Während COVID-19 in den letzten Jahren zu Recht die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen hat, wurden auch an vielen anderen Forschungsfronten 2022 rasche Fortschritte und wichtige Durchbrüche erzielt. Wir haben sie zusammengefasst und stellen sie hier vor.

Um unseren wissenschaftlichen Jahresrückblick abzurunden, haben wir auch bahnbrechenden Technologien der Liste vom MIT Technology Review übernommen.

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Breakthrough Technologien 2022

Die Technologie berührt jeden Bereich unseres Lebens - unsere Gesundheit, unsere Finanzen, sogar unser soziales Leben. Die wichtigsten technologischen Entwicklungen des Jahres sagen ebenso viel über unsere Kultur und unsere Interessen aus wie über unseren Erfindungsreichtum. Das gilt auch für diese aufregende Liste bahnbrechender Entwicklungen, die von den Redakteuren der MIT Technology Review ausgewählt wurden - von einem Impfstoff gegen Malaria bis hin zu Fabriken zur Entfernung von Kohlenstoff. Nicht allzu überraschend dürfte es sein, dass "Aging Clocks" - eine Technologie zur Messung der Alterung - ebenfalls auf der Liste zu finden ist (als Gewinner der Breakthrough Umfrage).

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Link: https://www.technologyreview.com/2022/02/23/1045416/10-breakthrough-technologies-2022

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Die wichtigsten gesundheitlichen Durchbrüche 2022

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100%ige Remission von Mastdarmkrebs (Rektumkarzinom) im Frühstadium bei allen Patienten

Worum es geht: Eine Studie im New England Journal of Medicine ergab, dass die Krebsimmuntherapie Dostarlimab - ein Checkpoint-Inhibitor - bei allen behandelten Studienpatienten zu einer vollständigen Remission von Mastdarmkrebs im Frühstadium geführt hat. Dostarlimab wurde im August letzten Jahres von der FDA zugelassen und gehört zu den Krebsimmuntherapien, die als "Checkpoint-Inhibitoren" bezeichnet werden. Der Name rührt daher, dass Checkpoint-Inhibitoren die Bremsen (d. h. Checkpoints) blockieren, mit denen Tumore die T-Zellen unseres Immunsystems abwehren. In den Vereinigten Staaten wird bei etwa 45.000 Patienten pro Jahr Rektumkrebs diagnostiziert. Obwohl es sich um eine kleine Studie handelte, sind die Ergebnisse sowohl zeitgemäß als auch beeindruckend.

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Warum es wichtig ist: Dieser Durchbruch ist aus zwei Gründen wichtig: Erstens, weil dieser Krebs bei jüngeren Erwachsenen immer häufiger auftritt. Bis 2030 werden die Fälle bei Patienten im Alter von 20 bis 34 Jahren um 124,2 % und bei Patienten im Alter von 35 bis 49 Jahren um 46 % zunehmen. Es ist denkbar, dass dadurch eines Tages Operationen, Bestrahlungen und Chemotherapien bei Patienten mit Rektumkarzinom überflüssig werden, da das Immungedächtnis die Ausbreitung des Krebses in Zukunft verhindert. Zweitens könnte diese Erkenntnis zu weiteren Durchbrüchen in der Krebstherapie und zum Einsatz von Checkpoint-Inhibitoren bei anderen Formen von bösartigen Krebserkrankungen führen. Dies ist ein wichtiger Sieg im "Krieg gegen den Krebs".

Quellen: 1. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2201445
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8765741/#

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KI sagt ALLE bekannten Proteinstrukturen voraus: DeepMind & Meta

Worum es geht: Die große Herausforderung der Computermodellierung ist seit den 1960er Jahren als "Proteinfaltungsproblem" bekannt, bei dem ein Programm die 3D-Struktur eines Proteins allein anhand einer Aminosäuresequenz vorhersagen muss. Anfang Juli 2022 löste ein KI-Programm namens AlphaFold, das von der Google-Firma DeepMind entwickelt wurde, die 3D-Strukturen der rund 200 Millionen Proteine, die der Wissenschaft bekannt sind. Im vergangenen November gaben Forscher von Meta AI (ehemals Facebook) bekannt, dass sie mithilfe von KI die Strukturen von etwa 617 Millionen Proteinen aus Bakterien, Viren und anderen Mikroorganismen vorhersagen konnten, die noch nicht vollständig charakterisiert wurden. Diese Arbeit von Meta AI dauerte nur zwei Wochen, und die Strukturen und der zugrunde liegende Code sind frei verfügbar.

