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s/anbau/Abbau/gi

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Isolierung und industrieller Einsatz von Keratin abbauenden Mikroorganismen

Jaehrlich fallen bei der Gefluegelzucht mehr als 20.000 t Federn an. Federn bestehen zu 95 Prozent aus dem unloeslichen Strukturprotein Keratin, welches sehr stabil ist. Durch chemische und mechanische Methoden koennen Federn hydrolysiert werden und als Quelle fuer definierte Aminosaeuren und Peptide genutzt werden. Problematisch ist die dabei anfallende hohe Salzfracht. Der Einsatz von Enzymen kann eine 'sanfte' Aufarbeitung der Federn bewirken. Von Vorteil ist dabei die Entstehung definierter Produkte. Aus heissen Quellen der Azoreninsel San Miguel wurde ein anaerober, thermophiler Stamm mit keratinolytischer Aktivitaet isoliert und als Fervidobacterium pennavorans charakterisiert. Federn, Wolle und Keratin aus Hoernern konnten von dem Neuisolat abgebaut werden. Zellgebundene Keratinaseaktivitaet konnte im pH-Bereich von 6-11 und im Temperaturbereich von 30-120 Grad C. nachgewiesen werden. Das Enzym wurde mit Hilfe von praeparativer Gelelektrophorese gereinigt und naeher charakterisiert. Es handelte sich um eine Serinprotease mit einer Molekularmasse von 130.000 Da, die optimal bei pH 10,0 und 80 Grad C. aktiv war. Der isoelektrische Punkt lag bei pH 3,8. Die thermostabile Keratinase konnte das Modellsubstrat Federmehl zu Peptiden mit einer Molekularmasse kleiner 3.000 Da abbauen. Die Keratinase soll zur Umsetzung von unloeslichen und loeslichen Proteinen wie Keratinen oder Gelatine in industriell verwertbare Produkte eingesetzt werden.

Vernetzte Vielfalt an der Schatzküste - Vorpommersche Boddenlandschaft und Rostocker Heide (Hotspot 29), Teilprojekt: Renaturierung der Günzer Seeniederung, Ausstellungen im Zentrum für Biodiversität

Untersuchung zum Abbauverhalten von biologisch abbaubaren Kunststoffsaecken bei der Vergaerung

Ziel: Sammlung von Bioabfaellen in biologisch abbaubaren Kunststoffsaecken = ab 2001 Vergaerung der Bioabfaelle, ggf. Problematik bei der Vergaerung klaeren.

Retentionsverhalten und Abbau von Bioziden anhand von Labor- und Feldversuchen in Weinbaugebieten im Hinblick auf die Kontamination des Grundwassers

Untersucht wird das Vermoegen der Boeden, Biozide sorptiv zu binden. Weiterhin sollen die Abbaurate im Boden bestimmt und die entsprechenden Metabolite der Biozide ermittelt werden.

Die Rolle von Pilzen bei der Astreinigung von Laubbäumen

Wertholzproduktion mit heimischen Läubbäumen basiert auf zwei grundlegenden, preisbestimmenden Rundholzeigenschaften: Astreinheit und Dimension. Zur Steuerung beider Wachstumsabläufe bedient sich die Waldwachstumskunde dazu der Konkurrenzregelung. Die erreichte Astreinigung wird dabei durch Fäulnisprozesse (Pilze) beschleunigt. Das Dickenwachstum des Baumschaftes sorgt in einem zweiten Schritt für eine Überwallung des abgestorbenen und zersetzten Astes. Im vorliegenden Projekt wird die Rolle der Pilze als 'nützliche Lebewesen' bei der Astreinigung aber auch als 'potentielle Fäuleerreger' nach Abschluss der Überwallung untersucht. Am Beispiel von Esche und Bergahorn wird das Potenzial von Pilzen untersucht, nach Abschluss der Überwallung eines abgestorbenen Astes im Stamm die Schutzbarrieren des Baumes zu überwinden und Holz zu zersetzen. Das Risiko des Eindringens von Pilzen in Wertholz wird dabei anhand von Ästen verschiedener Dimension, Höhe am Schaft und Überwallungsdauer abgeschätzt. Entscheidungshilfen für die Steuerung von Astreinigung und Dimensionierung sollen dabei unter diesem Aspekt optimiert werden.

