Das Projekt "Part 19: BSS and beyond - The structure and function of anaerobic hydrocarbon degrader communities in the environment as traced via gene markers for catabolic key reactions" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e.V., Institut für Grundwasserökologie durchgeführt.
Das Projekt "Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Virologie durchgeführt. Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.
Das Projekt "Teilprojekt: Mikrobielle Prozesse in der Tiefen Biosphäre der CO2-dominierten aktiven Störungszone in NW Böhmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Mikroorganismen wurden bereits in Tiefen von bis zu 3.5 km und bei Temperaturen höher als 100 Grad Celsius nachgewiesen. Mikrobielle Prozesse in der sogenannten Tiefen Biosphäre und die Verknüpfung zu geologischen Prozessen sind jedoch unzureichend untersucht. Limitierende Faktoren für mikrobielles Leben im tiefen Untergrund sind u.a. Temperatur, pH, Redoxpotential, Gasdrücke, Wasser- und Substratverfügbarkeit. Wir stellen die Hypothese auf, dass in aktiven Störungszonen aufgrund einer erhöhten Substratverfügbarkeit mikrobielle Prozesse im Vergleich zu anderen kontinentalen Ökosystemen im tiefen Untergrund schneller ablaufen. Somit könnten Störungszonen als Hot Spots mikrobiellen Lebens im tiefen Untergrund angesehen werden. Als Voruntersuchung zu den geplanten tiefen ICDP-Bohrungen (PIER-ICDP, Probing of Intra-continental magmatic activity: drilling the Eger Rift) soll in der Umgebung eine 100 m tiefe Bohrung im August 2015 abgeteuft werden. Mit Hilfe dieser Studie sollen erste Einblicke in die mikrobielle Populationsstruktur in den CO2-Aufstiegskanälen der Störungszone gewonnen werden. Hierzu werden moderne DNA Hochdurchsatz-Sequenzierungen und geochemische Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Voruntersuchung werden unser Wissen über die Tiefe Biosphäre in seismisch- und fluid-aktiven Störungszonen erweitern und dazu beitragen, ein optimal abgestimmtes Methodenspekrum für die geplanten ICDP-Bohrungen zu finden. Die finanziellen Mittel für die Bohrung wie auch die geplanten Analysen werden vom GFZ Potsdam bereit gestellt.
Das Projekt "Analyse der Ökologie und Virulenz von Legionella spp. Populationen von Süßwassersystemen in Deutschland, Palästina und Israel - Phase 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH durchgeführt. Bacteria of the genus Legionella cause waterborne infections resulting in severe pneumonia. In Europe, 70% of the cases of the so-called Legionnaires disease (LD) originate from strains of L. pneumophila serogroup (Sg) 1, 20% from other L. pneumophila serotypes and 10% from other Legionella species. In contrast, in the Middle East most legionella infections are due to L. pneumophila Sg3. The overall objective of this project is to advance current knowledge on the ecology of legionella in freshwater systems, the environmental factors affecting their occurrence, virulence potential and infectivity and to understand their transmission to humans. We will analyze the major environmental factors regulating the abundance of legionella, such as grazing and assimable dissolved organic carbon, because the occurrence of these heterotrophic bacteria in aquatic habitats is highly dependent on these factors. We will use an integrated molecular approach based on highresolution diagnostics of environmental samples and clinical isolates to determine the abundance, activity and virulence potential of Legionella populations in-situ. Combining environmental and molecular epidemiological data, we aim at understanding the link between ecology and population dynamics of legionella and cases of LD. The project will result in a novel understanding of the molecular epidemiology of legionella and provide new surveillance tools and strategies to prevent LD.
Das Projekt "Geringe Konzentrationen mit großer Wirkung: Wie steuern Antibiotika die Verbreitung von Resistenzgenen in der aquatischen Umwelt? (ANTRAQ)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Mikrobiologie, Professur für Allgemeine Mikrobiologie durchgeführt. Die rasante Verbreitung von Antibiotikaresistenzen stellt die Menschheit vor eine der größten Herausforderungen im 21. Jahrhundert (WHO, 2014). Um den Verlust von Antibiotika als wirksame Medikamente zu verhindern, ist neben einem gezielteren Einsatz in der Medizin auch ein umfassendes Verständnis hinsichtlich der Antibiotikaresistenzverbreitung in der Umwelt notwendig. Hierbei ist es insbesondere wichtig, die Mechanismen, die für die Persistenz und die Verbreitung von Resistenzen in der Umwelt eine essentielle Rolle spielen, zu kennen und zu verstehen. Bisherige Studien haben gezeigt, dass Abwasser eine der Haupteintragsquellen für Antibiotika-resistente Bakterien und Resistenzgene darstellt. Mit gereinigtem Abwasser werden außerdem auch Antibiotika eingetragen, die in geringen Konzentrationen praktisch ubiquitär in der aquatischen Umwelt gemessen werden. Laborexperimente mit einzelnen Isolaten oder mit artifiziellen Gemeinschaften begrenzter Diversität haben Hinweise darauf geliefert, dass solche geringen Konzentrationen die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen fördern. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es allerdings sehr schwierig, den Einfluss dieser geringen Antibiotikakonzentrationen auf das Mikrobiom und Resistom aquatischer Ökosysteme abzuschätzen. Die vorgeschlagenen Experimente tragen dazu bei diese Wissenslücke zu füllen. Mithilfe der neuen und innovativen Methode epicPCR soll der Effekt geringer Antibiotikakonzentrationen auf die Verbreitung von Resistenzgenen in einer komplexen mikrobiellen Gemeinschaft auf Speziesebene untersucht werden. Im Fokus steht außerdem die Frage, ob Pathogene unter Umweltbedingungen Resistenzgene aufnehmen. Um einen tieferen Einblick hinsichtlich genomischer Strukturen, die die Fähigkeit der Aufnahme von Resistenzgenen bestimmen, zu erlangen, sollen die Genome von Escherichia coli Isolaten unterschiedlicher Herkunft (Klinik, Rohabwasser, Flusssediment) dahingehend analysiert und verglichen werden.
