Gesundheitliche Auswirkungen von Hitze, Kälte und Luftverschmutzung

Mehrere Ergebnisse befassten sich mit den gesundheitlichen Auswirkungen von Hitze und Luftverschmutzung. Auf der Konferenz vorgestellte Forschungsergebnisse schätzten, dass Hitze in den untersuchten Ländern jährlich mit rund 145.000 arbeitsbedingten Verletzungen in Verbindung stand. Bei Kälte waren es rund 82.000. Die Analyse basierte auf Daten bis zum Jahr 2023 und war auch vor dem Hintergrund der Hitzewellen in Europa im Jahr 2026 relevant.

Eine Studie auf Basis von Daten der NAKO Gesundheitsstudie berichtete über eine rund 30 Prozent höhere kardiometabolische Multimorbidität bei Menschen in stark belasteten städtischen Umgebungen im Vergleich zu Personen in Gebieten mit geringer Umweltbelastung. Die Studie der Helmholtz-Munich-Doktorandin Asmaa Alselwi erhielt einen der Konferenzpreise für Studierende und Forschende in frühen Karrierephasen.

Kunststoffe und Herz-Kreislauf-Gesundheit

Kunststoffe bildeten einen weiteren Schwerpunkt der Konferenz. Die Forschenden diskutierten mögliche direkte gesundheitliche Auswirkungen von Mikro- und Nanoplastik sowie indirekte Effekte. Dazu gehört beispielsweise, dass Kunststoffabfälle Brutstätten für krankheitsübertragende Insekten bieten können.

Eine systematische Übersichtsarbeit von Dr. Fiona Niedermayer von Helmholtz Munich identifizierte 31 Studien zu Zusammenhängen zwischen hormonell wirksamen Chemikalien und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. In diesen Studien stand insbesondere die Belastung durch Phthalate konsistent mit der Sterblichkeit durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Zusammenhang.

Der ökologische Fußabdruck künstlicher Intelligenz

Die Konferenz befasste sich auch mit dem ökologischen Fußabdruck digitaler Technologien. Prof. Francesca Dominici von der Harvard University stellte Forschung zum möglichen Einsatz künstlicher Intelligenz bei der Bewertung lokaler Klima- und Gesundheitsrisiken vor.

Ihre Präsentation enthielt zudem Schätzungen zum ökologischen Fußabdruck großer Rechenzentren in den USA. Dazu zählten ein jährlicher Stromverbrauch von 68 bis 99 Terawattstunden, rund 45 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen sowie ein Wasserverbrauch von etwa 300 Milliarden Litern. Die Ergebnisse warfen Fragen dazu auf, wie sich die Auswirkungen von KI-Infrastrukturen auf Umwelt und Gesundheit bewerten lassen.

Pressekonferenz im Deutschen Museum

Am 3. September diskutierten Forschende ausgewählte Konferenzergebnisse mit Journalistinnen und Journalisten bei einer Pressekonferenz im Deutschen Museum. Sie fand im Zusammenhang mit der dortigen Ausstellung „Planetary Health“ statt. Vertreterinnen und Vertreter von ISEE, Helmholtz Munich, Universitäten und der Weltgesundheitsorganisation sprachen unter anderem über Luftverschmutzung und Atemwegsinfektionen bei Kindern, Pestizide und Parkinson sowie die Rolle wissenschaftlicher Erkenntnisse für die öffentliche Gesundheit.

Eine landesweite Studie mit mehr als einer Million Kindern in Dänemark berichtete beispielsweise über einen Zusammenhang zwischen einer höheren Luftschadstoffbelastung und schweren Atemwegsinfektionen. Dieser Zusammenhang zeigte sich vom Säuglingsalter bis in die Jugend, obwohl die Luftverschmutzung in Dänemark vergleichsweise niedrig ist.

Von der Forschung zur gesundheitspolitischen Orientierung

Der Beitrag der Weltgesundheitsorganisation beschrieb, wie wissenschaftliche Erkenntnisse in Empfehlungen für die öffentliche Gesundheit einfließen. Die WHO-Luftqualitätsleitlinien basieren auf systematischen Auswertungen von rund 500 wissenschaftlichen Publikationen und dienten als Referenz für die Überarbeitung der 2024 verabschiedeten EU-Luftqualitätsrichtlinie.

Die Konferenz und das Pressebriefing gaben einen Überblick über aktuelle Forschung zu Umwelt und Gesundheit sowie über deren Bedeutung für Prävention und evidenzinformierte Politikgestaltung.

Die vollständige Pressekonferenz ansehen

Eine Aufzeichnung der vollständigen Pressekonferenz ist hier verfügbar: ISEE2026 Press Conference - Environmental Epidemiology in a Changing World.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Prof. Markus Ege vom Institut für Asthma- und Allergieprävention bei Helmholtz Munich und dem Dr. von Haunerschen Kinderspital des LMU Klinikums haben erstmals gezeigt, „welche Bakterien in der Stallluft den Bauernhofeffekt auslösen, welche Stoffe der Bakterien ihn vermitteln und an welchen Rezeptoren im Körper sie andocken, um ihre potenzielle schützende Wirkung zu entfalten.“ Die Ergebnisse wurden im Fachblatt „New England Journal of Medicine - Evidence“ veröffentlicht.

Seit Jahren liest man immer wieder von der Hygienehypothese. Sie war 1989 entstanden, nachdem drei Jahrzehnte lang ein dramatischer Anstieg von Allergien, Heuschnupfen und Asthma bei Kindern in westlichen Industrienationen beobachtet worden war. Alles Erkrankungen, bei denen das Immunsystem entzündlich überreagiert und körpereigene Strukturen angreift. Warum? Aus Unterforderung in der frühen Kindheit - besagt die Hygienehypothese: Das Abwehrsystem von Kindern, die zu wenig mit Umweltkeimen und banalen Schnupfenviren konfrontiert sind, läuft leichter fehl. „Mädchen und Jungen, die auf Bauernhöfen aufgewachsen und einer großen Vielfalt von Mikroben ausgesetzt sind, haben das Problem deutlich seltener“, sagt Prof. Markus Ege. Denn ihr Immunsystem ist ständigen bakteriellen Sparringspartnern aus der Stallluft ausgesetzt und wird damit so trainiert, dass überschießende Entzündungsreaktionen vermieden werden.

Eindeutig bewiesen ist die Hygienehypothese allerdings nicht. Denn sie beruht weitgehend auf Beobachtungsstudien. „Diese können nur mehr oder weniger überzeugend Zusammenhänge nahelegen“, sagt Epidemiologe Ege: „Aber mit unserer neuen Studie können wir das nun sehr plausibel tun, weil wir die einzelnen Glieder der vermuteten Kausalkette benennen können: Bakterien, die beteiligten Stoffwechselprodukte der Mikroben und menschliche Rezeptoren.“

Wie vorgegangen wurde

Die Forscher nutzten die Daten von über 1.000 Kindern aus großen europäischen Studien in ländlichen Regionen. Von allen Mädchen und Jungen lagen zwei Arten von Proben vor: Nasenabstriche und Staub aus der Matratze. Zusätzlich wurden bei 47 Bauernhofkindern Staubproben aus Kuhställen genommen. Die Forscher haben dann geschaut, welche Bakterien und Pilze in diesen Proben vorkommen, wie diese Mikroorganismen zusammenhängen und ob bestimmte Mikroben-Gruppen die Mädchen und Jungen vor Asthma schützen.

Dafür verwendeten die Epidemiologen und Bioinformatiker moderne Gen- und Stoffwechselanalysen und entwickelten am Computer Modelle. Durch eine Art Ausschlussverfahren kamen sie letztlich den entscheidenden Mikroorganismen auf die Schliche. Zusätzlich prüften sie, ob Gene der Kinder diesen Schutz beeinflussen. Zur Bestätigung nutzten die Forscher außerdem Daten aus Frankreich und Finnland.

Die Ergebnisse

„Wir haben wenige Bakterien identifiziert, die wir nun bis auf Spezies-Ebene genau benennen können“, sagt Giuila Pagani, Erstautorin der Studie und Bioinformatikerin am Institut für Asthma- und Allergieprävention bei Helmholtz Munich, „zum Beispiel Romboutsia timonensis und Glutamicibacter arilaitensis. Diese sogenannten gram-positiven Bakterien vermitteln zusammen zwei Drittel des gesamten Bauernhofeffekts auf Asthma und zur Hälfte auf Heuschnupfen und Neurodermitis.“ Die Bakterien stammen aus dem Verdauungstrakt der Kuh, wo sie Stoffe wie Kynurenin, Xanthin, Alpha-Linolensäure und Stearidonsäure produzieren oder verstoffwechseln, die leicht eingeatmet und von den zwei Rezeptoren AhR und PPARy auf den menschlichen Atemwegszellen erkannt werden können. „Diese Rezeptoren“, erklärt Ege weiter, „haben vielfältige Funktionen unter anderem im Immunsystem, sie verhindern vermutlich eine überschießende Entzündungsreaktion.“ Ihre Rolle im Bauernhof-Effekt war zuvor nicht bekannt. Zum ersten Mal ist mithin die gesamte biologische Kette sichtbar: Kuh → Stallluft → Bakterien → Stoffwechselprodukte → menschliche Rezeptoren → Schutz vor Asthma.

Die neuen Erkenntnisse können jetzt von Laborforschern genutzt werden, um die molekularen und zellulären Mechanismen des Bauernhof-Effekts zu entschlüsseln. Das eröffnet die Perspektive, ein Medikament zu entwickeln, das den Bauernhof-Effekt nachahmt - ohne dass sich Kinder dafür im Kuhstall aufhalten müssen.

