. Das sind knapp 10 Prozent mehr als noch 2017.

Wie relevant das Thema Qualifizierung ist, zeigt auch das Forschungsprojekt «Jump 4.0 – Mobile Jobeinplanungsunterstützung für den Meister in der Produktion». Es beschäftigte sich mit den speziellen Herausforderungen der Digitalisierung an KMU und deren Mitarbeitende.

Die Ergebnisse des Projekts wurden jetzt in dem Buch «Die Digitalisierungshürde lässt sich Meister(n)» veröffentlicht. Die Autoren des Buches sind Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft. Sie geben praktische Einblicke in Technologien zur

digitalen Vernetzung bereits vorhandener Maschinen und Anlagen in produzierenden Unternehmen. Darüber hinaus entwerfen sie neue Rollenbilder und flexible Qualifizierungsmodelle für die Belegschaft, um eine agile Prozessorganisation zur Abwicklung von kundenindividuellen Aufträgen zu gewährleisten.

Thomas Knothe, Patrick Gering, Sven O. Rimmelspacher, Michael Maier (Hrsg.): «Die Digitalisierungshürde lässt sich Meister(n)», 2020, 1. Auflage, 145 Seiten, 16 Abbildungen in Schwarz-Weiss und 40 in Farbe, Hardcover, Springer Vieweg, ISBN: 978-3-662-60366-6, 978-3-662-60367-3 (eBook).

Medienmitteilung Fraunhofer IPK

Daten- und Formelsammlung für die Analytik Die Verfasser dieses Standardwerks, das nun bereits in der 109. Auflage vorliegt, hatten ein ehrgeiziges Ziel. Das Nachschlagewerk soll einerseits ein möglichst breites Feld der Analytik abdecken und andererseits kompakt gestaltet sein. Die Themen reichen von spektroskopischen Methoden (IR, UV-Vis, ¹H-NMR, ¹³C-­NMR, MS), über einfache Berechnungen wie

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beispielsweise für die Säure-Base-Titration sowie mathematische Tricks und statistische Messwertbeurteilung.

Es ist bemerkenswert, wie auf so wenig Platz dennoch auf möglichst viele Themen eingegangen werden kann. Zwar muss auf erläuternde Passagen meist verzichtet werden und die Themen werden teils notgedrungen oberflächlich behandelt, aber sie bieten für den Ratsuchenden dennoch eine gute Orientierung. Das Kapitel 8 bildet hierbei eine Ausnahme. Dieses Kapitel befasst sich mit der Problematik der statistische Messwertbeurteilung, Kalibrierungsverfahren und Regressionsrechnung. Hier wird der Leser nämlich doch Schritt für Schritt in die Thematik eingeführt.

Die Tabellen und Grafiken im Buch sind in schlichtem Schwarz-Weiss gehalten. Lediglich einfache Hervorhebungen in Blau bieten eine etwas magere Orientierungshilfe für die suchende Leserin oder Leser.

Friedrich W. Küster, Alfred Thiel, «Analytik», 2019, 109. Auflage, 419 Seiten, Grafi-

ken und Tabellen (teils in blauer Farbe hervorgehoben), Taschenbuch, De Gruyter, ISBN: 978-3-11-055782-4.

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VERBANDSSEITE

■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509 CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch

■ Präsident ■ Höhere Fachprüfung ■ Termine Kurt Bächtold Chemietechnologe Alle Termine online Siegfried AG, Daniel Müller anschauen: Bodenackerstrasse 15F Untere Brühlstrasse 4 www.cp-technologe.ch CH-4334 Sisseln CH-4800 Zofingen praesident@cp-technologe.ch +41 62 746 10 71 weiterbildung@cp-technologe.ch

SEKTION FRICKTAL Protokoll der Generalversammlung 2020 14. Februar 2020 Ort: Eisenbergwerk Silo Bergwerkstrasse 36 5027 Herznach Beginn: 18.00 Uhr Ende: 19.15 Uhr Teilnehmer Dieter Brunner, Filipp Chlebus, Patrick Merkofer, Daniel Giebson, Peter Siebenhaar, Stefan Petryna, Hans Gloor, Norbert Inderwildi, Alois Leisibach, Andreas Näf, Pierre Petryna, Thomas Weilandt, Andreas Ruess, Patrik Zumsteg, Kurt Bächtold Traktanden 1. Begrüssung Unser Präsident, Dieter Brunner, begrüsst die Teilnehmer der 31. GV 2020 der SCV Sektion Fricktal. Wir freuen uns besonders über den Besuch unseres Sektionsmitglieds und Präsidenten des Zentralvorstands, Kurt Bächtold.