Sauerstoffdynamik in großen Talsperren: Ein mechanistisches Verständnis zur Entstehung metalimnischer Sauerstoffminima?

Der gesunde und nachhaltige Umgang mit unseren Binnengewässern stellt eine Angelegenheit von höchstem öffentlichem Interesse dar. Gelöster Sauerstoff (DO) stellt eine Schlüsselgröße beim Wasserqualitätsmanagement in Seen und Stauhaltungen dar. Zu niedrige Konzentrationen begrenzen die Eignung für Trinkwasser und andere Nutzungen. Wir schlagen ein Forschungsprogramm von Wissenschaftlern aus führenden chinesischen und deutschen Institutionen in der Gewässerforschung vor, um die Dynamik des Sauerstoffs in Standgewässern in Raum und Zeit besser zu verstehen. Sowohl numerische Simulationsprogramme wie auch Feldmessprogramme und-experimente werden auf dem neuesten Stand eingesetzt. Von dieser Zusammenarbeit versprechen wir uns ein verbessertes Prozessverständnis, einen intensiven fachlichen Austausch zu modernen Methoden in Monitoring und Modellierung und schließlich detaillierte Einblicke, wie man neue Erkenntnisse in Wasser- und Talsperrenmanagement im jeweils anderen Land umsetzt. Sauerstoff reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren, wie organische Verschmutzung, Eutrophierung oder Klimaänderung. Die Voraussage von Konzentrationsveränderungen stellt eine Herausforderung dar wegen der komplexen Verflechtung von ökologischen, biogeochemischen und physikalischen Vorgängen. Während man die Entwicklung von DO im Hypolimnion (Tiefenwasser) schon eingehender untersucht hat und viele Prozesse mit einiger Genauigkeit vorhersagen kann, versteht man bis heute die Entwicklung von DO im Metalimnion (d.h. in der Schicht zwischen dem warmen, oberflächennahen Epilimnion und dem kalten darunterliegenden Hypolimnion) weit weniger gut. Metalimnische Sauerstoffminima (MOM) sind sowohl aus Binnengewässern wie marinen Systemen bekannt. Sie entstehen aus einer Kombination von erhöhtem Sauerstoffbedarf und eingeschränktem vertikalem Austausch. Über die Ursachen für den erhöhten Sauerstoffbedarf im Metalimnion ist man sich nicht völlig im Klaren und Prozesse wie eingetragenes allochthones Material, Sauerstoffzehrung an trüben Einträgen und schließlich die Zersetzung von sedimentierendem organischem Material werden diskutiert. Ziel dieses Projektes ist es, ein hochauflösendes DO-Monitoring in einer deutschen und einer chinesischen Talsperre (Rappbodetalsperrre und Panjiakou Reservoir) zu betreiben, wobei parallel verschiedene Feld- und Labormessungen zum Test der verschiedenen Hypothesen zu den Ursachen der Sauerstoffzehrung durchgeführt werden. Die Resultate aus den Feld- und Laborexperimenten sowie hochauflösenden Monitoringansätzen werden in mathematische Prozessbeschreibungen übergeführt und in 1D und 3D Seenmodelle eingefügt, um die Dynamik des DO in Abhängigkeit der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen zu simulieren Seenmodelle verbinden. Die entwickelten Modelltools werden in Form von Open-Source-Codes frei zur Verfügung gestellt.