Original-Publikation

Pagani et al., 2026: Gram-Positive Bacteria and the Inverse Association between Farm Exposure and Childhood Asthma. NEJM Evidence. DOI: https://doi.org/10.1056/EVIDoa2500271

Live-Bildgebung zeigt Mobilisierung von CD8-T-Zellen

Möglich wurde diese Entdeckung durch den Einsatz einer hochmodernen Intravitalmikroskopie. Diese Methode, die weltweit bislang nur an wenigen Standorten etabliert ist, erlaubt es, biologische Prozesse direkt im lebenden Organismus in Echtzeit zu beobachten. So konnten die Forschenden verfolgen, wie sich Immunzellen in den ersten Stunden nach Kontakt mit viralen Bestandteilen verhalten und welche Reaktionen dabei in der Lunge ausgelöst werden.

Im Mittelpunkt der Studie stand das sogenannte E-Protein von SARS-CoV-2, ein Strukturprotein der Virushülle. Die Untersuchungen zeigten, dass CD8-T-Zellen bereits innerhalb von vier Stunden nach Kontakt mit diesem Protein aktiviert werden. Die Zellen wandern gezielt in die Lunge ein, verbleiben dort über längere Zeit und bilden lokale Zellansammlungen.

Schnelle Reaktion der angeborenen Lungenimmunität

Besonders überraschend war die Art der Aktivierung. Die Forschenden konnten zeigen, dass die schnelle Reaktion der CD8-T-Zellen nicht über die bislang bekannten Wege der erworbenen Immunabwehr ausgelöst wird. Stattdessen erkennt das angeborene Immunsystem das E-Protein über den Rezeptor TLR2 und löst Signale aus, die die T-Zellen innerhalb weniger Stunden aktivieren. Eine solche Aktivierung ist gut bekannt für Zellen des angeborenen Immunsystems.
Damit beschreiben die Forschenden einen bislang unbekannten Mechanismus, über den virale Strukturproteine eine schnelle, angeborene T-Zell-Antwort auslösen können.

„Unsere Studie zeigt: Mit hochauflösender Intravitalmikroskopie lässt sich das Verhalten von Immunzellen in der Lunge direkt beobachten – und so der Verlauf der pulmonalen Immunantwort besser verstehen“, sagt Markus Rehberg, Gruppenleiter am LHI und DZL-Forschender.

„Unsere Ergebnisse deuten insofern darauf hin, dass angeborenes und erworbenes Immunsystem bereits sehr früh Hand in Hand arbeiten, um die Virusabwehr zu koordinieren“, ergänzt Silke Meiners, Leiterin der Forschungsgruppe „Immunologie und Zellbiologie“ am Forschungszentrum Borstel, Leibniz Lungenzentrum.

Welche Perspektiven bietet diese Arbeit?

Zusammengefasst zeigt die Studie, dass virale Proteine frühe Immunreaktionen in der Lunge beeinflussen können. In diesem Fall aktiviert das SARS-CoV-2-Hüllprotein die CD8-T-Zellen in der Lunge, noch bevor das Immunsystem das Virus vollständig erkennt. Das eröffnet Perspektiven für:

• die Überwachung von Immunreaktionen im Frühstadium einer Infektion
• die Einstufung des Krankheitsrisikos
• die gezielte therapeutische Beeinflussung der Wechselwirkungen zwischen angeborener und erworbener Immunabwehr

Original-Publikation

Shaalan et al., 2026: SARS-CoV-2 (E)-protein induces rapid TLR2-mediated T cell activation in mouse lungs revealed by intravital lung microscopy. ERS Publications. DOI: 10.1183/13993003.01064-2025

Hitze gilt als das größte klimawandelbedingte Gesundheitsrisiko in Deutschland. Hitzewellen treten zunehmend häufiger auf, werden intensiver und dauern länger an. Gleichzeitig besteht weiterhin Bedarf, das Bewusstsein für die gesundheitlichen Folgen extremer Hitze sowie für wirksame Schutzmaßnahmen zu stärken. Der Hitzeaktionstag bringt Akteure aus Politik, Wissenschaft, Gesundheitswesen, Kommunen und Zivilgesellschaft zusammen, um den gesundheitlichen Hitzeschutz weiter voranzubringen.

Neuer WHO-Leitfaden vorgestellt

Anlässlich des Hitzeaktionstags stellt das WHO-Regionalbüro für Europa heute in Berlin den neuen Leitfaden für Hitzeaktionspläne zum Schutz der Gesundheit vor. Die Veröffentlichung aktualisiert und erweitert den bisherigen WHO-Leitfaden aus dem Jahr 2008. Grundlage sind neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu den Auswirkungen von Hitze auf die Gesundheit, praktische Erfahrungen aus der Hitzeaktionsplanung sowie eine Analyse der bisherigen Empfehlungen.

Der neue Leitfaden enthält einen aktualisierten Rahmen für gesundheitliche Hitzeaktionspläne mit acht Kernelementen. Darüber hinaus bietet er konkrete Maßnahmen, Entscheidungshilfen und praktische Empfehlungen für die Planung, Koordination und Umsetzung von Hitzeschutzmaßnahmen. Ziel ist es, Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger sowie Gesundheitsakteure bei der Entwicklung evidenzbasierter Strategien zum Schutz der Bevölkerung vor extremer Hitze zu unterstützen.

Beitrag von Helmholtz Munich

Die Aktualisierung des Leitfadens wurde vom Europäischen Zentrum der WHO für Umwelt, Klimawandel und Gesundheit in Bonn koordiniert und unter Beteiligung zahlreicher internationaler Expert:innen erarbeitet. Dr. Franziska Matthies-Wiesler vom Institut für Epidemiologie bei Helmholtz Munich war als Ko-Autorin an der konzeptionellen Entwicklung des Leitfadens sowie an der Ausarbeitung einzelner Kapitel beteiligt.

„Durch diese Kombination von wissenschaftlicher Evidenz und langjähriger internationaler praktischer Erfahrung in der Hitzeaktionsplanung ist der aktualisierte WHO-Leitfaden eine wertvolle Unterstützung für Entscheidungsträger und Gesundheitsakteure in der Klimaanpassung und bietet eine aktuelle Ergänzung zu den bestehenden Handlungsempfehlungen für die Planung und Umsetzung auch in Deutschland“, sagt Franziska Matthies-Wiesler.

Auch für Dr. Alexandra Schneider, Deputy Director des Instituts für Epidemiologie und Leiterin der Forschungsgruppe „Environmental Risks“ bei Helmholtz Munich, setzt die Veröffentlichung ein wichtiges Signal: „Jede Hitzewelle kostet vermeidbar Menschenleben und belastet die Gesundheitssysteme weltweit. Mit dem neuen Leitfaden zur Hitzeaktionsplanung setzt die WHO ein starkes Signal: Schutz vor Hitze muss integraler Bestandteil öffentlicher Gesundheitsstrategien sein.“

Informationen und Materialien

Der Schwerpunkt des Hitzeaktionstags 2026 liegt auf der gemeinsamen Vorsorge für Extremhitze. Bundesweit finden Informationsveranstaltungen, Fachforen, Vernetzungsangebote und weitere Aktionen statt. Organisationen, Kommunen und Einzelpersonen sind eingeladen, sich mit eigenen Aktivitäten zu beteiligen und den gesundheitlichen Hitzeschutz sichtbar zu machen.

Weitere Informationen zum Hitzeaktionstag sowie Materialien zum Hitzeschutz stehen unter  hitzeaktionstag.de und hitze.info zur Verfügung.

Original-Publikation

Kale et al., 2026: Extensive variation between chromosomes of North American andEuropean hop. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-72379-8

Typ-1-Diabetes ist eine chronische Autoimmunerkrankung, bei der das Immunsystem die insulinproduzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse angreift und zerstört. Lange Zeit wurde die Erkrankung vor allem mit dem Kindesalter in Verbindung gebracht. Inzwischen gilt jedoch als gesichert, dass sie sich ebenso im Jugend- und Erwachsenenalter entwickeln kann. Vor diesem Hintergrund untersuchten Forschende von Helmholtz Munich die Prävalenz von Typ-1-Diabetes im Frühstadium bei jungen Erwachsenen – ein Bereich, der bislang wenig Beachtung fand. 

Die Studie entstand in enger Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Epidemiologie (EPI) und dem Institut für Diabetesforschung (IDF). Die Forschenden untersuchten Proben von 1.377 Teilnehmenden aus den Langzeitstudien LISA und GINIplus, die ihre Proband:innen von der Geburt an bis ins junge Erwachsenenalter begleiten. Die Teilnehmenden wurden dabei bis zu einem Alter von 25 Jahren regelmäßig untersucht. Die Blutproben wurden anhand der im Rahmen der Fr1da-Studie entwickelten Verfahren auf Inselautoantikörper untersucht.

Inselautoantikörper entwickeln sich auch im Alter zwischen 15 und 25 Jahren

Die Ergebnisse zeigen, dass etwa 1,2 Prozent der zuvor nicht diagnostizierten jungen Erwachsenen positiv auf Inselautoantikörper getestet wurden, darunter 0,2 Prozent der Teilnehmenden, die die Kriterien eines Typ-1-Diabetes Frühstadiums erfüllen – Prävalenzen, die mit denen bei Kindern vergleichbar sind – sowie weitere 1,0 Prozent, die nur einen einzelnen Autoantikörper aufwiesen. Längsschnittanalysen zeigten, dass die Mehrheit der Autoantikörper-positiven Personen diese Marker bereits bis zum Alter von 15 Jahren entwickelt hatten, jedoch auch nach diesem Alter neue Fälle von Insel-Autoantikörpern auftraten. Dies weist darauf hin, dass frühe immunologische Anzeichen von Typ-1-Diabetes häufig erst im Jugend- und jungen Erwachsenenalter auftreten.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass frühe Stadien von Typ-1-Diabetes auch in der erwachsenen Bevölkerung vorkommen. Die Forschenden schließen daraus, dass eine Ausweitung bestehender, bislang vor allem auf Kinder ausgerichtete Screeningprogramme auf junge Erwachsene sinnvoll sein kann – insbesondere, wenn junge Erwachsene im Jugendalter nicht getestet wurden.