2. Wahl des Stimmenzählers Hans Gloor wird zur Wahl des Stimmenzählers vorgeschlagen. Seine Wahl erfolgt einstimmig. Es sind 15 Personen anwesend, 11 sind stimmbe4/2020

rechtigt. Das absolute Mehr beträgt 6.

gegeben. Es werden keine kurzfristigen Anträge eingereicht.

3. Protokoll der 30. ordentlichen Generalversammlung Das Protokoll der 30. Ordentlichen Generalversammlung ist auf der Website des Verbands, www.scv.swiss und in der Verbandszeitschrift ChemieXtra veröffentlicht.

5. Jahresbericht des Präsidenten Dieter Brunner gibt in seinem Jahresbericht die Highlights 2019 wieder. Der Jahresbericht wird separat auf der Website des Verbands, www.scv.swiss/ sektionen/fricktal und in der Verbandszeitschrift ChemieXtra veröffentlicht.

3.1 Genehmigung des Protokolls Das Protokoll wird einstimmig genehmigt.

4. Anträge Fristgerecht ist ein Antrag eingegangen. Dieser stammt aus dem Zentralvorstand und betrifft die aktive Bewerbung von Neumitgliedern durch bestehende Mitglieder. Zu diesem Zweck liegt aus dem Zentralvorstand ein Konzept vor, welches durch Kurt Bächtold vorgestellt wird. Das Konzept wird diskutiert und für gut befunden. Die Zentralvorstandskasse sieht einen Maximalbetrag von 5000 Franken für 2020/2021 vor.

Den Delegierten wird die Ja-Parole einstimmig, zu Handen der Delegiertenversammlung, vor-

6. Jahresbericht Veranstaltungen Daniel Giebson blickt zusammen mit den Teilnehmern zurück auf ein aktives und inte­ ressantes Vereinsjahr 2019. Die gut besuchten Highlights waren: Schoggigluschtig bei Beschle in Basel: Schoggi schmeckt nicht nur lecker, es bereitet auch unheimlich viel Spass, selbst Schoggivariationen zu kreieren.

Zusammen mit dem Apéro ein mehr als nur in kulinarischer Hinsicht gelungener Abend; Besuch im Steinwasenpark.

Dieser findet insbesondere bei Familien einen sehr guten Anklang. Das Rahmenprogramm wird ebenfalls rege genutzt.

Das muss knacken: In Spreitenbach erwarten uns tonnenweise Zweifel-Chips. Weitere Erklärungen sind überflüssig.

Berichte von allen Anlässen im Jahr 2019 sind auf der Website des Verbands, www.scv.swiss, und in der Verbandszeitschrift ChemieXtra veröffentlicht.

7. Jahresrechnung und Revisions­bericht Filipp Chlebus präsentiert die Jahresrechnung 2019. Sie schliesst mit einem Verlust von CHF 1516.37 ab. Grund dafür sind die teueren Anlässe im 2019. Die Sektion ist weiterhin solide finanziert. Die Kassenprüfer Andreas Ruess und Stefan Petryna bestätigen die tadellose Kassenführung und schlagen den Stimmberechtigten vor, die Decharge zu erteilen.

7.1 Genehmigung der Jahresrechnung Die Decharge wird einstimmig erteilt.

8. Mutationen Filipp Chlebus gibt einen Überblick über die Mitgliederzahlen sowie die Ein- und Austritte.

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Mitgliederbestand per Ende 2019: 8.1 Aufnahme von Neumitgliedern 1 neues Mitglied und 1 Statuswechsel zum Aktivmitglied.

8.2 Austritt/Ausschluss von Mitgliedern 5 Austritte durch Kündigung.

Ein Mitglied hat die Rechnung in den letzten 2 Jahren nicht beglichen. Es wird diskutiert, ob in solchen Fällen für eine weitere Mitgliedschaft die Beiträge der vergangenen 2 Jahre nicht mehr bezahlt werden müssen. Dies wird mit 10 zu 1 Stimmen abgelehnt. Neu gehören der Sektion Fricktal 74 Mitglieder an.

