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Towards a scientifically justified, differentiated regulation of genome edited plants in the EU: Short Version of the Statement
Get PDFIn July 2018, the European Court of Justice ruled that the legal regulations for genetically modified organisms (GMOs) apply to all organisms which have been altered using genome editing methods such as CRISPR-Cas. This makes it difficult to study, develop and cultivate improved crops which are urgently needed for productive, climate-adapted and more sustainable agriculture. The National Academy of Sciences Leopoldina, the Union of the German Academies of Sciences and Humanities, and the German Research Foundation (DFG) released a public statement to raise awareness of this issue. They point out that this blanket legal classification of GMOs does not take into account what type of genetic modification is present in a given organism. In the eyes of the science academies and the DFG, this primarily process-based regulatory approach has no rational justification. They have offered recommendations on how European genetic engineering legislation can be amended as a short-term solution and completely renewed in the long term. By means of genome editing, improved crops can be bred more quickly and targeted than ever before. Nonetheless, many of the modifications that the new varieties carry in their genetic makeup could also emerge randomly or via conventional breeding methods. Oftentimes, it is impossible to attribute the origin of the genetic modification to any breeding method at all. In their statement entitled “Towards a scientifically justified, differentiated regulation of genome edited plants in the EU”, the science academies and the DFG stress that the blanket classification of genome edited plants as GMOs is thus unjustified and impracticable. They advocate for regulation and authorisation processes which are specifically adapted to each individual modification. Worldwide, the European Court of Justice’s decision affects more than 100 known and (potentially) marketable gene-edited crops offering nutritional and agricultural advantages. These include soya beans with healthier fatty acids, reduced-gluten wheat, bacteria-resistant rice, and mould-resistant types of wine grape, wheat and cacao, as well as drought-tolerant strains of corn, wheat and soya beans. Many countries outside of the European Union have chosen to exclude gene-edited plants, which do not contain genetic information which is foreign to the species, from GMO-specific regulations. In their joint statement, the Leopoldina, the Union of German Academies and the DFG have drafted recommendations for ensuring science-based regulation of genome edited plants in the EU. These recommendations include the amendment of European genetic engineering legislation. As a short-term measure, the definition of GMOs should be revised so that genome edited organisms are no longer considered GMOs ‒ analogous to plants modified with conventional breeding methods – unless they contain genetic information, which is foreign to the species. Likewise, combinations of genetic information which could also occur in nature or via conventional breeding methods should not be included in the classification of a GMO. However, the statement says that the only viable long-term solution would be to establish a completely new legal framework. In assessing the risks involved for humanity and the environment, the new framework should not focus on the processes in which new plant varieties are created, but rather on their new traits. Furthermore, the science academies and the DFG are calling for the facilitation of field trials. They believe this is critical, for instance to gain a better understanding of the genetic basis of important attributes such as tolerance to heat, salt and drought. In their statement, the organisations also mention that other initiatives must be pursued to inform consumers about different breeding methods and the resulting products. This knowledge – as well as a consistent system of product labelling – should enable people to make informed decisions about what they purchase. The science academies and the DFG also point out that genome edited plant varieties can help alleviate shortages of resources and support sustainable agricultural practices. Moreover, they say that the creation of new varieties by way of genome editing is a viable option even for small and medium-sized enterprises (SMEs) on account of the technique’s low costs and high efficiency. But the statement highlights that taking advantage of these opportunities would require a differentiated adjustment of the legal regulations for research and approval of the plant varieties created