Original-Publikation

Standl et al., Prevalence of early-stage type 1 diabetes in young adults: a population-based cohort study. The Lancet Diabetes & Endocrinology. DOI: 10.1016/ S2213-8587(26)00034-3

Typ-1-Diabetes (T1D) nimmt weltweit zu - mehr als die Hälfte der Neuerkrankungen tritt bei Erwachsenen auf. Ein wichtiges frühes Warnsignal sind sogenannte Inselautoantikörper im Blut, die bereits Jahre vor dem Ausbruch der Erkrankung nachweisbar sein können. Während Screening-Programme bei Kindern in den vergangenen Jahren erfolgreich etabliert wurden, fehlen vergleichbare Erkenntnisse für Erwachsene. Das Team von Helmholtz Munich untersucht nun, welche Biomarker und Kriterien sich am besten für die Früherkennung im Erwachsenenalter eignen.

„Unsere Studien mit Kindern zeigen, dass eine frühe Diagnose schwere Komplikationen wie die diabetische Ketoazidose verhindern kann. Wir sind überzeugt, dass sich diese Vorteile auch auf Erwachsene übertragen lassen“, sagt Prof. Peter Achenbach, stellvertretender Direktor des Instituts für Diabetesforschung und Leiter des Projekts. „Die Ergebnisse könnten eine wichtige Grundlage für zukünftige Screening-Programme sein.“

Große Bevölkerungsstudien können nötige Antworten liefern

Für die Analyse nutzen die Forschenden Blutproben und Gesundheitsdaten von mehr als 75.000 Teilnehmenden der NAKO Gesundheitsstudie - Deutschlands größter Langzeitstudie zur Erforschung von Volkskrankheiten. Ergänzend fließen Langzeitdaten aus der Babydiab/Babydiet-Studie ein, in der über 2.000 Angehörige von Menschen mit T1D von der Geburt bis ins Erwachsenenalter begleitet wurden. Diese Kombination ermöglicht es, die Entwicklung von Autoantikörpern über die gesamte Lebensspanne hinweg zu untersuchen.

„Die NAKO Gesundheitsstudie ist eine bevölkerungsweite Beobachtungsstudie. Sie bietet darum eine einzigartige Datengrundlage, um Risikofaktoren zu identifizieren und neue Wege für Prävention und Früherkennung zu entwickeln. Mit der Förderung durch Breakthrough T1D können wir entscheidende Erkenntnisse für eine frühere Diagnose von Typ 1 Diabetes bei Erwachsenen gewinnen,“ erklärt Prof. Annette Peters, Direktorin des Instituts für Epidemiologie und Vorsitzende des NAKO e.V. Vorstandes. 

In einer nachfolgenden Studie haben nun die Letztautoren Erika von Mutius und Önder Yildirim (Leiter des Instituts für Lungengesundheit und Immunität (LHI), Helmholtz Munich, und des Instituts für Experimentelle Pneumologie (IEP) am LMU Klinikum) gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der DZL-Standorte CPC-M und ARCN die molekularen Grundlagen dieses Schutzes entschlüsselt. Die Ergebnisse zeigen, wie bestimmte Umweltreize das Immunsystem epigenetisch umprogrammieren und es so gegen allergische Entzündungen „trainieren“.

Das Immunsystem trainieren, bevor es überreagiert

In einem etablierten Asthma-Modell setzten die Forschenden menschliche und murine Immunzellen einem Extrakt aus Bauernhofstaub aus, um eine allergische Reaktion auszulösen. Im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen zeigten die behandelten Zellen:

• Deutlich reduzierte Entzündungen der Lunge
• Weniger Schleimbildung, ein typisches Asthma-Merkmal
• Stark abgeschwächte entzündliche Immunreaktionen

Im Zentrum standen Makrophagen. Diese Zellen spielen normalerweise eine zentrale Rolle bei der Aktivierung allergischer Reaktionen. Der Bauernhofstaub programmierte sie jedoch um: Sie produzierten weniger CCL8 – einen Botenstoff, der entzündliche Eosinophile anzieht – und regulierten MHC‑II‑Moleküle herunter. Dadurch wird die Antigenpräsentation an T‑Zellen eingeschränkt, ein entscheidender Schritt der allergischen Immunreaktion.

Wie programmiert Bauernhofstaub das Immunsystem um?

Der Schlüssel liegt in der Veränderung der Immunzellen in der Lunge. Normalerweise präsentieren spezialisierte Zellen Allergene und stoßen so eine Entzündungskaskade an. Bauernhofstaub stört diesen Ablauf. Er reprogrammiert Makrophagen über PPARγ-Signale, erhöhte HDAC-Aktivität und veränderte Chromatinzugänglichkeit an wichtigen Entzündungsgenen. So senden die Zellen keine starken Allergiesignale mehr. Diese Veränderungen sind epigenetisch – das heißt, die DNA bleibt unverändert, aber die Genaktivität ändert sich.

Önder Yildirim sagt dazu: „Unsere Arbeit zeigt, dass nicht alle Umweltreize schädlich sind. Wir entschlüsseln, wie positive Umweltsignale die Gesundheit schützen und die Immunkompetenz stärken. Was wir beim Asthma lernen, könnte die Prävention vieler chronischer Lungenerkrankungen verändern – auch bei COPD und Lungenfibrose.“

Von der Scheune zur Prävention

Asthma und Allergien betreffen weltweit Hunderte Millionen Menschen. Die meisten Behandlungen setzen erst an, wenn die Krankheit bereits besteht. Diese Forschung zeigt einen anderen Weg: vorbeugen statt behandeln. Die nächste Aufgabe ist, die genauen Schutzfaktoren im Bauernhofstaub zu identifizieren. Könnten einzelne mikrobielle Moleküle isoliert und sicher als Inhalation, Nasenspray oder frühe Intervention eingesetzt werden? Es geht nicht darum, dass alle Kinder auf Bauernhöfen leben müssen. Ziel ist es, die hilfreichen Umweltbestandteile zu finden und sie in Präventionsstrategien zu übersetzen. 

Erika von Mutius fasst es so zusammen: „Wenn wir verstehen, wie die Umwelt das Immunsystem stärkt, können wir chronische Krankheiten nicht nur behandeln, sondern verhindern. Die Zukunft der Medizin könnte darin liegen, die Biologie der Resilienz zu nutzen.“

Originalpublikation:

Dragunas G, Klotz M, Chen S et al. A beneficial environment promotes immune resilience through epigenetic regulation. Sci Adv. 2026 Feb 27;12(9):eady7317. doi: 10.1126/sciadv.ady7317. Epub 2026 Feb 27. PMID: 41758935; PMCID: PMC12947861.

Original-Publikation

Hankofer et al., 2026: Photorespiration is linked to DNA methylation by formate as a one-carbon source. Nature Plants. DOI: 10.1038/s41477-026-02222-x

In der vorliegenden Analyse wurden 79.239 NAKO-Teilnehmende zu drei Zeitpunkten vor der Pandemie (2014–2019), im Frühjahr 2020 (Frühe Pandemiephase) und im Herbst 2022 (späte Pandemiephase) zu depressiven Symptomen, Angstsymptomen, Stress und ihrer selbst wahrgenommenen Gesundheit befragt. Die Auswertung der standardisierten und medizinisch etablierten Fragebögen zeigt: Der Anteil der Teilnehmenden mit depressiven Symptomen stieg von 5,9 Prozent vor der Pandemie auf 9,7 Prozent im Herbst 2022, moderate bis schwere Angstsymptome von 3,9 Prozent auf 6,2 Prozent und moderater bis starker Stress von 4,1 Prozent auf 10,2 Prozent. Parallel sank der Anteil an Personen ohne Symptome, während sich die Gruppe mit allen drei Symptombelastungen – Depression, Angst und Stress – bis zur späten Phase der Pandemie mehr als verdoppelte.

Selbst eingeschätzte Gesundheit: Trendwende bis 2022

Bemerkenswert war zudem der Verlauf der selbst wahrgenommenen Gesundheit auf einer 5-Punkte-Skala von schlecht bis ausgezeichnet: Zu Beginn der Pandemie im Jahr 2020 schätzten sich viele Menschen gesundheitlich sogar etwas besser ein als vor der Pandemie. Der Anteil derjenigen mit „sehr guter“ Gesundheit stieg zunächst von 36,5 Prozent vor der Pandemie auf 44,4 Prozent im Jahr 2020. Bis 2022 kehrte sich dieser Trend jedoch um: Nur noch 30,5 Prozent berichteten eine „sehr gute“ Gesundheit, und Angaben zu „weniger guter“ Gesundheit wurden etwa doppelt so häufig gemacht wie vor der Pandemie.

Jüngere Erwachsene und Frauen besonders betroffen

Besonders belastet waren in der Analyse der NAKO-Studie jüngere Erwachsene unter 40 Jahren sowie Frauen, die häufiger Verschlechterungen sowohl der selbst wahrgenommenen Gesundheit als auch der mentalen Gesundheit aufwiesen als ältere Personen und Männer. Mittleres und höheres Alter wirkten dagegen eher schützend: In diesen Gruppen fanden sich häufiger stabile oder sogar verbesserte Verläufe. „Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass bestimmte Bevölkerungsgruppen – insbesondere jüngere Menschen und Frauen – stärker von den psychologischen Folgen der Pandemie betroffen waren“, erklärt Yanding Wang, Erstautorin der Publikation und Doktorandin bei Helmholtz Munich.