9. Budget Basierend auf den Erfahrungen aus den letzten Jahren und den geplanten Aktivitä­ten hat Filipp den Budgetvorschlag erstellt. Die Details dazu werden den Teilnehmern erklärt.

9.1 Genehmigung des Budgets Das Budget wird einstimmig genehmigt.

10. Jahresprogramm 2020 Daniel Giebson stellt das Jahresprogramm 2020 vor. Auf-

grund der positiven Erfahrung beim Schoggiworkshop stehen Aktivitäten im Vordergrund, welche ein gemeinsames Anpacken und Erleben ermöglichen. Neben den Aktivitäten der Sektion Fricktal stehen unseren Mitgliedern auch die Aktivitäten der anderen Sektionen des SCV offen. Die Angebote der Sektion Fricktal im Überblick: – GV im Bergwerksilo Herznach mit Besichtigung des Stollens (s. auch Abschnitt Eventstätte Bergwerksilo Herznach) am 14. Februar; – Kochen & Geniessen in Bad Säckingen. Gemeinsam bereiten wir ein leckeres Mahl zu und lassen unserer Kreativität freien Lauf. Unsere Geschmacksknospen freuen sich schon heute. Wir kochen am 19. Juni 2020; – Australienhaus des Zoo Zürich. Das Outback in Zürich erleben. Findet statt am 27. August 2020; – Escape Room In Basel: Schaffen wir gemeinsam die Herausforderung, die Aufgaben zu lösen und uns danach in der Stadt einen wohlschmeckenden Drink zu genehmigen? Der Termin findet im November statt.

Alle Termine werden auf­ der Website des Verbands www.scv.swiss und in der Ver-

bandszeitschrift ChemieXtra veröffentlicht.

Gastbeiträge und Wortmeldungen Kurt Bächtold nimmt die Gelegenheit wahr und gibt uns einen Überblick über die Verbandsaktivitäten im Zentralvorstand: – Die Bildungsverordnung des CPP wurde in nur 10 Monaten erstellt und vom SBFI genehmigt. Die ersten Lehrgänge laufen bereits; – Die Bildungsverordnung des CPT wird demnächst wieder zur Überarbeitung anstehen; – Die Website www.scv.swiss wird zurzeit in die französischer Sprache übersetzt; – Der Zentralvorstand ist weiterhin auf der Suche nach Mitgliedern. Für die DV 2020 stellt sich der bisherige Vorstand zur Wiederwahl.

Alois Leisibach reisst aufgrund der Erläuterungen von Kurt eine Diskussion an, wie jüngere Mitglieder zur aktiven Arbeit in Vorständen gewonnen werden.

Es werden verschiedene Ideen diskutiert, welche in den Vorständen des ZV und der Sektion Fricktal aufgenommen werden sollen.

Aufruf an unsere Mitglieder Ein Verband lebt durch seine Mitglieder. Mitgliederwerbung

lohnt sich beim SCV. Es winkt eine tolle Prämie für jedes neue Mitglied. Hier steht ab April 2020, wie es funktioniert: www.scv.swiss Einladung zur Besichtigung des Bergwerksilo Herznach Nach Käser’s Schloss und Fürstlicher Weinkultur in den beiden Vorjahren: Die GV findet im 2020 im Bergwerksilo Herznach statt. Zum Rahmenprogramm gehört die dort obligatorische Führung samt Einblick in die Geschichte des Eisenbergwerks. Geschichte und mühevolle Arbeit werden uns auf dem Eisenweg genauso vor Augen geführt, wie die geologischen Attraktionen im Stollen. Diese umfassen neben einer Fossiliensammlung auch den Meeresboden mit seinen Ammoniten. 165 Millionen Jahre liegen uns zu Füssen. Grosse Geschichte, grosse Augen und am Ende hungrige Mäuler. Wie in den Vorjahren werden diese gestopft. Besonders das saftige Cordon Bleu aus dem Herznacher Löwen wird uns noch lange in bester Erinnerung bleiben.

Patrick Merkofer

«Zooh» – Faszination Australien für die ganze Familie Willkommen in Down Under!

Ist der Australienurlaub noch in bester Erinnerung? Oder steht der Besuch im Land der Koalas noch auf der To-Do-Liste? Nicht nur Crocodile Dundee hätte an diesem Ausflug seine helle Freude. Auf unserer Reise be48

gegnen uns nicht nur die put­ zigen Koalas. Kängurus und Emus warten genauso auf uns.