Citizen science in the Internet era: G7 Science Academies' Statement 2019
Get PDFThis statement was prepared by the National Academies of Sciences of the G7 states under the leadership of the Académie des sciences to provide scientific advice to the G7 Summit of Heads of State and Governments in France in 2019. Citizen science is by definition carried out by citizens who are not “scientific professionals”. It is changing rapidly, as a result of the democratization of knowledge, new and faster communication technologies and increased open access to information. A first - and major- component of citizen science is the 21st century version of the long established “Community-Based Participatory Research”. CBPR is usually performed by people with little formal scientific training participating in research projects coordinated by trained experts. It now takes the form of many projects across the world involving millions of people and billions of data items collected. A second emerging component involves individuals having a solid scientific background, but working outside the walls of the usual professional research systems. They do science in public or private virtual communities or in private settings. This category of citizen science is referred to, here, as “Beyond The Walls Research” (BTWR). In the present Internet era, the potential value of these approaches to research is high: CBPR may contribute to improving public understanding of science and the scientific method, and can thus play a role in democratizing knowledge and learning. BTWR offers an opportunity to advance knowledge and innovation in ways that were previously inaccessible to the academic, government or industrial organizations of research, and constitutes an opportunity – widely used by industry - to discover talented individuals outside the standard research system. Alongside these potential benefits come risks, especially around the evaluation of results stemming from CBPR and BTWR. These results are often disseminated through diverse channels outside the traditional peer-review system. There are also risks that ethical guidelines and safety regulations that apply to research carried out in the standard professional framework are not followed by those engaged in this new citizen science and, therefore, there is a need for anticipation and control. Finally, the development of citizen science requires an increased effort in the scientific training of the citizen at all ages, starting at school, and the integration of perspectives in the arts and humanities, law, education, social sciences and ethics as well as natural sciences and engineering.Diese Stellungnahme wurde von den Nationalen Akademien der Wissenschaften der G7-Staaten unter Federführung der Académie des sciences zur Beratung des Gipfeltreffens der Staats- und Regierungschefinnen und -chefs der G7-Staaten in Frankreich im Jahr 2019 erarbeitet. Citizen Science wird per Definition von BürgerInnen durchgeführt, die keine "wissenschaftlichen Profis" sind. Sie verändert sich schnell als Folge der Demokratisierung des Wissens, neuer und schnellerer Kommunikationstechnologien und eines erhöhten offenen Zugangs zu Informationen. Ein erster – und wichtiger – Bestandteil der BürgerInnenwissenschaft ist die Version des 21. Jahrhunderts der lange etablierten "Community-Based Participatory Research (CBPR)". CBPR wird normalerweise von Menschen mit wenig formaler wissenschaftlicher Ausbildung durchgeführt, die an Forschungsprojekten teilnehmen, die von ausgebildeten Experten koordiniert werden. Sie findet mittlerweile in Form vieler Projekte auf der ganzen Welt statt, an denen Millionen von Menschen beteiligt sind und Milliarden von Daten gesammelt werden. Eine zweite aufkommende Komponente betrifft Personen, die einen soliden wissenschaftlichen Hintergrund haben, aber außerhalb der üblichen professionellen Forschungssysteme arbeiten. Sie betreiben Wissenschaft in öffentlichen oder privaten virtuellen Gemeinschaften oder in privaten Umgebungen. Diese Kategorie der Bürgerwissenschaft wird hier als „Beyond The Walls Research“ (BTWR) bezeichnet. In der heutigen Internet-Ära ist der potenzielle Wert dieser Forschungsansätze hoch: CBPR kann dazu beitragen, das Verständnis der Öffentlichkeit für Wissenschaft und die wissenschaftliche Methode zu verbessern, und kann somit eine Rolle bei