Dauerhafte Präventionsangebote notwendig

Die Ergebnisse zeigen, dass die Zunahme der mentalen Belastung durch die Pandemie eine langanhaltende Veränderung war, die auch nach Aufhebung vieler Schutzmaßnahmen anhielt, zieht das Forscherteam Bilanz. „Wir brauchen daher dauerhaft angelegte, niedrigschwellige Angebote zur Förderung der psychischen Gesundheit“, sagt Annette Peters. „Dadurch ließe sich verhindern, dass die psychischen Langzeitfolgen der Pandemie zu einer zusätzlichen, vermeidbaren Krankheitslast in der Bevölkerung anwachsen.“

Die NAKO Gesundheitsstudie, als größte deutschlandweite Bevölkerungsstudie, hat bereits vor und zu Beginn der COVID-19-Pandemie umfassende Gesundheitsdaten erhoben. Sie ermöglicht dadurch einzigartige Einblicke in die langfristigen Auswirkungen der Pandemie auf die Gesundheit der Deutschen. Die fortlaufenden Untersuchungen der Teilnehmenden werden zudem zeigen, wie sich die beobachteten Veränderungen weiterentwickeln.

Original-Publikation

Wang et al., 2026: Changes in Mental Health During the COVID-19 Pandemic: An Analysis of Data from the German National Cohort (NAKO) for the Years 2014–2022. Deutsches Ärzteblatt International. DOI: 10.3238/arztebl.m2025.0218

Neue Erkenntnisse: Struktur ist wichtiger als Chemie
Die Ergebnisse zeigen eindrücklich, dass chemisch ähnliche, aber strukturell unterschiedliche Nanomaterialien verschiedene Entzündungsprogramme aktivieren. Kugelförmige Partikel (CNP) stimulieren vor allem alveoläre Epithelzellen, die entzündungsfördernde Zytokine wie CXCL1 und GM-CSF freisetzen – ein Mechanismus, der zur Rekrutierung neutrophiler Granulozyten führt, ohne dass Zellschäden auftreten. Im Gegensatz dazu verursachen faserförmige Nanoröhren (CNT) deutliche Gewebeschäden an Epithel- und Immunzellen und führen zur Freisetzung von „Alarminen“ wie IL-1α und IL-33, die eine starke, teils chronische Entzündungsantwort initiieren. Bemerkenswert ist auch die frühe Aktivierung von mesenchymalen Zellen, insbesondere von Lipofibroblasten in unmittelbarer Nachbarschaft zu alveolären Typ-II-Zellen. Diese erweisen sich als zentrale Schaltstellen, die das Ausmaß und die Qualität der Entzündungsreaktion wesentlich mitbestimmen.

ToxAtlas: Neues Tool für sicherere Nanomaterialien
Zur besseren Zugänglichkeit der Ergebnisse haben die Forschenden den webbasierten ToxAtlas entwickelt, ein interaktives Tool, das zelltypspezifische Genexpressionsmuster und Signalwege verschiedener Nanomaterialien abbildet. Damit steht der Forschung erstmals eine systematische Ressource zur Verfügung, um Materialeigenschaften mit biologischen Wirkungen zu verknüpfen und die Entwicklung sicherer, tierversuchsfreier Testsysteme voranzutreiben.
Diese Forschung vertieft nicht nur unser Verständnis der Toxizität von Nanomaterialien, sondern bietet auch ein leistungsstarkes Werkzeug, um die Entwicklung sichererer Nanomaterialien voranzubringen und zugleich die Abhängigkeit von Tierversuchen zu reduzieren. ToxAtlas könnte die Art und Weise verbessern, wie wir die Risiken von neuen Nanomaterialien in Medizin, Industrie und Umweltsicherheit einschätzen und mindern.

Internationale Kollaboration & Publikation
Die Arbeit mit dem Titel "Toward a ToxAtlas of Carbon-Based Nano materials: Single-Cell RNA Sequencing Reveals Initiating Cell Circuits in Pulmonary Inflammation" ist in ACS Nano erschienen und entstand in enger Kooperation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland, Dänemark, der Schweiz und Großbritannien.

Originalpublikation: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41183169/  
Voss C, Han L, Ansari M, Strunz M, Haefner V, Angelidis I, Mayr CH, Berthing T, Zhou Q, Guenther EM, Huzain O, Schmid O, Vogel U, Gote-Schniering J, Gaedcke S, Theis FJ, Schiller HB, Stoeger T. Toward a ToxAtlas of Carbon-Based Nanomaterials: Single-Cell RNA Sequencing Reveals Initiating Cell Circuits in Pulmonary Inflammation. ACS Nano. 2025 Nov 18;19(45):39139-39156. doi: 10.1021/acsnano.5c12054. Epub 2025 Nov 3. PMID: 41183169; PMCID: PMC12632174.
 

Kontakt:
Dr. Tobias Stöger, Leiter der Arbeitsgruppe “Dynamics of Pulmonary Inflammation” am Institut für Lungengesundheit und Immunität (LHI) bei Helmholtz Munich
Prof. Dr. Herbert Schiller, Direktor der Research Unit Precision Regenerative Medicine (PRM) bei Helmholtz Munich
 

„Die NAKO Gesundheitsstudie ist die einzige deutschlandweite Bevölkerungsstudie, die Gesundheitsdaten direkt vor und zu Beginn der COVID-19-Pandemie erhoben hat. Damit liefert sie wertvolle Einblicke, um zu verstehen, wie sich die Pandemie langfristig auf die Gesundheit der Menschen in Deutschland auswirkt“, erklärt Prof. Dr. Annette Peters, Vorstandsvorsitzende des NAKO e.V. und Direktorin des Instituts für Epidemiologie bei Helmholtz Munich.

Forschungsprojekt EpiPAIS: Molekulare Mechanismen von Long COVID

Ein zentrales Projekt ist EpiPAIS – Epigenetische Muster in der Pathogenese von Long COVID, koordiniert von Prof. Dr. Annette Peters. In EpiPAIS werden rund 9.000 Blutproben auf sogenannte epigenetische Veränderungen untersucht, die zur Entwicklung von Long COVID oder ähnlichen Syndromen beitragen könnten. Epigenetische Veränderungen sind wie Schalter und Regler, die darüber entscheiden, welche Gene in einer Zelle wann und wie aktiv sind.

„Mit dem Projekt EpiPAIS vereinen wir molekulare Forschung und bevölkerungsweite Gesundheitsdaten. So können wir besser verstehen, wie und welche biologischen Prozesse nach Infektionen langfristig die Gesundheit beeinflussen“, sagt Prof. Dr. André Karch, Leiter der Klinischen Epidemiologie am Institut für Epidemiologie und Sozialmedizin der Universität Münster. Mithilfe moderner statistischer Methoden und Machine-Learning sollen individuelle Krankheitsverläufe und Risikoprofile analysiert werden. An dem Projekt beteiligt sind neben Helmholtz Munich die Universitäten Halle und Münster.

Bundesweite Teilnehmendenbefragung geplant

„Zum Startpunkt von EpiPAIS ist ab Anfang 2026 eine umfassende Befragung der NAKO-Teilnehmenden unter Federführung der Universitätsmedizin Halle geplant. Erhoben werden Informationen zu Symptomen, Infektionsverläufen und Langzeitfolgen“, berichtet Prof. Dr. Rafael Mikolajczyk, Direktor des Instituts für Medizinische Epidemiologie, Biometrie und Informatik an der Universitätsmedizin Halle.

Diese Erhebung ergänzt die aktuell laufende Drittuntersuchung (10-Jahres-Follow-up) und ermöglicht eine Einschätzung der Häufigkeit und Ausprägung postinfektiöser Erkrankungen in der Bevölkerung – einschließlich Long COVID. Die so gewonnenen Daten schaffen eine wertvolle Grundlage, um Gesundheitsrisiken nach Infektionen besser zu verstehen und langfristig Versorgungsstrategien zu verbessern.

Genomsequenzierung: Neue Perspektiven auf Krankheitsentstehung

Aktuell führen die an der NAKO beteiligten Helmholtz-Zentren eine umfangreiche Genomsequenzierung von Bioproben in den Jahren 2025 und 2026 durch. „Die Daten der Genomsequenzierung und die wertvollen Bioproben der NAKO schaffen eine wichtige Grundlage, um genetische und molekulare Faktoren die zu postinfektiösen Erkrankungen führen genauer zu verstehen. Wir erwarten, dass dabei neue pathophysiologische Mechanismen aufgezeigt werden und gezielte Therapien entwickelt werden können“, sagt Prof. Annette Peters. Die genetischen Analysen werden von Helmholtz Munich koordiniert und zusammen mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), dem Max Delbrück Center (MDC) und dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) durchgeführt.

Nationale Dekade gegen Postinfektiöse Erkrankungen

Die Nationale Dekade gegen Postinfektiöse Erkrankungen, gefördert mit insgesamt 500 Millionen Euro, startet 2026. Die Initiative des BMFTR unter Leitung von Ministerin Dorothee Bär bündelt wissenschaftliche Kompetenzen, um die medizinischen und gesellschaftlichen Folgen von Infektionen langfristig zu erforschen und neue Ansätze für Prävention und Therapie zu entwickeln.

NAKO Gesundheitsstudie

Die NAKO Gesundheitsstudie ist die größte Langzeit-Bevölkerungsstudie in Deutschland. In 18 Studienzentren werden seit 2014 über 200.000 zufällig ausgewählte Personen medizinisch untersucht und nach ihren Lebensgewohnheiten befragt. Zum Start der Studie waren die Teilnehmenden im Alter von 20 – 69 Jahren. 

Die NAKO Gesundheitsstudie ist eine prospektive epidemiologische Kohortenstudie. Die Forschenden beobachten dabei eine große Gruppe, eine sogenannte Kohorte, aus gesunden, kranken oder ehemals kranken Menschen über eine lange Zeitspanne. Ziel ist es, durch wissenschaftliche Auswertungen der Daten der Teilnehmenden, Häufigkeit und Ursachen von Volkskrankheiten wie beispielsweise Krebs, Diabetes oder Herz-Kreislauferkrankungen aufzuklären, Risikofaktoren zu erkennen und Wege für eine wirksame Vorbeugung und Früherkennung aufzuzeigen. 

