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.
<p>AMELAG-Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung</p><p>Im Projekt „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ erheben das Umweltbundesamt und Robert Koch-Institut die Viruslast von Krankheitserregern im Abwasser. Dabei wird von einem interdisziplinären Team unmittelbar der One-Health Gedanke umgesetzt: Forschungsdaten aus dem Bereich Umwelt und öffentliche Gesundheit werden zeitnah ausgewertet, vereinigt und öffentlich bereitgestellt.</p><p>AMELAG - kurz erklärt</p><p><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=4E4orTB6wLs&list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&index=1">Was ist Abwassersurveillance (Youtube-Link)</a></li><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=tQNoqmj3GzA&list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&index=3">Wastewater monitoring - how does it work? (Youtube-Link)</a></li><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=DRevQm2rne4&list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&index=2">Welche Erreger sind geeignet? (Youtube-Link)</a></li><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=JWc1Eyq-bFo&list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&index=4">Wastewater monitoring - Which infectious agents are suitable? (Youtube-Link)</a></li></ul></p><p>Gemeinsam für die Gesundheit aller</p><p></p><p>Das Umweltbundesamt (UBA) und das Robert Koch-Institut (RKI) erfassen im Kooperationsvorhaben „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ (AMELAG), ob und in welcher Häufigkeit SARS-CoV-2-Virusgenfragmente deutschlandweit im Abwasser vorkommen. So kann die lokale Verbreitung von Viren wie SARS-CoV-2, Influenzaviren und weiteren Erregern zeitnah erfasst und beurteilt werden. Im ersten Projektabschnitt (2023-2024) wurden ca. 170 Kläranlagen überwacht, seit 2025 werden Abwasserproben von noch ca. 50 Kläranlagen zweimal wöchentlich untersucht. Das vereinfachte Monitoringspektrum deckt immer noch Abwasserdaten von etwa 25 % der Bevölkerung ab. An diesem durch das Bundesministerium für Gesundheit (BMG) geförderten Kooperationsprojekt sind auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV), sowie die für Gesundheit und Umweltschutz verantwortliche Behörden der 16 Bundesländer (unterschiedlich ausgeprägt) beteiligt.</p><p>Das AMELAG-Vorhaben setzt den etablierten One-Health-Gedanken in vorbildlicher Weise um: Wissenschaftler*innen unterschiedlichster Fachdisziplinen arbeiten hier Hand in Hand und über die Grenzen ihrer einzelnen Fachgebiete hinweg. Nur durch diese Zusammenarbeit können die Expertisen aus den Bereichen Umwelt- und Naturwissenschaften, Gesundheitswissenschaften und öffentlicher Gesundheit, Data Science und Statistik das Abwasser als verlässliche Datenquelle für die Information der Öffentlichkeit und eine evidenzbasierte Politikberatung erschließen.</p><p>Ablauf der Abwassersurveillance in AMELAG</p><p>Verschiedene Krankheitserreger und deren Abbauprodukte reichern sich in menschlichen Ausscheidungen (z.B. Stuhl und Speichel) an und gelangen in das Abwasser. Abwasserproben werden zweimal pro Woche am Zulauf von Kläranlagen entnommen. In der Regel wird nach der ersten mechanischen Reinigung, dem Rechen und dem Sandfang, automatisiert eine 24h-Mischprobe gewonnen.</p><p>Diese Proben werden gekühlt in ein Labor transportiert und mit geeigneten Anreicherungsmethoden aufbereitet. Die Erbinformation (DNA/RNA) wird anschließend extrahiert und die vorhandenen Virusgenfragmente mittels der Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction, PCR) quantitativ erfasst. Neben den Routinemessungen auf Genfragmente von SARS-CoV-2, Influenzaviren und den Humanen Respiratorischen Synzytial Viren (RSV), werden am Umweltbundesamt auch verschiedene weitere Methoden zum Nachweis weiterer, klinisch relevanter Infektionserreger entwickelt und etabliert.