Australien ist nicht nur herzig, auch der Riesenvaran grüsst uns. Dass nicht nur grosse Echsen eine Gefahr sind, erfahren wir, indem wir uns mit invasiven

Arten befassen – eingeschleppte Tiere, welche dem australischen Kontinent viel Aufwand für die Bekämpfung bereiten.

Die Durchforstung des Outbacks kostet Kraft. Zeit für eine Stärkung! Zwischen Bennet-Wallabies und Emus gleichen wir

unseren Flüssigkeitshaushalt mit australischem Bier aus. Was isst man eigentlich in Australien?

Auch das erfahren wir genüsslich. Mit SCV Tours nach Australien – exklusiv bei uns ohne zeitraubenden Flug und Überwindung von Zeitzonen.

4/2020

VERBANDSSEITE

Datum und Zeit Sonntag, 26. Juli 2020 13.00 Uhr Eintreffen für einen individuellen Zoobesuch mit der Familie. 17.50 Uhr Führung und Apéro im Australien-

haus. Treffpunkt beim Eingang des Zoo Zürich, gebührenpflichtige Parkplätze beim Zoo, in begrenzter Zahl. Hierfür fallen keine zusätzlichen Kosten an.

Gut zu wissen Für Mitglieder des SCV aus allen Sektionen und deren Familie, Mitglieder: Gratis, Nichtmitglieder: Unkostenbeitrag von zehn Franken. Die Teilnehmerzahl ist

beschränkt. Anmeldungen werden in der Reihenfolge des Eingangs berücksichtigt. Anmeldeschluss ist der 30. Juni 2020.

Anmeldung: daniel.giebson@t-online.de

die beiden Anlässe Bowling und Museum Pantheon reflektiert.

Nach der Präsentation der Rechnung 2019 wurde auf Antrag des Revisors Georg Wolf unserem Kassier Peter Tallowitz einstimmig Decharge sowie dem Gesamtvorstand Entlastung erteilt.

Eric Scotzniovsky nahm seine Funktion als Tagespräsident in routinierter Manier wahr und führte durch die folgenden Wahlen.

Nach dem Wahlakt wurde Eric Scotzniovsky mit viel Applaus und einer Flasche Wein von seinem Amt entbunden.

Für das Jahresprogramm 2020 hat der Vorstand eine Liste mit Anlässen zusammengestellt.

Diese Liste wurde an die Versammlungsteilnehmer verteilt und jeder durfte 5 Anlässe ankreuzen, wovon zwei eigenen Ideen des Teilnehmers aufgeschrieben werden konnte. Die Auswertung wird im Frühling als Jahresprogramm 2020 im Verbandsorgan publiziert.

Auch dieses Jahr konnten wieder zahlreiche Mitglieder für langjährige Sektionszugehörigkeit geehrt werden.

Folgende Jubilare haben sich für die Teilnahme an der Generalversammlung entschuldigt: Für 35-jährige Verbandszugehörigkeit: Roger Moll Für 30-jährige Verbandszugehörigkeit: Christoph Fontana und Thomas Börlin Im Anschluss an die Versammlung wurde das feine Essen vom Hotel Alfa serviert. Nach gemütlichem Beisammensein wurde die diesjährige Generalversammlung beendet und der Heimweg angetreten.

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Kurzbericht der 22. Generalversammlung

Anwesende Jubilare (Verbandszugehörigkeit in Klammern) O. Roppel (50 J.), Kurt Illner (45 J.) und F. Bertolami (30 J.) (v. l.)

Am 7. Februar 2020 fand die 22. Generalversammlung der Sektion Nordwestschweiz statt.

Wiederum konnte eine muntere Schar begrüsst werden.

Nachdem sich die eintreffenden Mitglieder eingeschrieben und an den gedeckten Tischen Platz genommen hatten, war nach kurzer Zeit jeder (Frauen waren keine anwesend) im Saal in ein Gespräch verwickelt, um Neuigkeiten auszutauschen.

Zu Beginn der Versammlung wurden die Anwesenden durch den Versammlungsleiter Martino Villani willkommen geheissen. In den Räumlichkeiten Saal Toccata im Hotel Alfa in Birsfelden waren 20 Mitglieder und 5 Vorstandsmitglieder der Sektion Nordwestschweiz anwesend.