der Demokratisierung von Wissen und Lernen spielen. BTWR bietet die Möglichkeit, Wissen und Innovation auf eine Art und Weise voranzutreiben, die zuvor für die akademischen, staatlichen oder industriellen Forschungsorganisationen unzugänglich war, und stellt eine – von der Industrie häufig genutzte – Möglichkeit dar, Talente außerhalb des üblichen Forschungssystems zu entdecken. Neben diesen potenziellen Vorteilen gibt es auch Risiken, insbesondere in Bezug auf die Bewertung der Ergebnisse, die aus CBPR und BTWR stammen. Diese Ergebnisse werden oft über verschiedene Kanäle außerhalb des traditionellen Peer-Review-Systems verbreitet. Es besteht auch das Risiko, dass ethische Richtlinien und Sicherheitsbestimmungen, die für die Forschung im üblichen professionellen Rahmen gelten, von denjenigen, die sich mit dieser neuen Bürgerwissenschaft beschäftigen, nicht befolgt werden, und daher besteht ein Bedarf an Antizipation und Kontrolle. Schließlich erfordert die Entwicklung der Bürgerwissenschaft eine verstärkte Anstrengung in der wissenschaftlichen Ausbildung der Bürgerin und des Bürgers in allen Altersstufen, beginnend in der Schule, und die Integration von Perspektiven in Kunst- und Geisteswissenschaften, Recht, Bildung, Sozialwissenschaften und Ethik sowie Natur- und Ingenieurwissenschaften
Threats to coastal and marine ecosystems, and conservation of the ocean environment – with special attention to climate change and marine plastic waste: G20 Science Academies' Statement 2019
Get PDFThis statement was prepared by the National Academies of Sciences of the G20 states under the leadership of the Science Council of Japan to provide scientific advice to the G20 Summit of Heads of State and Governments in Japan in 2019. A healthy coastal and marine environment is essential for the ongoing sustainable development of human society. The ocean is a large absorber of atmospheric heat and carbon dioxide, and provides a vital buffer against anthropogenic climate change. The ocean contributes to human well-being in many ways, such as providing protein from fisheries, maintaining various natural cycles and is also a source of recreation and spiritual comfort. However, coastal and marine ecosystems are also facing serious threats. There are major environmental concerns on a global scale, which include acidification, deoxygenation, warming and its associated sea level rise as well as frequent extreme weather conditions. High nutrient inputs and inflow of pollutants such as heavy metals and organic toxic materials deteriorate coastal environments. Accumulation of plastic waste in the ocean originating from both land and ocean is an emerging problem. Damaging fishing practices, including Illegal, Unregulated and Unreported (IUU), affect coastal and marine ecosystems. The role of science in minimizing these impacts upon nature and society should not be understated.Diese Stellungnahme wurde von den Nationalen Akademien der Wissenschaften der G20-Staaten unter Federführung des Science Council of Japan zur Beratung des Gipfeltreffens der Staats- und Regierungschefinnen und -chefs der G20-Staaten in Japan im Jahr 2019 erarbeitet. Eine gesunde Küsten- und Meeresumwelt ist unerlässlich für die nachhaltige Weiterentwicklung der menschlichen Gesellschaft. Das Meer absorbiert große Mengen an atmosphärischer Wärmestrahlung und Kohlendioxid und fungiert so als wichtiger Puffer gegen den anthropogenen Klimawandel. Es trägt in vielerlei Hinsicht zum menschlichen Wohlergehen bei. Zum einen sind Fischereierzeugnisse eine wichtige Proteinquelle, zum anderen hält das Meer aber auch verschiedene natürliche Kreisläufe aufrecht und dient als Quelle der Erholung und des seelischen Wohlbefindens. Doch die Küsten- und Meeresökosysteme sind ernsthaft bedroht. Weltweit bestehen gravierende Umweltprobleme, wie Versauerung, Sauerstoffentzug, Erwärmung und der damit verbundene Meeresspiegelanstieg sowie häufige Extremwetterlagen. Erhöhte Nährstoffeinträge und Schadstoffe wie Schwermetalle und organische Giftstoffe schädigen die Küstenökosysteme. Die Ansammlung von Plastikmüll im Meer, sowohl vom Festland als auch vom Meer selbst, stellt ein neues Problem dar. Schädliche Fischfangpraktiken (darunter die illegale, nicht gemeldete und unregulierte Fischerei (IUU)) schädigen die Küsten- und Meeresökosysteme. Die Rolle der Wissenschaft bei der Eindämmung dieser Auswirkungen auf Natur und Gesellschaft sollte nicht unterschätzt werden
Über eine CO2-Bepreisung zur Sektorenkopplung: Ein neues Marktdesign für die Energiewende