Das Projekt "Teilprojekt B 09: Zell-Zell Interaktionen heterotropher Bakterien bei der Besiedlung und dem Abbau von Detritus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Fachbereich 13 Biologie, Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt: Biodiversität Nitrate-Reduzierender Mikroben in Grünlandböden erfasst durch Hochdurchsatz-Kultivierung und Genomik (Akronym: BE-Cult)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. - Programmbereich 1 Landschaftsprozesse - Arbeitsgruppe Mikrobielle Biogeochemie durchgeführt. Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.
Das Projekt "Teilprojekt: Phylogenetische und physiologische Charakterisierung von Mikroorganismen in den tiefen Sedimenten (tiefe Biosphäre) des El'gygytgyn-Krater-Sees" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Despite the progress that has been made in the field of microbiology in deep subsurface environments in recent years, we still know very little about the diversity and function of deep biosphere microorganisms and their impact on the global geochemical cycles. Therefore For this reason, in the planned project the abundance and diversity of deep biosphere microorganisms in the sediments of the El'gygytgyn Crater Lake will be investigated. The sediments and impact rocks were recovered from the El'gygytgyn Lake in the scope of the ICDP project 'Scientific Drilling at El'gygytgyn Crater Lake' from November 2008 to May 2009. Of particular interest is the understanding of the development, survival and potential metabolic activity along the chronosequence from the oldest to the youngest lake sediments. Because the El'gygytgyn Lake was formed by a meteorite impact 3.6 million years ago, this impact should be taken into consideration to understand the development of microbial life since that time. For this purpose microbiological, molecular ecological and geochemical methods will be applied to analyze the lake sediments. This includes the investigation of small-scale variations within the community structure and their potential metabolic activity along the lake sediment chronosequence. The acquired data will help deepen our knowledge about on the development of microbial communities and variations within the communities in time and space since the meteorite impact.
Das Projekt "Teilprojekt B 05: Von den Baumkronen zum Aquifer: die Rolle mikrobieller Prozesse in der Bildung und Umsetzung von Nitrat in der 'Critical Zone'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Biodiversität, Lehrstuhl Aquatische Geomikrobiologie durchgeführt. Dieses Projekt untersucht mikrobiell vermittelte Schlüsselprozesse im Zuge des Nitrat-Eintrages in bzw. Stickstoffverlustes aus den Kalkstein-Aquiferen des Hainich CZE. Unsere Untersuchungen befassen sich mit Änderungen von Nitrifikationspotential und Nitrifikanten-Gemeinschaften von den Baumkronen bis hin zu den Aquiferen, inklusive einer Abschätzung der möglichen Rolle der vollständigen Nitrifikation (Comammox), sowie mit der Relevanz der anaeroben Ammonium-Oxidation (Anammox) im Vergleich zur Denitrifikation für Stickstoff-Verluste aus dem Grundwasser. Unter Verwendung von 15N-basierten Techniken, quantitativer PCR, Illumina Amplikon-Sequenzierungen und Single Cell Genomics werden Aktivitätsmessungen von Nitrifikation, Anammox und Denitrifikation zu räumlichen Verbreitungsmustern und transkriptioneller Aktivität der entsprechenden mikrobiellen Gruppen in Beziehung gesetzt.
Das Projekt "Teilprojekt C 04: Einfluss mikrobieller Diversität und Biofilmbildung auf Abbaumechanismen von Mikroplastik-Partikeln in der Umwelt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Mikrobiologie (ifmb) durchgeführt. Mikroorganismen (MOs, Prokaryoten und Pilze) spielen eine zentrale Rolle bei der Mineralisierung von Mikroplastik (MP) in der Umwelt und stellen ein riesiges unerkanntes genetisches und metabolisches Abbau-Potenzial dar. Es ist daher das Ziel von C04, neue MP-abbauende MOs zu identifizieren, deren MP-Abbauwege aufzuklären, sowie Schlüsselenzym-kodierende Gene des MP-Abbaus und biologische Abbaumechanismen in der Umwelt zu erfassen. Reinkultur-Screenings, Abbauversuche mit Umweltproben und Identifikation von Schlüsselorganismen, stabile Isotopenbeprobung mit 13C-markiertem MP zur Verfolgung des MP-13C-Flusses und Gewinnung von Metagenomen der 13C-MP abbauenden MOs, gerichtete Isolierung, Genomik und Transkriptomik von Reinkulturen und Umweltproben sowie Genexpressionsstudien sollen am MP-Abbau beteiligte Enzym-kodierende Gene und MOs liefern. Beschleunigte Evolution wird zur Gewinnung hocheffizienter MP-abbauender MOs eingesetzt. Weiterhin wird untersucht, ob Biofilme, durch UV-absorbierende Eigenschaften, UV-abhängige Kunststoffoxidation inhibieren können und wie sich die mikrobielle Besiedlung auf die mechanische Stabilität sowie die Oberflächeneigenschaften von Kunststoffen auswirkt. Die hier gewonnenen Erkenntnisse sind zentral für den SFB 1357 und werden einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Rolle von Mikroorganismen für das Schicksal von MP in der Umwelt liefern, die Erkennung von mikrobiellen 'hot spots' MP abbauender MOs in der Umwelt ermöglichen, sowie eine Grundlage für die Entwicklung MP-Abbau-beschleunigender Additive und umweltfreundlicher Kunststoffe bieten.
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