Entwicklung von grosstechnischen Verfahren zur biologischen Abluftreinigung

Es werden grosstechnische Verfahren zur biologischen Abluftreinigung entwickelt. Je nach Eigenschaft der Luftschadstoffe kommen Biowaescher, Biofilter oder Kombinationen aus beiden zur Anwendung. Hauptmerkmale der Linde-Verfahren sind: Einsatz schadstoffspezifischer Startkulturen, die im Labor geprueft und identifiziert werden. Dadurch werden sehr kurze Anfahrzeiten und hohe Abbauleistung sowie stabile Betriebszustaende erreicht. Die Startkulturen sind hygienisch unbedenklich. Der Einsatz geordneter Traegermaterialien in den Absorbern beziehungsweise Biofiltern bringt viele Vorteile, wie minimalen Druckabfall der Abluft; dadurch geringen Energiebedarf, homogene Durchstroemung mit guter Raumausnutzung, einfaches Befeuchtungs- und Konditionierungssystem zur Betriebsstabilisierung bei hoher Leistung, kompakte Bauweise, hohe Standzeit der Absorberpackung, Moeglichkeit zur Abreinigung der Absorberpackung durch Wasserstrahl oder Spuelen. Hohe Flexibilitaet in der baulichen Gestaltung, zum Beispiel Hochbauweise. Bei Biowaeschern hat sich der Einsatz des Linpor(xp=R)-Traegermaterials bewaehrt. Die Biomasse kann damit zu 90 Prozent im Reaktorteil konzentriert und immobilisiert werden. Dadurch verringert sich der Durchsatz von Mikroorganismen durch den Absorber und die volumetrische Abbauleistung wird um den Faktor vier erhoeht.

Untersuchungen zu den Abbau-Mechanismen der Sprengstoffe RDX und TNT durch bodenbewohnende Pilze

Sprengstoffe, v.a. TNT und Hexogen (RDX), sind als Kontaminationen in den Boden eingetragen worden und gelangen aufgrund ihrer geringen Wasserlöslichkeit langsam in das Grundwasser. Aufgrund ihrer Umwetlttoxizität ist eine Sanierung kontaminierter Standorte nötig. Bisherige Untersuchungen zum Abbau dieser Xenobiotika haben sich auf die oxidativen Enzyme von Pilzen aus fremden Habitaten (v.a. Weißfäule-Pilzen) konzentriert. Unter Ansatz basiert hingegen auf der Charakterisierung des Abbau-Potentials der nativen Bodenmycota. TNT wird durch Nitratreduktase-Aktivität reduziert und in die Humus-Schicht eingebunden, während das instabile heterozyklische RDX-Moleküle durch Reduktion gespalten und somit mineralisiert wird. TNT-Reduktion und RDX-Abbau werden durch eine große Diversität an bodenbewohnenden Pilzen durchgeführt, v.a. Zygomyceten (Cuninghamella, Absidia) und imperfekte Stadien von Ascomyceten (Penicillium, Trichoderma). Unsere derzeitigen Studien befassen sich mit der Einbringung der RDX-Fragmente in den pilzlichen Sekundärmetabolismus.

Biologischer Abbau technisch relevanter Polymere und synthetischer Polymere

Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.

Schadstoffeinbau in Bakterienzellen

Eine Moeglichkeit zur Sanierung kontaminierter Boeden besteht in der Foerderung des mikrobiellen Abbaus durch gezielte Massnahmen die ein starkes Wachstum von ortsansaessigen und/oder eingbrachten Bakterien bewirken. Der Fortschritt der Sanierungsmassnahme wird meistens durch analytische Bestimmung der Schadstoffe ermittelt. Bei Untersuchungen im Institut hat sich herausgestellt, dass Schadstoffe durch Bakterien fixiert werden koennen, so dass sie nicht extrahiert werden koennen. Erst nachdem die Bakterienzellen durch alkalische Verseifung zerstoert waren, konnte die Gesamtmenge an Schadstoff extrahiert werden. Es ergibt sich die Frage, welche Extraktionsverfahren fuer eine erschoepfende Extraktion geeignet sind und welche umweltrelevanten Bakterien dieses Verhalten zeigen.

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