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Warum es wichtig ist: Wissenschaftliche Teams auf der ganzen Welt nutzen die AlphaFold2-Software von DeepMind zur Erforschung von COVID-19, Krebs und Antibiotikaresistenz. DeepMind hat außerdem eine öffentliche Datenbank für Proteinstrukturen eingerichtet, die von AlphaFold2 vorhergesagt wurden. Diese Datenbank hat derzeit etwa 1 Million Einträge, und DeepMind sagt, dass sie im nächsten Jahr mehr als 100 Millionen Einträge hinzufügen wird. Die Datenbank von Meta AI, der ESM Metagenomic Atlas, wird es Wissenschaftlern ermöglichen, über eine API schnell zu Proteinstrukturen zu gelangen. Dies ist deshalb so wichtig, weil fast alles, was der Körper tut, mit Proteinen geschieht. Das Verständnis sowohl der Struktur als auch der Funktion einzelner Proteine ist entscheidend für das Verständnis von Krankheiten und die Entwicklung von Medikamenten. Durch den Ausbau der Kapazitäten zur Vorhersage von 3D-Strukturen können die Ursachen von Krankheiten genau ermittelt und Medikamente mit verbesserter Sicherheit und Wirksamkeit entwickelt werden.

Quellen: 1. https://www.technologyreview.com/2022/02/23/1044957/ai-protein-folding-deepmind/
2. https://www.nature.com/articles/d41586-022-03539-1

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Illumina stellt menschliche Genomsequenz für $200 vor

Worum es geht: Der Genomikriese Illumina hat seine neuesten Genomsequenzierungsgeräte vorgestellt: Die NovaSeq X-Serie. Die Geräte sind die bisher kostengünstigsten und schnellsten des Unternehmens und können ein menschliches Genom für 200 Dollar sequenzieren (im Vergleich zu 10.000 Dollar vor zehn Jahren und 600 Dollar heute) und ein doppelt so schnelles Leseergebnis liefern. Laut Illumina werden die Geräte der NovaSeq X-Serie etwa 1 Million Dollar kosten und 20.000 ganze Genome pro Jahr erzeugen.

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Warum es wichtig ist: Das erste menschliche Genom kostete etwa 3 Milliarden Dollar. Das nächste etwa 100 Millionen Dollar. Seitdem sind die Kosten mit der fünffachen Geschwindigkeit des Mooreschen Gesetzes gesunken. Die Genomsequenzierung hat zu zahlreichen Fortschritten in der Medizin geführt: von Bluttests, mit denen Krebs frühzeitig erkannt werden kann, über genetisch gezielte Medikamente bis hin zur Diagnose seltener Krankheiten und sogar zu den Covid-19-Impfstoffen. Ein Hindernis für eine breitere Anwendung der Sequenzierung sind jedoch die Kosten. Das neueste Gerät von Illumina hat das Potenzial, die genomische Medizin zum Mainstream zu machen. Das könnte in Zukunft bedeuten, dass jedes Neugeborene automatisch sequenziert wird, um Kinderkrankheiten vorzubeugen. Ebenso könnte die Sequenzierung automatisch bei der Aufnahme in ein Krankenhaus durchgeführt werden, um herauszufinden, welche Medikamente und/oder Behandlungen für Patient:innen am besten geeignet sind.

Quelle: https://www.wired.com/story/the-era-of-fast-cheap-genome-sequencing-is-here/

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Krebsimpfstoff zeigt positive Ergebnisse in klinischer Phase-2-Studie

Worum es geht: Eine Kombination aus dem experimentellen Krebsimpfstoff mRNA-4157/V940 von Moderna und der Immuntherapie Keytruda von Merck hat sich als erfolgreich bei der Bekämpfung des Melanoms erwiesen, das als tödlichster Hautkrebs gilt. Die Ergebnisse der klinischen Phase-2-Studie zeigten, dass die kombinierten Therapien das Risiko eines erneuten Auftretens des Tumors oder des Todes um 44 % verringerten, verglichen mit der Standardbehandlung mit der Keytruda-Immuntherapie allein.

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Warum es wichtig ist: Das Immunsystem ist dafür verantwortlich, Krebserkrankungen zu erkennen und zu stoppen, und zwar ein Leben lang. Manchmal ist unser Immunsystem erschöpft oder wird umgangen, so dass es den Krebs nicht frühzeitig erkennt. Seit Jahrzehnten wird die Idee eines "Krebsimpfstoffs" diskutiert, der das Immunsystem in die Lage versetzen würde, seine Aufgabe zu erfüllen. Jetzt wurde erstmals in größerem Umfang nachgewiesen, dass es tatsächlich funktionieren könnte. Krebs ist eine Gruppe von mehr als 200 Krankheiten, von denen Millionen von Menschen auf der ganzen Welt betroffen sind. Weltweit gibt es jedes Jahr fast 10 Millionen krebsbedingte Todesfälle. Die Studie von Moderna und Merck ist der erste Nachweis der Wirksamkeit einer mRNA-basierten Krebstherapie in einer randomisierten klinischen Studie. Die Ergebnisse ebnen den Weg für eine klinische Studie der Phase 3, die mögliche künftige Zulassung des ersten mRNA-Krebsimpfstoffs und die Möglichkeit, die Technologie zur Behandlung anderer Krebsarten einzusetzen.