Das Forschungsprojekt wird von 26 Einrichtungen getragen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Universitäten, der Helmholtz-Gemeinschaft, der Leibniz-Gemeinschaft und weiteren Forschungsinstituten in Deutschland arbeiten in einem bundesweiten Netzwerk zusammen. Die Studie wird vom Verein NAKO e.V. durchgeführt. Finanziert wird sie aus öffentlichen Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), der Helmholtz-Gemeinschaft und der beteiligten Bundesländer.  

www.nako.de

Wird Gewebe im Körper nicht mehr ausreichend durchblutet, spricht man in der Medizin von einer Ischämie. Um das Absterben betroffener Zellen zu verhindern, sollte die Durchblutung schnellstmöglich wiederhergestellt werden (Reperfusion). Leider kann Gewebe durch eine solche Reperfusion neben der Ischämie zusätzlich durch Sauerstoffradikale geschädigt werden. Jedes Jahr leiden allein in Europa Millionen Menschen an den Folgen eines Ischämie-Reperfusionsschadens. Es handelt sich um eine häufige Komplikation nach einem Schlaganfall, Herzinfarkt und Organtransplantationen, die zu Gewebeschäden, Zelltod und Entzündungen führen kann – und derzeit gibt es dafür keine Behandlung. Das FERROPath-Konsortium möchte Abhilfe schaffen und sucht nach neuen Therapiewegen.

Ferroptose als Schlüsselmechanismus

Während der ersten Förderperiode entdeckte das Forschungsteam Ferroptose-spezifische Lipid-Signaturen, die beim Wiedereinsetzen der Durchblutung nach einer Minderversorgung entstehen. Besonders bei Schlaganfällen konnten Biomarker im Gehirn und Blut nachgewiesen und in Patient:innenproben bestätigt werden – ein Hinweis auf die zentrale Rolle der Ferroptose im Krankheitsmechanismus. Diese spezielle Form des eisenabhängigen Zelltods entsteht durch oxidativen Stress und lässt sich über messbare Proteine frühzeitig erkennen, was neue Wege für Diagnose und Therapie eröffnet.

Neue Phase für Diagnostik und Prävention

Während der ersten Förderperiode entdeckte das Forschungsteam Ferroptose-spezifische Lipid-Signaturen, die beim Wiedereinsetzen der Durchblutung nach einer Minderversorgung entstehen. Besonders bei Schlaganfällen konnten Biomarker im Gehirn und Blut nachgewiesen und in Patient:innenproben bestätigt werden – ein Hinweis auf die zentrale Rolle der Ferroptose im Krankheitsmechanismus. Diese spezielle Form des eisenabhängigen Zelltods entsteht durch oxidativen Stress und lässt sich über messbare Proteine frühzeitig erkennen, was neue Wege für Diagnose und Therapie eröffnet.

Neue Phase für Diagnostik und Prävention

In der zweiten Förderperiode soll die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Lipid-Signaturen geprüft werden, um ein standardisiertes Diagnosetool zu entwickeln. Damit will das Konsortium das optimale Zeitfenster für neuartige Ferroptose-Hemmer bestimmen und die Behandlung individueller anpassen – ein wichtiger Schritt hin zu einer präziseren, personalisierten Schlaganfalltherapie.

Das Team um Prof. Marcus Conrad und Dr. Bettina Proneth vom Institut für Metabolismus und Zelltod konzentriert sich dabei auf die Validierung der Lipid-Biomarkersignaturen in präklinischen Modellen sowie der Validierung von neuen Ferroptosehemmern. Conrad erklärt: „Wir wollen verstehen, wann und wie genau Ferroptose bei Durchblutungsstörungen abläuft. Gelingt es uns, die charakteristischen Lipidmuster zuverlässig zu identifizieren, könnten wir künftig frühzeitig erkennen, wann Gewebe gefährdet ist – und gezielt therapeutisch eingreifen, bevor irreparable Schäden entstehen.“

Auch Prof. Önder Yildirim und Dr. Aicha Jeridi vom Institut für Lungenbiologie und Immunität sehen großes Potenzial für klinische Anwendungen. Ihr Teilprojekt untersucht die Validierung eines ferroptosespezifischen Biomarker-Panels bei ischämie-reperfusionsbedingten Lungenschäden. Yildirim erklärt: „Nach Transplantationen oder akuten Durchblutungsstörungen kommt es in der Lunge häufig zu schweren Gewebeschädigungen, für die bislang keine wirksame Therapie gibt.“ Jeridi betont: „Mit einem besseren Verständnis der Ferroptose wollen wir neue Wege finden, Lungenschäden frühzeitig zu erkennen und künftig wirksam zu verhindern.“

Mehr Infos über FERROPath
 

Zentrale Erkenntnis: COPD beginnt früh

Eine der wichtigsten Botschaften des Treffens war, dass COPD bereits früh im Leben entsteht. Faktoren wie Frühgeburtlichkeit und Infektionen in der frühen Kindheit können die Lungenentwicklung und -funktion langfristig beeinflussen. Wie Mareike Lehmann in ihrer Eröffnungsrede betonte: „Wir müssen diese frühen Ursachen von Krankheiten verstehen, um COPD nicht nur zu heilen, sondern auch zu verhindern.“ 

Mehrere Vorträge befassten sich mit der Frage, warum sich manche Menschen von frühen Lungenschädigungen erholen können und wie sich dieser „Aufholprozess“ auf molekularer Ebene entschlüsseln lässt. Die Teilnehmenden waren sich einig, dass es ein entscheidendes Zeitfenster gibt, um diese regenerative Fähigkeit zu verstehen – und möglicherweise therapeutisch zu nutzen. 

Auf dem Weg zu besseren Biomarkern der Krankheitsaktivität

Die derzeit üblichen Diagnoseparameter wie FEV1 und GOLD-Stadien reichen nicht aus, um Krankheitsaktivität und -verlauf umfassend zu erfassen. Fortschritte in der molekularen Bildgebung und Biomarkerforschung sind daher von zentraler Bedeutung. Räumliche molekulare Profilierung und zelltypspezifisches Targeting könnten helfen, den optimalen Zeitpunkt und Ort für therapeutische Eingriffe zu bestimmen.

Prof. Stijn Verleden (Belgien) präsentierte Bildgebungswerkzeuge zur Erfassung von Regenerationsprozessen, während Prof. Daniel Weiss (USA) das Potenzial von Gen- und Zelltherapien zur Förderung der Lungenreparatur vorstellte.

In Workshops wurden translationale Forschungsinstrumente wie humane Organoide, Lung-on-Chip-Modelle mit Immunzellen sowie KI-basierte Plattformen wie digitale Zwillinge diskutiert – allesamt Werkzeuge, die das Verständnis der COPD-Pathologie und neuer Behandlungsansätze erweitern.

Patientenperspektiven und Auszeichnungen

Patientenvertreter Michael Drohan teilte seine persönliche Geschichte, die die Komplexität der Erkrankung und die Möglichkeiten zur Verbesserung durch Rehabilitation verdeutlichte. 

Darüber hinaus wurden herausragende Nachwuchsforschende mit Posterpreisen ausgezeichnet:

• Dr. Maria Camila Melo Narvaez (LHI, Helmholtz Munich, Institut für Lungenforschung, Universität Marburg)
• Ayu Hitami Syarif (Medizinische Universität Graz)
• Hanne Voet (Universität Antwerpen, Teilnahme mit ERS Fellowship LHI, Helmholtz Munich)

Zusammenarbeit als Schlüssel zum Fortschritt

Das Treffen endete mit einem klaren Appell zur Fortsetzung der internationalen Zusammenarbeit in Netzwerken wie COPD-iNET. Wie Prof. Önder Yildirim, Direktor des Instituts für Lungenforschung und Immunität bei Helmholtz Munich, zusammenfasste:

„Nur gemeinsam können wir COPD verhindern und heilen. Die zwei Tage hier in Prag haben erneut gezeigt, wie wichtig dieses Netzwerk ist, um dieser schweren Krankheit zu begegnen.“ 

Über COPD-iNET:

Das internationale Netzwerk wurde gegründet von Önder Yildirim, Mareike Lehmann, Thomas Conlon, Theo Kapellos, Roxana Wasnick (alle LHI, Helmholtz München) und weiteren internationalen Kollegen. Der Schwerpunkt liegt auf der Förderung der translationalen COPD-Forschung durch regelmäßigen Austausch über aktuelle Projekte wie modernste humane In-vitro-Modelle, neueste systembiologische und KI-basierte Ansätze und klinische Kohorten.

Mehr erfahren unter copd-inet.com

Erfahre mehr: 

Zum Institute for Lung Health and Immunity bei Helmholtz Munich.

Zum Lungeninformationsdienst bei Helmholtz Munich.

Weltweit ist COPD die dritthäufigste Todesursache. In Deutschland sind mehr als drei Millionen Menschen betroffen. Eine besondere Herausforderung besteht darin, dass Lungenschäden häufig schon lange entstehen, bevor die Erkrankung erkannt wird. Frühe Warnzeichen wie anhaltender Husten oder Atemnot werden oft übersehen oder unterschätzt.

Der Welt-COPD-Tag 2025 möchte daher auf die Bedeutung einer frühen Diagnose aufmerksam machen, da die Erkrankung häufig erst in einem fortgeschrittenen Stadium entdeckt wird.

Forschung bei Helmholtz Munich

Bei Helmholtz Munich arbeiten Forschende daran, die Prävention, Diagnose und Behandlung von COPD grundlegend zu verbessern. Ziel ist es, die biologischen Mechanismen der Erkrankung besser zu verstehen und neue diagnostische und therapeutische Ansätze zu entwickeln, die eine frühere und wirksamere Intervention ermöglichen.

Im Fokus steht das Verständnis der immunologischen Grundlagen von COPD sowie die Erforschung, wie Ernährung, Umweltfaktoren und Immunreaktionen beim Entstehen und Fortschreiten der Erkrankung zusammenwirken. Durch die Kombination dieser Erkenntnisse wollen die Forschenden personalisierte Strategien entwickeln, um das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen und die Lebensqualität der Betroffenen zu verbessern.