Get PDFKurz vor seiner entscheidenden Sitzung steht das Klimakabinett vor großen Herausforderungen: Die Preise für Energieträger sind uneinheitlich, die Treibhausgasemissionen sind zu hoch und Deutschland verfehlt mindestens seine kurzfristigen Klimaziele. Was muss passieren, damit sich klimaschonende Technologien etablieren können? Fachleute des Akademienprojekts „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) haben Leitlinien für ein effizientes und effektives Marktdesign entwickelt. Sie stellen fest: Eine umfassende CO2-Bepreisung ist dafür ein erster notwendiger Schritt. Gleichzeitig gilt es, Verzerrungen abzubauen, die heute einen effizienten Klimaschutz verhindern. Die gute Nachricht: beides lässt sich verbinden
Gesundheitliche Ungleichheit im Lebensverlauf: Neue Forschungsergebnisse und ihre Bedeutung für die Prävention
Get PDFDie Lebenserwartung in Deutschland ist in den vergangenen Jahren immer weiter gestiegen. Gründe dafür sind wachsender Wohlstand, sozial- und arbeitspolitische Verbesserungen und der Zugang der Bevölkerung zu einem leistungsfähigen Gesundheitssystem. Diese Faktoren scheinen allerdings nicht allen sozialen Schichten gleichermaßen zugute zu kommen. Denn immer noch sterben Menschen mit geringerem sozialem Status viele Jahre früher als sozial besser gestellte Menschen. Dies konstatiert das von Prof. Dr. Johannes Siegrist und Prof. Dr. Ursula M. Staudinger herausgegebene Papier mit dem Titel „Gesundheitliche Ungleichheit im Lebensverlauf“. Die Autorinnen und Autoren der darin veröffentlichten Beiträge untersuchen, welche Einflüsse in verschiedenen Abschnitten des Lebens zu dieser Ungleichheit beitragen und wie man diese mindern kann
Air Pollution and Health: A Science-Policy Initiative
Get PDFIn the statement, the five National Academies are also jointly calling for immediate action from all levels of society. This includes a request for emissions controls in all countries and proper monitoring of key pollutants - especially PM2.5. PM2.5 is one of the smallest particulates in the air we breathe, which can enter and impact all organs of the body. The science academies specify the need for increased funding to tackle the problem and substantial investment in measures to reduce air pollution. This can also help to reduce climate change and contribute to meeting the goal of limiting average global warming to 1.5ºC. With this statement, the academies provide further scientific input for the global climate action summit, which the UN Secretary General will hold in September this year and where air pollution and health will be an issue of great concern. The five National academies invite science academies, research institutes, universities and individual scientists worldwide to join the initiative and to strengthen research and science-policy activities in the area of "Air Pollution and Health"
Natur – Wissenschaft – Gesellschaft: Rückblick und Ausblick nach zehn Jahren Nationale Akademie der Wissenschaften : Vorträge anlässlich der Jahresversammlung am 21. und 22. September 2018 in Halle (Saale)
Get PDFDie Jahresversammlung 2018 der Leopoldina stand im Zeichen des zehnjährigen Jubiläums ihrer Ernennung zur Nationalen Akademie der Wissenschaften. Unter dem weitgefassten Titel „Natur – Wissenschaft – Gesellschaft“ behandelte die Akademie einige der zentralen Themenfelder ihrer Arbeit. So werden die Chancen und Herausforderungen einer Gesellschaft des längeren Lebens, die frühkindliche Sozialisation und Fragen der Palliativmedizin ebenso diskutiert wie die Probleme von Ernährungssicherung und Landwirtschaft bzw. die Versorgung mit Wasser und die Nutzung von Wasserressourcen. Einen Schwerpunkt bildeten Fragen der Biowissenschaften zu den Themen Biomasse als erneuerbarer Energieträger, biosynthetische Ansätze zur Kraft- und Wertstoffgewinnung sowie künstliche Photosynthese als alternative Technologieoption. Weiterhin wird auf eine Grundfrage der Medizin, die Bekämpfung der weltweit zunehmenden Antibiotikaresistenz von Infektionserregern, eingegangen, und die Digitalisierung wird durch die Herausforderungen des Umgangs mit Big Data in den Fokus gerückt. Eine wissenschaftshistorische Perspektive zeigt die Akademien im Spannungsfeld zwischen Nation und Pluralismus im Laufe ihrer Geschichte
Science and trust: G7 Science Academies' Statement 2019