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Der Zentralverband wurde durch den ZV Präsident Kurt Bächtold vertreten. Nachdem der Stimmenzähler Urs Kohler von der Versammlung mit Applaus gewählt und die Beschlussfähigkeit festgestellt wurde, ging es zügig durch die Traktanden.

Das Protokoll der 21. GV wird von der Versammlung einstimmig genehmigt und dem Protokollführer Martin Nagel verdankt.

Nun folgten die Jahresberichte der Sektion. Im Präsidialbericht vorgetragen durch Martin Nagel, wurde Bezug auf die Aktualitäten, Entwicklungen und Aktivitäten im vergangenen Jahr der Sektion NWS genommen im Bericht der Chargen, vorgetragen durch unser neuestes Vorstandsmitglied Paul Studer, kurz

Co-Präsidium Martino Villani: Co-Präsident Martin Nagel: Co-Präsident und Sekretär Zusätzliche Vorstandsmitglieder Peter Tallowitz: Kassier Felice Bertolami: Freizeit und Kultur Paul Studer: Beruf und Technik Revisoren Kassaabschluss 2020 Thoma Nagy: 1. Revisor Werner Meyer: 2. Revisor Georg Wolf: Ersatz Revisor Delegierte Sektion NWS Urs Kohler, Martin Nagel und Thomas Nagy Ersatzdelegierte: Georg Wolf und Raymond Zufferey

Martin Nagel, SCV Sektion NWS 49

PRODUKTE

Umluftkühlgerät mit vierstufigem Sicherheitskonzept Mit Vindur Top hat Weiss Klimatechnik ein innovatives Umluftkühlgerät entwickelt, welches dank einem vierstufigen Sicherheitskonzept maximalen Schutz vor Erregern wie Viren, Bakterien und Schimmelpilzen bietet.

Das vierstufige Sicherheitskonzept umfasst zum einen den Schwebstofffilter mit UV-Beleuchtung, wodurch Luft-getragene Viren und Bakterien während des Betriebes aus der Luft sicher herausgefiltert und abgetötet werden. Mit Silberionen beschichtete Innenbleche verhindern das Wachstum von Mikroorganismen. Last, but not least sorgt eine innovative thermische Desinfektion dafür, dass nach dem Aus-

schalten des Gerätes alle Mikroorganismen unschädlich gemacht werden. Dies geschieht dadurch, dass die mit Wasser in Berührung gekommenen Bauteile, wie Wärmetauscher und Kondensatwanne, über mehrere Minuten auf über 70 °C aufgeheizt werden, womit zum einen die Bauteile getrocknet und Viren, Bakterien sowie Schimmelpilze thermisch abgetötet werden.

Umluftkühlgeräte werden häufig als Zusatz- oder Nachrüstlösungen in Räumen eingesetzt, wo die primäre Gebäudeklimatisierung nicht ausreichend dimensioniert ist oder auf Grund von zusätzlichen Wärmequellen zusätzliche Kühlung erforderlich wird.

Neuer Katalog: Kunststoffartikel für alle Branchen

Mit mehr als 700 Seiten hat der «Semadeni Katalog 2020» erneut an Umfang zugelegt und bietet tausende praktische Produkte aus Kunststoff für den Arbeitsalltag, egal ob es dabei um das Verpacken, Ordnen, Lagern, Entsorgen oder Präsentieren geht. Auch eine riesige Auswahl an Laborartikeln und Arbeitsschutzausrüstungen ist darin zu finden.

Bei den rund 430 Neuheiten wurde ein klarer Fokus auf Mehrwegprodukte gelegt, insbesondere auch auf langlebige Artikel aus Rezyklaten. Ausserdem wurden sinnvolle Sortimentserweiterungen in allen Bereichen des Katalogs vorgenommen, darunter sind Flaschen, Dosen, Ordnungssysteme,

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Lebensmittelverpackungen sowie Präsentationshilfen aus Holz. Sämtliche Standardartikel sind bereits ab einer kleinen Menge verfügbar und meist innert weniger Arbeitstage ab Lager lieferbar.

Der neue Katalog ist kostenlos erhältlich und kann telefonisch oder unter www.semadeni.com angefordert werden. Das gesamte Standardsortiment ist auch online unter www.semadeni.com/webshop zu finden.