</p><p>Nach einer Datenprüfung hinsichtlich Qualität und Plausibilität, werden die Monitoringdaten von den datenliefernden Stellen in die eigens dazu eingerichtete Datenbank „Pathogene im Abwasser“ (<a href="https://app.pia-monitor.de/">PiA-Monitor</a>) am Umweltbundesamt eingepflegt und verwaltet. Dort werden sie weiterverarbeitet, um witterungsbedingte Schwankungen des Rohabwasserstroms auszugleichen („Normalisierung“). Die normalisierten Datenwerte werden anschließend vom <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/r?tag=RKI#alphabar">RKI</a> als Verlaufskurve dargestellt, einer Trendberechnung unterzogen und im<a href="https://www.rki.de/DE/Content/Institut/OrgEinheiten/Abt3/FG32/Abwassersurveillance/Abwassersurveillance.html#doc16726580bodyText1">AMELAG-Wochenbericht</a>sowie im<a href="https://infektionsradar.gesund.bund.de/de">Infektionsradar</a>durch RKI und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=BMG#alphabar">BMG</a> veröffentlicht. Zusammen mit anderen<a href="https://www.rki.de/DE/Themen/Infektionskrankheiten/Antibiotikaresistenz/Kommission-ART/Surveillance/Surveillance_Resistenzen_gesamt.html?templateQueryString=Surveillance-Systemen">Surveillance-Systemen</a>wird eine epidemiologische Bewertung vorgenommen, die wiederum das Ableiten von Maßnahmen für den Gesundheitsschutz der Menschen und eine evidenzbasierte Politikberatung unterstützt. Seit Ende Januar 2025 werden die Daten der nationalen Abwassersurveillance auch auf der europäischen Version<a href="https://arcgis.jrc.ec.europa.eu/portal/apps/dashboards/e296cdf0c0d042e6b60b07a351f2dc5c">The European Wastewater Surveillance Dashboard</a>gemeinsam mit den Abwassermonitoringdaten anderer EU-Länder veröffentlicht.</p><p>Wissenschaftliche Fragestellungen und Forschung am <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a></p><p>Erarbeitung von Nachweisverfahren für den Nachweis von Infektionserregern und antimikrobiellen Resistenzen (AMR) und weiteren Public Health-relevanten viralen Erregern in Abwasserproben – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Mikrobiologische Risiken</p><p>Es werden Methoden für den belastbaren Nachweis von relevanten Infektionserregern und deren Antibiotikaresistenzen sowie von Public-Health-relevanten viralen Erregern in Abwasserproben entwickelt. Der Fokus liegt dabei auf Enterobakterien mit klinisch wichtigen Antibiotikaresistenzen sowie auf Influenza A/B und weiteren respiratorischen oder gastrointestinalen Viren. Ein mehrstufiger Screening-Prozess kombiniert den direkten Nachweis lebender Bakterien, Resistenzgene und Sequenzinformationen mit massenspektrometrischen, molekularbiologischen und sequenzbasierten Verfahren. Gleichzeitig werden für virale Erreger neue Aufbereitungs- und Extraktionsmethoden erprobt, um Nukleinsäuren zu isolieren und anzureichern. Hierzu zählen die Entwicklung und Validierung von Konzentrationsverfahren, Versuchsreihen mit inaktivierten Viren oder viraler Nukleinsäure sowie Untersuchungen zur Ermittlung der Bestimmungsgrenzen. Das Ziel besteht darin, qualitätsgesicherte und robuste Labormethoden bereitzustellen, die durch fortlaufende Optimierung und Harmonisierung in die Abwassersurveillance integriert werden können.</p><p>Laborharmonisierung und Abwasserparameter – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwasseranalytik, Überwachungsverfahren</p><p>Die derzeit gemessenen Konzentrationen von SARS-CoV-2, Influenzaviren und RSV im Abwasser werden im Rahmen von AMELAG von über 10 unterschiedlichen Laboren ermittelt. Dabei kommen unterschiedliche Methoden u. a. hinsichtlich Aufkonzentrierung der Probe, Extraktion der Viren-RNA, in der PCR nachgewiesene Gensequenzen sowie der verwendeten PCR-Analytik zum Einsatz.