Get PDFThis statement was prepared by the National Academies of sciences of the G7 states under the leadership of Académie des sciences to provide scientific advice to the G7 Summit of Heads of State and Governments in France in 2019. To reinforce trust in science, we recommend more comprehensive education about the scientific method; an improved dissemination of science to the public; communication modes that do not minimize doubts or exaggerate promises; a requirement for rigor and integrity from scientists; improvements in science assessment emphasizing quality and relevance; and better dialogue between scientists, social groups, and decision makers to inform choices about the major issues facing society. The increasing pace of technological change, and the need for science and innovation contributions to solve local and global challenges requires societal trust in science. It is essential that we find ways to maintain and increase confidence in science. It is the responsibility of everyone, scientists, educators, the media and politicians to establish or maintain a relationship of informed trust between science and society. Policy makers should encourage and scientists should commit to: Promote science education and an understanding of how research is conducted from elementary school onwards, to ensure that all students, both girls and boys, acquire a sufficient background to understand the world around them and the benefits of science. Cultivate dialogue, mutual trust and confidence between public, politicians and scientists to ensure that scientific input is considered in decision-making especially on topics of high scientific content. Ensure that the fundamental principles of ethics, integrity and responsibility are a major componen of science education, to Increase awareness of scientific responsibility and of the structures and policies that support it, including peer review and research ethics boards and transparency about potential conflicts of interest. Breeches of ethics and research integrity should be treated with full transparency and rigor to ensure that the misconduct of a few does not discredit the whole scientific endeavor. Ensure that the evaluation of science is based on criteria of quality, reproducibility, originality and relevance rather than on counts of publications, citations, or impact factors to avoid the race for publication that downgrades the value of scientific research and can lead to breaches in scientific integrity.Diese Stellungnahme wurde von den Nationalen Akademien der Wissenschaften der G7-Staaten unter Federführung der Académie des sciences zur Beratung des Gipfeltreffens der Staats- und Regierungschefinnen und -chefs der G7-Staaten in Frankreich im Jahr 2019 erarbeitet. Um das Vertrauen in die Wissenschaft zu stärken, empfehlen wir eine umfangreichere Aufklärung über wissenschaftliche Methoden, eine umfassendere Verbreitung von Wissenschaft in der Öffentlichkeit, Kommunikationswege die weder Zweifel herunterspielen noch Versprechen übertrieben darstellen, höhere Ansprüche auf Genauigkeit und Integrität seitens der Wissenschaft, Verbesserungen bei der Bewertung von Wissenschaft mit einem stärkeren Fokus auf Qualität und Relevanz und einen engeren Dialog zwischen der Wissenschaft, sozialen Gruppen sowie Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträgern, der in die Entscheidungsfindung zur Lösung der wichtigsten gesellschaftlichen Probleme einfließen soll. Angesichts des immer schneller voranschreitenden technologischen Wandels und der Tatsache, dass Wissenschaft und Innovation nötig sind, um lokale und globale Herausforderungen zu bewältigen, braucht die Gesellschaft Vertrauen in die Wissenschaft. Wir müssen unbedingt Möglichkeiten finden, dieses Vertrauen aufrechtzuerhalten und zu stärken. Wir alle, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Lehrkräfte, die Medien und die Politik, sind dafür verantwortlich, zwischen Gesellschaft und Wissenschaft ein auf Aufklärung basierendes Vertrauensverhältnis aufzubauen oder aufrechtzuerhalten. Deshalb sollten sich Politik und Wissenschaft für folgende Punkte einsetzen: Naturwissenschaftliche Bildung und Verständnis für Forschung schon ab der Grundschule zu fördern, um sicherzustellen, dass alle Schülerinnen und Schüler das nötige Hintergrundwissen erwerben, um die Welt, in der sie leben, und die Vorteile der Wissenschaft zu verstehen. Den Dialog und das gegenseitige Vertrauen zwischen Öffentlichkeit, Politik und Wissenschaft zu pflegen, damit sichergestellt ist, dass wissenschaftliche Beiträge in den Entscheidungsprozess einfließen, insbesondere bei Themen mit hohem wissenschaftlichem Anteil. Zu gewährleisten, dass grundlegende Prinzipien der Ethik, Integrität und Verantwortung einen wesentlichen Bestandteil der naturwissenschaftlichen