Weitere Informationen

Erfahren Sie mehr über die COPD-Forschung von Helmholtz Munich und seinen Partnern.

Der Lungeninformationsdienst ist ein Gesundheitsportal von Helmholtz Munich in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL). Es bietet aktuelle, neutrale und wissenschaftlich geprüfte Informationen zu akuten und chronischen Lungenerkrankungen.

Weitere Informationen zu COPD beim Lungeninformationsdienst

Weitere Informationen finden Sie in der Pressemitteilung des BMFTR:

Nationale Dekade gegen Postinfektiöse Erkrankungen: Insgesamt eine halbe Milliarde Euro für weitergehende Forschung

Original-Publikation

Liu et al., 2025: Alveolar macrophages initiate the spatially targeted recruitment of neutrophils after nanoparticle inhalation. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adx8586

Forschende von Helmholz Munich, der TUM und des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung haben nun gemeinsam mit internationalen Forschungspartnern das Pangenom von 33 Haferlinien entschlüsselt. Ein Pangenom bildet die gesamte genetische Vielfalt der untersuchten Sorten ab, umfasst also nicht nur Gene, die in allen Pflanzen vorkommen, sondern auch solche, die nur in bestimmten Pflanzen vorhanden sind. Die Ergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Genetische Vielfalt besser verstehen und nutzen

Das Team sequenzierte und analysierte die Genome von Haferlinien aus vielen Regionen der Welt. Das Pangenom bildet somit laut den Forschenden einen großen Umfang der gesamten genetischen Hafer-Diversität ab. „Unsere Ergebnisse bilden ein Fundament, das uns helfen wird, zu verstehen, welche Gene für Ertrag, Klimaanpassung und Pflanzengesundheit wichtig sind“, erklärt Prof. Nadia Kamal die Bedeutung des Hafer-Pangenoms. Sie ist ehemalige Helmholtz Munich-Wissenschaftlerin und aktuell Professorin für Computational Plant Biology an der TUM.

Die Forschenden untersuchten hierfür 26 kultivierte Sorten, unter ihnen auch alte Sorten, und verschiedene wilde Sorten. Alte und wilde Sorten in die Untersuchung zu integrieren war für das Team wichtig, da moderne Zuchtsorten vorrangig auf Ertrag hin gezüchtet wurden – mitunter zu Lasten anderer Eigenschaften, die sich künftig als günstig erweisen könnten. Diese könnten in alten und wilden Sorten überlebt haben und sie zum Beispiel robuster gegenüber Trockenheit oder Krankheiten machen.

Verzeichnis der Gen-Aktivität

Das Forschungsteam hat auch untersucht, wie Tausende von Genen im Hafer in verschiedenen Pflanzenteilen und Linien aktiv sind, und konnte so zeigen, dass Hafer ein besonderes Potenzial zur Anpassung und Widerstandsfähigkeit besitzt. So spiegeln Unterschiede in den Genexpressionsmustern oft auch die geografische Herkunft der Linien wider – ein Hinweis darauf, dass sich Haferpopulationen durch fein abgestimmte Genregulation an unterschiedliche Umweltbedingungen angepasst haben. Auf dieser Basis wurde ein Pantranskriptom von 23 der im Pangenom untersuchten Haferlinien erstellt – ein Aktivitäts-Verzeichnis der Gene. „Die Kombination aus Pangenom und Pantranskriptom eröffnet neue Möglichkeiten, Haferlinien zu züchten, die sowohl ertragreich als auch an unterschiedliche Klimabedingungen angepasst sind“, sagt Prof. Manuel Spannagl von Helmholtz Munich, einer der Studienleiter. 

„Hafer macht zwar im Vergleich zu Weizen, Reis und Mais einen kleineren Anteil am Markt aus, dennoch ist es wichtig, ihn in der Diskussion um klimaresilientes Getreide nicht aus dem Blick zu verlieren“, sagt Nadia Kamal. „Nicht nur ist es für unsere Gesundheit gut, eine große Bandbreite von Nahrungsmitteln zur Verfügung zu haben. Wir schaffen somit auch die Möglichkeit, etwaige Ernteausfälle anderer Arten zumindest teilweise ausgleichen zu können.“ 

Original-Publikation

Avni et al., 2025: A pangenome and pantranscriptome of hexaploid oat. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09676-7

Original-Publikation

White et al., 2025: De Novo Annotation Reveals Transcriptomic Complexity Across the Hexaploid Wheat Pan-Genome. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-025-64046-1

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Staphylococcus hominis als Gegenspieler zum potentiell krankmachenden Staphylococcus aureus wirkt“, sagt Dr. Matthias Reiger, Wissenschaftler am Institut für Umweltmedizin und Integrative Gesundheit und Leiter des Forschungsmanagements am Institut für Umweltmedizin bei Helmholtz Munich. „Das eröffnet neue Ansätze für die Behandlung von Neurodermitis, beispielsweise durch die gezielte Förderung nützlicher Hautbakterien.“

Gestörte Hautbarriere

Atopische Dermatitis ist eine der häufigsten chronisch-entzündlichen Hautkrankheiten. Sie betrifft bis zu 20 Prozent der Kinder und rund 10 Prozent der Erwachsenen. Neben Juckreiz und Ekzemen geht die Erkrankung mit einer gestörten Hautbarriere einher, die das Eindringen von Allergenen und Keimen erleichtert. Während das pathogene Bakterium Staphylococcus aureus als Treiber der Entzündung bekannt ist, rücken in der Forschung nun schützende Hautbewohner wie Staphylococcus hominis zunehmend in den Fokus.

Die Arbeiten sind in enger Kooperation mit der Technischen Universität München (Dr. Felix Lauffer), der Universität Freiburg (Prof. Dr. Natalie Garzorz-Stark) und der Firma Lipotype aus Dresden durchgeführt worden.

Original-Publikation

Bhattacharyya et al., 2025: Skin Lipid–Microbe Interplay Links Staphylococcus hominis to Barrier Control in Adult Atopic Dermatitis. Allergy. DOI: 10.1111/all.70028

Eine digital souveräne Lösung

Das Neckarsulmer Unternehmen Honic hat seine Forschungsdatenplattform in enger Abstimmung mit der Datenschutzaufsicht und Patient:innen-Organisationen ausschließlich mit europäischer Technologie entwickelt. Basierend auf den Anforderungen der NAKO wurde eine digital souveräne TRE konzipiert, die den hohen deutschen und europäischen Datenschutz- und Datensicherheitsanforderungen vollumfänglich entspricht. So sind die Daten bestmöglich geschützt und verbleiben stets im europäischen Rechtsrahmen. Gleichzeitig wird durch Honics Erfahrung mit vergleichbaren Forschungsprojekten eine effiziente Nutzung ermöglicht. „NAKO e.V. legt seit jeher großen Wert auf den Schutz der Teilnehmendendaten. Mit der für die NAKO entwickelten TRE halten wir strengste Datenschutzvorgaben ein und setzen gleichzeitig den wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Auftrag der NAKO Gesundheitsstudie um, mit diesen Daten möglichst breite Forschung zu ermöglichen. Die Daten, die über die TRE bereitgestellt werden, verbleiben innerhalb der Umgebung und nur die Ergebnisse können von den Forschenden exportiert werden”, erklärt Dr. Henrik Matthies, CEO von Honic.

Nutzungsanträge einreichen

Forschende Unternehmen, die NAKO-Daten im Rahmen des TRE-Pilotprojekts analysieren möchten, können ihre Datennutzungsanträge über das Antragsportal TransferHub einreichen. Die Forschungsprojekte sollen dabei im Sinne der NAKO einem gesundheitsbezogenen öffentlichen Interesse dienen. Im Zuge des Antrags muss neben dem Studiendesign, den verwendeten Methoden und den Projektzielen, die Begründung der ausgewählten Variablen nachvollziehbar sein. Die eingehenden Anträge werden vom Use & Access-Komitee sowie dem Vorstand des NAKO e.V. inhaltlich geprüft und falls erforderlich eine Überarbeitung empfohlen. 

Für die Nutzung der TRE fallen Kosten an, die bei Antragstellung kommuniziert und von den forschenden Unternehmen getragen werden. Die Nutzungsgebühr ermöglicht den sicheren Zugriff auf die sensiblen Daten innerhalb der verantwortungsvollen und vertraglich basierten Kooperation zwischen NAKO e.V. und den antragstellenden Unternehmen. Die Zahl an Nutzungsanträgen im Rahmen der Pilotphase ist begrenzt. Daher ist eine zeitnahe Antragstellung empfehlenswert. Die teilnehmenden Unternehmen haben die Gelegenheit, Hinweise zur Weiterentwicklung der TRE sowie individuelles Feedback zu geben, um diese Plattform für zukünftige Nutzung auszubauen.