Semadeni bietet eines der grössten Sortimente an Kunststoffartikeln für alle Branchen an – sei es für Wissenschaft und Labor, Gesundheitswesen, Food und Gastro, Industrie und Logistik oder Baugewerbe und Gebäudeunterhalt. Neben den Standardprodukten ist Semadeni auch Ansprechpartner für massgeschneiderte Produkte aus Kunststoff, insbesondere auch aus Rezyklaten (rPP, rPE, rPET sowie Ocean Plastic). In zwei eigenen Werken fertigt die Semadeni-Gruppe Kunststoffprodukte im Spritzgussverfahren, im Blasformverfahren und in der manuellen Kunststoffbearbeitung.

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Vindur Top ist standardmässig mit zwei Filterstufen ausgestattet und kann wahlweise unter der Decke montiert – oder mit saug- und druckseitig angebrachten Kanalanschlüssen – in eine abgehängte Decke integriert werden. Eine leichte Zugänglichkeit für Service- und Wartungsarbeiten ist von unten, über die geräteeigene Klappe, sichergestellt. Die Kühlung erfolgt entweder über bauseitig vorhandenes Kaltwasser oder über Direktverdampfung. Vindur TOP verfügt über einen energieeffizienten und leistungsstarken EC-Ventilator. Luftmenge und Temperatur können über die DDC-Regelung mit Web-Visualisierung per Raumbedienteil oder

Touchdisplay einfach und bequem angesteuert werden. Die Einbindung von einem oder mehreren Geräten in eine bauseitige Gebäudeleittechnik ist jederzeit über digitale Schnittstellen möglich.

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Neue Cloudlösung für die Industrie

Mit der neuen Kolibri Cloud werden Grenzwerte überwacht und Druckmessungen wie Füll- und Pegelstände bequem aus der Ferne verfolgt.

Das Einrichten und Warten von Softwares, Datenbanken und Servern ist zeitaufwendig und setzt spezielle Kenntnisse voraus. Entweder werden eigene Anbindungen an Sensoren implementiert oder man benutzt gegebene Systeme, welche auf Rechnern mit nur einem Zugang limitiert sind. Im Zeitalter der Digitalisierung wünschen sich die Benutzer, jederzeit und überall auf ihre Daten zugreifen zu können. Dank persönlichem Login und SSL-Verschlüsselung ermöglicht die Kolibri Cloud einen sicheren und komfortablen Zugriff auf die Messdaten.

Verfügbare Daten werden ohne Installation oder Wartung genutzt und die Verwaltung von Datenbanken, FTP oder E-Mail-Servern fällt weg.

Messungen können in kürzester Zeit grafisch dargestellt werden und die Exportfunktion erlaubt den Down-

load im Excel- und CSV-Format. Das integrierte Alarmsystem stellt die mühelose Überwachung sämtlicher Messstellen sicher. So wird zum Beispiel bei erhöhtem Wasserpegel oder niedrigem Batteriestand eine Warnung per E-Mail ausgelöst. Natürlich wurden auch sämtliche Sicherheitsaspekte berücksichtig: Die «State of the Art»-Authentifizierung und Verschlüsselung basiert auf bewährte Praktiken und Normen. Die Kolibri Cloud API erlaubt einer kundenspezifischen Software das Abrufen von Messwerten via HTTPS in einem standardisierten JSON-Format. So lassen sich die Messdaten in eigene Systeme weiterleiten oder auf einer eigenen Anzeigesoftware visualisieren oder weiterverarbeiten.

Open-Source-Software und Dokumentationen helfen zudem, eigene Cloud-Lösungen zu bauen – basierend auf den Mechanismen der Kolibri Cloud.

Die Cloud ist kompatibel mit allen IoT-Geräten von Keller: Das sind die GSM- und ARC-Serien sowie neue Datenfernübertragungseinheiten basierend auf IoT-Protokollen wie LoRa.

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PRODUKTE

Magnetischer Encoder – vielseitig kombinierbar

Die hohe Dynamik grosser Scheibenmagneten-Schrittmotoren ist oft auch auf einen geschlossenen Regelkreis angewiesen, um möglichst hohe Leistungen bei gleichzeitiger Begrenzung der im Motor abgegebenen Kraft zu erzielen. Der IE3 Encoder ist ein qualitativ hochwertiger magnetischer Encoder der mit einer grossen Vielzahl an Produkten von Faulhaber ab einem Durchmesser von 22 mm kombiniert werden kann. Der Encoder ist jetzt auch mit den Serien DM40110R, DM52100N und DM52100R verfügbar.