Quellen: 1. https://time.com/6240538/mrna-cancer-vaccine-moderna/
‍2. https://www.cancer.org/research/cancer-facts-statistics/all-cancer-facts-figures/cancer-facts-figures-2022.html

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Weitere gesundheitlichen Fortschritte von 2022

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Die Biologie von Bewegung und Appetit

Jonathan Long von Sarafan ChEM-H beschreibt die Entdeckung eines Stoffwechselprodukts namens LacPhe, das bei körperlicher Betätigung gebildet wird und den Appetit zügelt. Das ist der Beginn eines neuen Kapitels in unserem Verständnis darüber, wie Sport die Blutmetaboliten verändert, die positive systemische Auswirkungen auf die menschliche Physiologie haben.

Quelle: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04828-5

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Kakao-Molekül aktiviert SIRT1 und verlängert das Leben von Fruchtfliegen

Diese Studie identifiziert einen neuen Aktivator von SIRT1 und der Hitzeschockreaktion, das Fettsäure-Tryptamid aus Kakao. Diese Klasse von Verbindungen aktiviert SIRT1 in vitro, schaltet die Expression von Hitzeschockproteinen ein und verlängert die Lebensspanne in Drosophila. Fettsäure-Tryptamid-Verbindungen ergänzen die wachsende Liste der SIRT1-Aktivatoren und könnten sich als neuartige Anti-Aging Anwendungen eignen.

Quelle: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16471-1

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Wegweisende Studien in der Ernährungswissenschaft

Im Jahr 2022 liefern drei neue randomisierte Studien bahnbrechende Ergebnisse, die belegen, dass eine mediterrane Ernährung Herzinfarkte reduziert, dass Omega-3-DHA die Gehirnentwicklung und den IQ von Kindern verbessert und dass der Verzehr von mehr Kalium anstelle von Natrium in der Nahrung Schlaganfälle reduziert. Diese Studien bestätigen zahlreiche Beobachtungsstudien zu diesen Themen und unterstreichen die zunehmende Stärke und Konsistenz der Ernährungswissenschaft. Gleichzeitig werden diese Studien als dringender Aufruf zum Handeln gesehen, um diese neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse in Strategien und Praktiken für eine gesündere Ernährung umzusetzen.

Quellen: 1. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(22)00122-2
‍2. https://www.nejm.org/do/10.1056/NEJMdo006732/full/?
3. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2109794?
4. https://www.jacc.org/doi/abs/10.1016/j.jacc.2022.04.046?

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AI hilft, die Rolle der Mikroben bei Bauchspeicheldrüsenkrebs zu verstehen

In dem Papier geht es um die Entwicklung von Methoden der künstlichen Intelligenz, die bei der Bewertung des Vorhandenseins von Mikroben bei Bauchspeicheldrüsenkrebs helfen sollen. Die Ergebnisse zeigten, dass viele, aber nicht alle Tumore ein Mikrobiom hatten und dass die T-Zellen im Tumor nicht auf den Tumor, sondern auf die vorhandenen Mikroben reagierten; sie hatten die Immunantwort gekapert. Wichtig ist, dass Patienten, deren Tumor Mikroben enthielt, eine viel kürzere Überlebenszeit hatten als Patienten ohne Mikroben. Das bedeutet, dass Therapien, die die Mikroben aus den Tumoren entfernen, das Leben von Patienten mit Bauchspeicheldrüsenkrebs erheblich verlängern könnten.

Quelle: https://doi.org/10.1016/j.ccell.2022.09.009

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Ein einheitliches Verständnis der Neurodegeneration

Seit langem ist bekannt, dass ein Polymorphismus im TMEM106b-Gen die TMEM106b-Expression erhöht und mehrere neurodegenerative Erkrankungen stark begünstigt. Bis zu dieser Studie ging man davon aus, dass TMEM106b ein lysosomales Protein ist, das durch seine normale biologische Aktivität die Neurodegeneration fördert. Die aktuelle Arbeit war die erste in einer Reihe von Studien, in denen entdeckt wurde, dass TMEM106b tatsächlich zu einem Fragment proteolytiert wird, das zu Fibrillen aggregiert, ähnlich denen, die von Abeta, Alpha-Synuclein und Tau gebildet werden. Diese Entdeckung vereinheitlicht unser Verständnis der Neurodegeneration, da sie darauf hindeutet, dass die meisten und möglicherweise alle neurodegenerativen Krankheiten mit der Bildung von Proteinaggregaten mit einer ähnlichen Cross-Beta-Struktur verbunden sind.

Quelle: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04670-9

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Sirtuin 6 wird mit menschlicher Langlebigkeit in Verbindung gebracht

Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass eine erhöhte Aktivität von Sirtuin 6 mit der menschlichen Langlebigkeit in Verbindung steht. Die Variante von Sirtuin 6, die bei Hundertjährigen gefunden wurde, ist effizienter bei der Aufrechterhaltung der Genom- und Epigenomstabilität.

Quelle: https://doi.org/10.15252/embj.2021110393