Zum Antragsportal NAKO TransferHub:

www.nako.de/transferhub

NAKO Gesundheitsstudie:

Die NAKO Gesundheitsstudie ist die größte Langzeit-Bevölkerungsstudie in Deutschland. In 18 Studienzentren werden seit 2014 über 200.000 zufällig ausgewählte Personen medizinisch untersucht und nach ihren Lebensgewohnheiten befragt. Zum Start der Studie waren die Teilnehmenden im Alter von 20 – 69 Jahren. Die NAKO Gesundheitsstudie ist eine prospektive epidemiologische Kohortenstudie. Die Forschenden beobachten dabei eine große Gruppe, eine sogenannte Kohorte, aus gesunden, kranken oder ehemals kranken Menschen über eine lange Zeitspanne. Ziel ist es, durch wissenschaftliche Auswertungen der Daten der Teilnehmenden, Häufigkeit und Ursachen von Volkskrankheiten wie beispielsweise Krebs, Diabetes oder Herz-Kreislauferkrankungen aufzuklären, Risikofaktoren zu erkennen und Wege für eine wirksame Vorbeugung und Früherkennung aufzuzeigen. 
Das Forschungsprojekt wird von 26 Einrichtungen getragen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Universitäten, der Helmholtz-Gemeinschaft, der Leibniz-Gemeinschaft und weiteren Forschungsinstituten in Deutschland arbeiten in einem bundesweiten Netzwerk zusammen. Die Studie wird vom Verein NAKO e.V. durchgeführt. Finanziert wird sie aus öffentlichen Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), der Helmholtz-Gemeinschaft und der beteiligten Bundesländer.www.nako.de

Idiopathische Lungenfibrose, kurz IPF, führt zur Vernarbung des Lungengewebes. Dadurch verliert die Lunge zunehmend an Funktion was die Lebensqualität der Patient:innen stark beeinträchtigt und im schlimmsten Fall lebensbedrohlich sein kann. Zwar können aktuelle antifibrotische Therapien das Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen, doch besteht weiterhin ein hoher ungedeckter medizinischer Bedarf, da es bislang keine Behandlung gibt, die die Krankheit aufhalten oder gar rückgängig machen kann. Die neue Kooperation will dazu beitragen– mit der Entwicklung einer physiologisch relevanteren Plattform für die Arzneimittelentwicklung, die menschliches Lungengewebe mit Einzelzell-Transkriptomanalysen und KI-Modellen kombiniert.

Bei Helmholtz Munich führen zwei Forschungsgruppen die Kooperation: die Research Unit for Precision Regenerative Medicine unter Leitung des Lungenexperten Prof. Herbert Schiller sowie das Institut für Computational Biology unter Leitung des KI-Spezialisten Prof. Fabian Theis. Das Team von Boehringer Ingelheim mit Sitz in Biberach, Baden-Württemberg, wird von Prof. Matthew Thomas geführt, dem Leiter der Immunologie- und Atemwegsforschung des Unternehmens in Deutschland.

Das Schiller-Labor hat fortschrittliche Methoden entwickelt, um die Wirkung von Arzneimitteln auf Einzelzellebene in präzisionsgeschnittenen menschlichen Lungenschnitten (hPCLS) zu analysieren. Dieser Ansatz soll künftig die präklinische Prüfung neuer antifibrotischer Kandidaten unterstützen. „Indem wir direkt mit menschlichem Lungengewebe arbeiten und fortschrittliche rechnergestützte Modelle integrieren, hoffen wir, die zellulären Steuerungsmechanismen der Fibrose im Detail zu verstehen und neue Angriffspunkte für Therapien zu finden“, erklärt Schiller.

Das Theis-Labor bringt seine Expertise in maschinellem Lernen und biomedizinischer KI ein. Das Team entwickelt Modelle, die die Wirkung potenzieller Arzneimittelkandidaten auf Einzelzellebene analysieren und vorhersagen. „Diese Zusammenarbeit ermöglicht es uns, experimentelle Biologie und Data Science zu vereinen, um besser abschätzen zu können, wie mögliche Medikamente – und auch deren Kombinationen – in komplexem menschlichen Gewebe wirken könnten“, erklärt Theis.

Das Forschungszentrum von Boehringer Ingelheim in Biberach gilt als führend in der Entwicklung und Bereitstellung von Medikamenten gegen fibrotische Lungenerkrankungen wie IPF – ein Präparat ist bereits auf dem Markt, eine neue Therapie steht vor der Zulassung. Neben finanzieller Unterstützung stellt das Unternehmen eine Auswahl an Substanzen aus seiner Wirkstoffpipeline für die Tests zur Verfügung. „Wir freuen uns, gemeinsam mit den Wissenschaftlern von Helmholtz Munich neue Technologien zu erforschen, um zukünftige Behandlungsoptionen für IPF weiterzuentwickeln und die Lebensqualität der Patienten weiter zu verbessern“, sagt Matthew Thomas.

“Der Klimawandel prägt bereits jetzt unsere gesundheitliche Realität – von Allergien bis hin zu Infektionskrankheiten. Wir verfügen über das Wissen und die Werkzeuge, um Resilienz aufzubauen und Leben zu schützen,” so Traidl-Hoffmann.

Jenseits des Klimawandels: eine ganzheitliche Perspektive auf Gesundheit

Menschliches Handeln beeinflusst den Planeten in weitreichender Weise – und geht dabei weit über den Klimawandel hinaus. Bereits 2009 entwickelten Erdsystemwissenschaftler*innen das Konzept der „Planetaren Belastungsgrenzen“, welches neun kritische globale Prozesse definiert – einer davon ist der Klimawandel. Für diese Prozesse gibt es Grenzwerte, die eingehalten werden müssen, um innerhalb eines „sicheren Handlungsspielraums“ zu bleiben. Eine Bewertung aus dem Jahr 2023 zeigt, dass sechs von neun planetaren Belastungsgrenzen derzeit überschritten sind – was ein zunehmendes Risiko bedeutet, die lebenserhaltenden Systeme der Erde aus dem Gleichgewicht zu bringen.

Zudem gibt es mittlerweile zahlreiche Belege, dass Veränderungen im Erdsystem eine akute Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen – sei es durch Auswirkungen auf Luftqualität, Wasserversorgung, Nahrungsmittelproduktion, das Auftreten von Infektionskrankheiten oder die Bewohnbarkeit ganzer Regionen. Diese Sorgen führten zur Entstehung des Konzepts der Planetaren Gesundheit. Dieses Forschungsfeld befasst sich damit, wie menschliche Eingriffe in die natürlichen Systeme der Erde die Gesundheit beeinflussen – und wie Lösungen entwickelt werden können, die sowohl die Stabilisierung des Erdsystems ermöglichen als auch Gesundheit, Gerechtigkeit und soziale Teilhabe für alle sicherstellen.

„Vor zehn Jahren schloss sich die Planetary-Health-Gemeinschaft um die Erkenntnis zusammen, dass wir keine gesunden Menschen auf einem kranken Planeten haben können“, sagt Mitautor Dr. Sam Myers.

„Heute steht diese Zusammenarbeit mit den Forschenden im Bereich der Planetaren Belastungsgrenzen für eine weitere Reifung unseres Fachgebiets – ein Zusammenkommen der Erdsystemwissenschaften und der öffentlichen Gesundheitsforschung mit der Erkenntnis, dass die planetare Krise zu einer globalen Gesundheitskrise geworden ist.
Um eine lebenswerte Zukunft für die Menschheit zu sichern, müssen wir das Erdsystem stabilisieren. Wir verfügen nun über den wissenschaftlichen Rahmen, um die Stabilität des Erdsystems systematisch mit der menschlichen Gesundheit zu verknüpfen.“

„Die menschliche Gesundheit hängt von einem stabilen Erdsystem ab. Wenn wir jetzt handeln, können wir diesen Notfall der planetaren Gesundheit in eine Chance für Prävention, Gerechtigkeit und Wohlbefinden für alle verwandeln,“ erklärt Traidl-Hoffmann.

Vier Eckpunkte für Maßnahmen

Der Kommentar hebt die Bedeutung integrierter Überwachung, gerechtigkeitsorientierter Politik und von Kommunikationsstrategien hervor, die über die wissenschaftliche Gemeinschaft hinauswirken. Er benennt vier zentrale Handlungsfelder, die von Forschenden und Praktiker*innen gleichermaßen als essenziell angesehen werden:

• Überwachung von Erdsystem und menschlicher Gesundheit: Systematische Untersuchung der Gesundheitsauswirkungen von Veränderungen im Erdsystem, mit kontinuierlich aktualisierten Daten, um Bedrohungen zu bewerten und fundierte Entscheidungen zu ermöglichen.
• Gerechtigkeitsorientierte Politik: Sicherstellung des universellen Zugangs zu lebenswichtigen Ressourcen für alle – bei gleichzeitiger Berücksichtigung der unverhältnismäßigen Auswirkungen von Veränderungen im Erdsystem auf künftige Generationen, indigene Bevölkerungen und marginalisierte Gemeinschaften, die am wenigsten zur Destabilisierung des Erdsystems beigetragen haben.
• Tatsächliche Kosten-Nutzen-Rechnung: Offenlegung der versteckten Gesundheitskosten durch Umweltzerstörung und der realen Vorteile des Schutzes der Natur für den Menschen, um effiziente Veränderungen zu identifizieren – etwa würde die Transformation des globalen Ernährungssystems deutlich weniger kosten als die derzeit entstehenden verdeckten Schäden.
• Integrierte Kommunikation: Förderung des Verständnisses, dass Umweltprobleme die Gesundheit, Sicherheit und das Wohlergehen aller bedrohen – und gleichzeitig Wege für gemeinsames Handeln aufzeigen.

„Als Ärztin sehe ich die Symptome – Hitzestress, Atemwegserkrankungen, die Allergie-Epidemie – aber die Wissenschaft liefert uns das Rezept: systemischer Wandel für einen gesünderen Planeten und gesündere Menschen“, erklärt Claudia Traidl-Hoffmann.

In diesem Jahr gingen die Doktorandenpreise an Florencia Merino und Ruyu Ma. Beide Nachwuchswissenschaftlerinnen überzeugten durch exzellente wissenschaftliche Arbeiten während ihrer Promotion.

Florencia Merino erforscht die Ursprünge der periventrikulären Heterotopie, einer Gehirnfehlbildung, die bislang vor allem auf Defekte in der neuronalen Migration während der Entwicklung zurückgeführt wurde. Ihre Arbeit stellt diese gängige Annahme infrage und zeigt, dass vielmehr eine frühzeitige Fehlfunktion neuraler Stammzellen – also der Vorläuferzellen von Neuronen – die Hauptursache der Erkrankung ist. Durch die Verlagerung des Fokus von der späten neuronalen Migration hin zu frühen Defekten in Stammzellen eröffnet ihre Forschung neue Ansätze für therapeutische Interventionen bereits in sehr frühen Entwicklungsstadien.