Mit einer erweiterten Länge von etwa 13 mm bietet diese neue Kombinationsmöglichkeit eine hohe Po-

sitionierungsauflösung von bis zu 1024 Impulsen pro Umdrehung sowie sehr schnelle Beschleunigungsfähigkeiten in kompakter und leichter Bauform. Der Encoder wird mit einem Flachbandkabel angeschlossen, passende Stecker sind verfügbar.

Typische Anwendungen reichen von der Textil- und Halbleiterindustrie bis hin zur Medizintechnik.

Die Vorteile auf einen Blick: – Ideal geeignet für den Betrieb im Boost-Modus mit hoher Positionierungsauflösung – Mit einer Auflösung von 32 bis 1024 Impulsen pro Umdrehung programmierbar – Kompakte und leichte Bauform in robustem Gehäuse

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Für die Sicherheit: Beschichtete Laborglasflaschen Laborglasflaschen aus dem nahezu inerten Borosilikatglas 3.3 von Duran eignen sich hervorragend zur Lagerung empfindlicher Substanzen und Wirkstoffe. Das Besondere an den beschichteten Flaschen (Duran Protect) ist, dass sie einen wirkungsvollen Schutz im Falle einer Beschädigung der Flasche bieten: Die Polymerbeschichtung aus Polyurethan (PU) hält das Glas zusammen, so dass ein Auslaufen des Mediums verlangsamt oder ganz verhindert wird. Das bedeutet grösstmögliche Sicherheit, sowohl für den Anwender als auch für den Inhalt. Dies ist umso wichtiger bei Arbeiten mit besonders wertvollen oder potenziell gefährlichen Medien wie Säuren oder anderen Flüssigkeiten. Dabei ist die Kunststoffbeschichtung hochtransparent, sodass der Flascheninhalt sowie die aufgedruckte Skala gut sichtbar sind. Alle Flaschen enthalten einen «Retrace Code» für eine

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vollständige Rückverfolgbarkeit der Produktion.

DWK Life Sciences bietet die beschichteten Flaschen in vielen Varianten und Grössen an. Neben einer Klarglasausführung ist die Flasche auch in Braunglas erhältlich. Die Braunfärbung schützt lichtempfindliche Materialien vor Lichteinstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 300 und 500 nm.

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Füllstandmessung mit 80-GHz-Radar

Sicks neue Freistrahlradare LFR und LBR SicWave dienen der kontinuierlichen Füllstandmessung und funktionieren mit allen Flüssigkeiten oder Feststoffen. Dank der berührungslosen 80-GHz-Radartechnologie sind die Sensoren einfach in Betrieb zu nehmen und wartungsfrei. Verschiedenste Optionen für Antennendesign, Prozessanschlüsse und Gehäuse stellen die ideale Anpassung an jede Applikation sicher.

Hart-Kommunikation und Bluetooth-Verbindung vereinfachen den Service und die Dia­gnose am Gerät und bereiten es bestens für Industrie-4.0-Anwendungen vor.

Der LFR für Anwendungen im Flüssigkeitsbereich setzt durch seine hohe Dynamik und eine bessere Fokussierung ein Ausrufezeichen in der Messtechnik. Der Strahl geht

durch die deutlich bessere Fokussierung einfach an Einbauten oder Anhaftungen vorbei. Dank der neuen Technik lässt sich auch der Füllstand sehr nah am Behälterboden ermitteln. Dies eröffnet neue Perspektiven bei der Ermittlung des Füllstandes in kleinen Behältern in der Pharma- und Biotechindustrie.

Im Schüttgutbereich kann der LBR aufgrund des grossen Dynamikbereichs von 120 dB selbst kleinste Reflexionen messen. Medien mit schlechten Reflexionseigenschaften wie Kunststoffpulver, Flugasche oder trockenes Holzmehl werden durch die neue Technik mit einer deutlich höheren Qualität messbar.

Dank der sehr guten Fokussierung und dem hohen Dynamikbereich können selbst in 120 m Entfernung noch schlecht reflektierende Schüttgüter sicher erfassen.

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