Bildung ausmachen. So soll das Bewusstsein für die wissenschaftliche Verantwortung und die dieser zugrundeliegenden Strukturen und Strategien geschärft werden. Dies beinhaltet ein Peer Review Verfahren und Forschungsethikausschüsse sowie einen transparenten Umgang mit potenziellen Interessenkonflikten. Mit Verstößen gegen ethische Grundsätze und die Forschungsintegrität sollte absolut transparent und konsequent umgegangen werden, damit sichergestellt ist, dass durch das Fehlverhalten einiger Weniger nicht die gesamte Wissenschaft diskreditiert wird. Sicherzustellen, dass die Bewertung von Wissenschaft nicht so sehr von der Anzahl der Veröffentlichungen, Zitate und vom Impact Factor abhängt, sondern vielmehr auf Kriterien der Qualität, Reproduzierbarkeit, Originalität und Relevanz beruht. Dadurch soll der „Veröffentlichungswahn“, der den Wert wissenschaftlicher Forschung mindert und zu Verstößen gegen wissenschaftliche Integrität führen kann, gestoppt werden
Licht, Schlaf und zirkadiane Wechselwirkungen: von der Biologie zu neuen therapeutischen Zielmolekülen
No full textIm Zuge der Untersuchungen, wie zirkadiane Rhythmen und Schlaf durch den Morgen- bzw. Dämmerungszyklus reguliert werden, haben wir die Existenz einer „dritten Klasse“ von Photorezeptoren im Auge belegt. Diese neuen Photorezeptoren bestehen aus einer kleinen Anzahl von lichtempfindlichen retinalen Ganglienzellen (pRGCs), die das blaulichtempfindliche Photopigment Melanopsin (OPN4) verwenden. Trotz rascher Fortschritte im Verständnis der komplexen intrazellulären Mechanismen, die zirkadiane Rhythmen erzeugen, sind die molekularen Wege, auf denen die pRGCs die zirkadiane Biologie kalibrieren, noch kaum erforscht. Der Nucleus suprachiasmaticus ist das Gebiet der primären zirkadianen Schrittmacher im Gehirn von Säugetieren. Bis vor kurzem bestand das Kalibrierungsmodell aus einem einfachen linearen Weg, bei dem die Glutamatfreisetzung aus den pRGCs zu einem Ca2+-Einfluss und erhöhtem intrazellulärem cAMP in den Neuronen des Nucleus suprachiasmaticus führte. Dies wiederum resultierte in einer CREB-Phosphorylierung, die eine erhöhte Transkription der zwei Schlüsseluhrengene, Per1 und Per2, herbeiführte, die das molekulare Uhrwerk entweder vorantrieben oder drosselten. Ein wichtiges Merkmal der Kalibrierung ist jedoch, dass die zirkadianen Reaktionen auf Licht begrenzt sind – wie der Jetlag verdeutlicht. Pro durchquerte Zeitzone benötigt der Körper einen Tag, um sich vollständig vom Jetlag zu erholen. Wir befassten uns mit dieser Problematik und identifizierten und charakterisierten eine Schlüsselrolle für die salzinduzierbare Kinase 1 (SIK1) und den CREB-geregelten Transkriptionskoaktivator 1 (CRTC1) bei der Uhrenumstellung. Darüber hinaus zeigen unsere jüngsten unveröffentlichten Ergebnisse, dass Kalibrierung durch Licht auch mit der parallelen Aktivierung eines Ca2+-ERK1/2-AP-1-Signalwegs einhergeht. Demzufolge steuern sowohl CRE- als auch AP-1-Regulierungselemente die lichtinduzierte Expression der Uhrengene. Diese Feststellungen führten dann zu einem neuen Verständnis, wie das Schlaf-Wach-Verhalten die Wirkung von Licht auf das molekulare Uhrwerk moduliert. Adenosin bildet sich im Gehirn während der Wachphase und löst sich im Schlaf auf. Somit wird die Geschichte des Schlafens und Wachens effektiv kodiert. Pharmakologische und genetische Untersuchungen zeigen, dass Adenosin auch auf das zirkadiane Uhrwerk über A1/A2A-Signaltransduktion einwirkt, indem es die Ca2+-ERK1/2-AP1- und CREB/CRTC1-CRE-Signalwege aktiviert, um die Uhrengene Per1 und Per2 zu regulieren. Wir zeigen, dass diese Signalwege zusammengeführt werden und die gleichen durch Licht aktivierten Signalwege effektiv hemmen. Die resultierende Phasenverschiebung der zirkadianen Uhr ist somit ein integrales Produkt aus einer Schlaf-Wach-Geschichte (über Adenosin) und Licht. Schlussendlich untersucht der Vortrag, wie solche Signalmechanismen ein potenzielles neues und spannendes Ziel für die Regulation des zirkadianen Rhythmus und den „pharmakologischen“ Ersatz von Licht in der Umstellung des Schlaf-/Wachrhythmus bei Menschen ohne Augenlicht oder bei Menschen mit schweren zirkadianen Rhythmusstörungen wie Schizophrenie und Demenz darstellen. By studying how circadian rhythms and sleep are regulated (entrained) by the dawn/dusk cycle we demonstrated the existence of a “3rd class” of photoreceptor within the eye and showed that these new photoreceptors comprise a small number of photosensitive retinal ganglion cells (pRGCs) that utilise the blue light sensitive