Ruyu Ma hat eine neue Generation biolumineszenter Bildgebungssysteme entwickelt, die ein maßgeschneidertes optisches Design mit einer ultraempfindlichen Kamera vereinen. Damit lässt sich die Dynamik molekularer und zellulärer Prozesse in Echtzeit sichtbar machen — ganz ohne externe Lichtquelle. Diese Innovation reduziert die Phototoxizität deutlich und ermöglicht die Langzeitbeobachtung lebender Zellen. Ihre interdisziplinäre Arbeit schlägt eine Brücke zwischen optischer Ingenieurwissenschaft und Biologie und hat zahlreiche fachübergreifende Kooperationen angestoßen.

Nachwuchsförderung als zentrale Säule bei Helmholtz Munich

Helmholtz Munich misst der Förderung junger Talente große Bedeutung bei. Die Programme der Helmholtz Munich Graduate School (HELENA) bieten Promovierenden eine Forschungsumgebung, die persönliche Entwicklungsmöglichkeiten in den Fokus setzt. Ziel ist es, den wissenschaftlichen Nachwuchs bestmöglich auf eine Karriere innerhalb und außerhalb der Wissenschaft vorzubereiten.

Vorbildliche Betreuung durch Otmar Schmid

Mit dem Best Supervisor Award wurde erstmals Dr. Otmar Schmid ausgezeichnet. Er leitet die Forschungsgruppe „Pulmonary Aerosol Delivery“ am Institut für Lungengesundheit und -immunität. Die Auszeichnung würdigt sein kontinuierliches Engagement für die wissenschaftliche Begleitung und Förderung von Promovierenden. Besonders hervorgehoben wurden seine offene Kommunikationskultur, sein konstruktives Feedback und seine Unterstützung bei der beruflichen Entwicklung junger Forschender.  

„Während meiner gesamten beruflichen Laufbahn habe ich mich für die Wissenschaft und das Streben nach einem tieferen Verständnis der Welt um uns herum begeistert. Die nächste Generation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu inspirieren und diese Leidenschaft mit ihnen zu teilen, ist für mich persönlich jedoch noch lohnender als die Wissenschaft selbst“, so Otmar Schmid.

In seiner Forschung beschäftigt sich Schmid mit neuen Ansätzen zur Inhalationstherapie bei Lungenerkrankungen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Entwicklung von Modellen, die die Lungenprozesse während der Inhalationstherapie realistisch nachbilden. Sein Ziel ist es, Medikamente so zu verabreichen, dass sie möglichst effizient genau dort ankommen, wo sie in der Lunge wirken sollen. Dazu entwickelt seine Gruppe unter anderem patientenfreundliche Inhalationssysteme und arbeitet an bildgebenden Verfahren, die eine gezielte Medikamentenverteilung sichtbar machen.

Preisverleihung durch lokale Partner

Die Auszeichnungen wurden gemeinsam von der Helmholtz Munich Graduate School (HELENA), dem Verein der Freunde und Förderer (VdFF) des Forschungszentrums sowie der Stiftung AtemWeg vergeben. Sie unterstreichen das gemeinsame Engagement für eine zukunftsorientierte Forschungslandschaft, in der Talente wachsen und sich entfalten können.

Die Einzelzellgenomik ermöglicht es Wissenschaftler:innen, einzelne Zellen mit bislang unerreichter Auflösung zu analysieren – und dadurch zu verstehen, wie sie funktionieren, interagieren und zu Gesundheit oder Krankheit beitragen. Doch mit dem rasanten Wachstum des Feldes ist auch die Zahl der verfügbaren Analysewerkzeuge gestiegen: Inzwischen existieren Tausende von Tools zur Verarbeitung und Interpretation dieser komplexen Daten. Diese Vielfalt stellt Forschende vor eine zentrale Herausforderung: Wie findet man das am besten geeignete Werkzeug – oder die optimale Kombination von Verarbeitungsschritten – für eine bestimmte Fragestellung?

Viele dieser Werkzeuge sind hochspezialisiert, ihre Leistungsbewertung jedoch schwierig, da verlässliche Datensätze mit bekannten Ergebnissen (sogenannte „Ground Truth“) oft fehlen. Daher greifen viele Forschende auf groß angelegte Benchmarking-Studien zurück. Diese sind jedoch häufig uneinheitlich, schnell veraltet und schwer vergleichbar – was es komplizierter macht, die effektivste Methode für eine bestimmte Aufgabe zu identifizieren.

„Wir brauchen eine gemeinsame Sprache, um zu messen, was funktioniert und was nicht – und die langfristig Bestand hat“, sagt Prof. Fabian Theis, Direktor des Computational Health Centers bei Helmholtz Munich und Professor an der Technischen Universität München. „Mit Open Problems schaffen wir ein reproduzierbares, transparentes und dynamisches Rahmenwerk, das die Entwicklung und Bewertung von Analysewerkzeugen vorantreibt und aktiv von der Community mitgestaltet werden kann.“

Transparent, reproduzierbar und gemeinschaftsbasiert

Open Problems umfasst derzeit 81 öffentliche Datensätze und testet 171 Methoden in 12 zentralen Aufgaben der Einzelzellanalyse. Jede Methode wird anhand einer Vielzahl quantitativer Metriken bewertet, die ihre Leistungsfähigkeit bei einer konkreten Aufgabe messen – darunter Genauigkeit, Skalierbarkeit und Robustheit. Insgesamt kommen 37 verschiedene Metriken zum Einsatz, wobei für jede Aufgabe die jeweils relevantesten ausgewählt werden.

Alle Bewertungen erfolgen automatisiert in der Cloud und folgen standardisierten Verfahren, um vollständige Reproduzierbarkeit sicherzustellen. Forschende können die Ergebnisse jeder Methode einsehen, den zugrunde liegenden Code analysieren und Verbesserungsvorschläge einbringen. Um langfristig relevant und offen für neue Entwicklungen zu bleiben, ist die Plattform für Beiträge aus der Community ausgelegt: Wissenschaftler:innen können neue Aufgaben vorschlagen, eigene Methoden einbringen, an regelmäßigen Community-Calls teilnehmen und bei kollaborativen Hackathons mitwirken, um die Zukunft des Projekts mitzugestalten.

Konkrete Vorteile für die Forschung

Durch den direkten Vergleich unterschiedlicher Werkzeuge hilft Open Problems Forschenden dabei, die effektivsten Methoden für ihre spezifischen Fragestellungen zu identifizieren – und stellt dabei nicht selten etablierte Annahmen infrage. Wie Dr. Smita Krishnaswamy, Associate Professor für Genetik und Informatik an der Yale School of Medicine, erklärt: „Wir haben festgestellt, dass es genauere Ergebnisse liefert, übergeordnete Muster der Genaktivität zu betrachten, anstatt sich auf einzelne Gene zu fokussieren – etwa, wenn man untersucht, wie Zellen miteinander kommunizieren. Und bei bestimmten Aufgaben, wie der Identifikation von Zelltypen über verschiedene Datensätze hinweg, kann ein einfaches statistisches Modell sogar komplexe KI-Methoden übertreffen – und so die Analyse für viele Forschende schneller und effizienter machen.“

Die Plattform bildet auch die Grundlage für internationale Wettbewerbe im Bereich maschinelles Lernen, etwa die multimodalen Integrations-Challenges der NeurIPS-Konferenz. Diese globalen Wettbewerbe bringen Expert:innen aus Biologie und Künstlicher Intelligenz zusammen, um reale Fragestellungen mit gemeinsamen Datensätzen und standardisierten Bewertungsverfahren zu lösen.

„Open Problems senkt die Einstiegshürden für KI-Forschende außerhalb der Biologie, sich in der Genomik zu engagieren“, sagt Dr. Malte Lücken, Erstautor der Studie und Wissenschaftler bei Helmholtz Munich. „Es ist eine Blaupause für interdisziplinäre Innovation.“

Der gesamte Code sowie alle Ergebnisse sind offen unter einer CC-BY-Lizenz verfügbar unter: github.com/openproblems-bio/openproblems.

Im Rahmen des EVH bringt Helmholtz Munich seine Expertise durch das Institut für Virologie (VIRO), sowie die Unit Global Health (UGH) ein. 

Das VIRO-Institut, insbesondere seine Immunmonitoring-Gruppe, verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Überwachung neu auftretender Infektionen wie SARS-CoV-2 sowie in der Entwicklung humaner monoklonaler Antikörper gegen Mpox. Die Hochsicherheitslabore der Biosicherheitsstufe 3 (BSL-3) ermöglichen Neutralisationstests unter Verwendung von lebenden Viren, die für die Bewertung der Wirksamkeit von Impfstoffen gegen Hochrisikopathogene entscheidend sind. 

Ergänzend zu diesen Aktivitäten untersucht die Unit Global Health (UGH) unter der Leitung von Prof. Michael Hoelscher globale Gesundheitsprobleme in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen, mit dem Schwerpunkt auf Lungengesundheit und Atemwegsinfektionen, und fördert den Einsatz von KI in der Biomarkerforschung, digitalen Gesundheitsanwendungen und bevölkerungsbasierten Vorhersagemodellen.  

„Der European Vaccines Hub ist ein wichtiger Schritt zur Stärkung der europäischen Fähigkeit, auf zukünftige Pandemien zu reagieren“, sagte Michael Hoelscher. „Unsere gebündelte Expertise in Immunmonitoring, und KI-gestützter globaler Gesundheitsforschung trägt dazu bei, dass Impfstoffkandidaten schnell und zuverlässig bewertet werden können.“ 

Der EVH wird von der Sclavo Vaccines Association koordiniert und gliedert sich in vier zentrale Säulen – Wirkstoffentdeckung, präklinische Studien, klinische Studien und Produktion – die die gesamte Pipeline der Impfstoffentwicklung abdecken.