photopigment melanopsin (OPN4). Whilst there has been remarkable progress in understanding the complex intracellular mechanisms that generate circadian rhythms, the molecular pathways whereby the pRGCs entrain circadian biology have remained poorly understood. The suprachiasmatic nuclei (SCN) are the site of the primary circadian pacemakers within the mammalian brain, and until recently, the model for entrainment involved a simple linear pathway whereby glutamate release from the pRGCs resulted in Ca2+ influx and raised intracellular cAMP in SCN neurones. This in-turn resulted in CREB phosphorylation leading to increased transcription of two key clock genes, Per1 and Per2, which either advanced or delayed the molecular clockwork. However, an important feature of entrainment is that circadian responses to light are limited – as typified by jet lag. Full recovery from jet lag requires a day for every time-zone crossed. We addressed this issue and have identified and characterized a key role for Salt Inducible Kinase 1 (SIK1) and the CREB-regulated transcription co-activator 1 (CRTC1) in clock re-setting. In addition, our more recent and unpublished findings have shown that light entrainment also involves the parallel activation of a Ca2+-ERK1/2-AP-1 signaling pathway. Thus, both CRE and AP-1 regulatory elements drive light-induced clock gene expression. These findings then led to a new understanding of how sleep/wake behaviour modulates the effects of light upon the molecular clockwork. Adenosine builds within the brain during wake and dissipates during sleep, effectively encoding sleep/wake history. Pharmacological and genetic approaches demonstrated that adenosine also acts upon the circadian clockwork via A1/A2A signaling through the activation of the Ca2+-ERK1/2-AP1 and CREB/CRTC1- CRE signaling pathways to regulate the clock genes Per1 and Per2. We show that these signaling pathways converge upon and effectively inhibit the same pathways activated by light. Thus, the resulting phase shift of the circadian clock is the integrated product of sleep/wake history (via adenosine) and light. Finally, the presentation will explore how such signaling mechanisms provide a potentially new and exciting target for the regulation of circadian rhythms and the “pharmacological” replacement of light for sleep/wake re-setting in individuals lacking eyes or in individuals with severe circadian rhythm disruption as seen in schizophrenia and dementia
Eine Zeitreise zum Urknall
No full textUnsere Zeitreise zum Urknall – eine Archäologie des Universums – führt uns von den unendlich großen kosmischen Dimensionen unseres sichtbaren Universums zu den unendlich kleinen Dimensionen in den ersten Augenblicken nach dem Urknall. Teilchenbeschleuniger wie der Large Hadron Collider (LHC) am CERN an der schweizerisch-französischen Grenze bei Genf sind Supermikroskope, mit denen wir den Mikrokosmos erforschen können. Mit dem LHC untersuchen wir im Detail die Wechselwirkungen zwischen den Grundbausteinen der Materie. Darüber hinaus können auch die wichtigen Fragen nach neuen Formen der Materie und neuen Symmetrien untersucht werden. Der LHC ist aber auch eine „Zeitmaschine“, die es uns ermöglicht, die physikalischen Gesetze der ersten Momente nach dem Urknall zu studieren. Der Vortrag beleuchtet den gegenwärtigen Stand und die Zukunftsperspektiven dieser faszinierenden Forschung. Der Zusammenhang zwischen Grundlagenforschung und Innovation spielt dabei eine genauso wichtige Rolle wie das Zusammenspiel von großen internationalen Kollaborationen. Our journey through time to the Big Bang – an archaeology of the universe – takes us from the cosmic infinitely large dimensions of our visible universe to the infinitely small dimensions at the very first moments after the Big Bang. Particle accelerators such as the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, located at the Swiss-French border close to Geneva, are super-microscopes that enable us to explore the microcosm. With the LHC we study the interactions between the basic building blocks of matter in depth. Furthermore, the important questions of new forms of matter and new symmetries can also be investigated. However, the LHC is also a “time machine” that enables us to study the physical laws of the first moments after the Big Bang. The lecture will shed light on the current status and future prospects of this fascinating research. The connection between basic research and innovation plays just as important a role as the interplay of major international collaborations