</p><p>Neben der Erfassung der Gensequenzen wird auch eine Reihe weiterer Parameter im Abwasserüberwacht überwacht. Vorrangiges Ziel ist, diese Daten zu nutzen um witterungsbedingte Schwankungen der Abwasserzusammensetzung auszugleichen, bzw. starke Schwankungen besser interpretieren zu können.</p><p>Datenplausibilisierung und Normalisierung – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwassertechnikforschung, Abwasserentsorgung</p><p>Die Konzentration von Viren und anderen Erregern im Abwasser kann durch Veränderungen in der Abwasserzusammensetzung stark beeinflusst werden. Grund hierfür beispielsweise Niederschläge, aber auch Einleitungen aus Industrie und Gewerbe. Die Trenderkennung wird dadurch erschwert. Der Zufluss zur Kläranlage ist ein gängiger Parameter um diese Schwankungen in der Abwasserzusammensetzung abzubilden. Je nach Kläranlage und Kanalsystem können aber andere Parameter besser geeignet sein. Daher entwickelt das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a> Methoden, die eine standortspezifische Beurteilung unterschiedlicher Plausibilisierungs- und Normalisierungsansätze ermöglichen. Über ein automatisiertes Verfahren soll so der am besten geeignete Parameter identifiziert und mit dem entsprechenden Ansatz die Trenderkennung verbessert werden.</p><p>Zusammenfassend werden am UBA für die Abwassersurveillance notwendige technische Verfahrensabläufe entwickelt, weiter optimiert, harmonisiert und im Rahmen von Technischen Leitfäden dokumentiert. Dies betrifft die Probenahme, Labormethoden, Logistikkonzepte und den Bereich der Datenverarbeitung und -übermittlung an das RKI. Darüber hinaus engagiert sich das UBA im Bereich der Normung.</p><p>Weiterführende Literatur</p><p>Durch Forschungsarbeiten mit Beteiligung sowie direkt am Umweltbundesamt und Robert-Koch-Institut (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/r?tag=RKI#alphabar">RKI</a>) sind in den letzten Jahren zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichungen im Rahmen des Abwassermonitoring Projektes entstanden:</p><p></p>
Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.
In einigen Veroeffentlichungen der letzten Jahre wird die Bildung von Ammonium aus Nitrat in Frage gestellt. Wir haben aus je einer Erd- und Talsperrensedimentprobe 60 verschiedene Staemme von nitratammonifizierenden Bakterien erhalten. Von den Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen aus Nitrat Ammonium bilden, sind diejenigen zu trennen, die Nitrat unter Bildung von N2 oder N2O denitrifizieren. Verschieden von beiden Prozessen ist die Ammoniumbildung aus organischen, stickstoffhaltigen Verbindungen (Ammonifikation). Nitratammonifizierende Bakterien koennen auch Nitrit und teilweise Hydroxylamin unter anaeroben Bedingungen reduzieren. Sowohl bei der Denitrifikation als auch bei der Nitratammonifikation kann aus organischer Substanz Ammonium gebildet werden.
Whereas a lot of results about the role of microbial communities from topsoils for plant growth and - performance have been published in the last two decades, almost nothing is known about the role of microbes in nutrient mobilization in subsoil systems. Furthermore it is unclear if microbes living below 40 cm in soil can be influenced by agricultural management. Both questions should be addressed in the frame of this project. Therefore in the first phase of the project an overall characterization of microbial communities living in different habitats of subsoils should be characterized by high throughput sequencing. These results will give a first insight into microbes living in deeper soil layers and will form the basis for the development of molecular tools to measure abundance and diversity of microbes involved in nitrogen and phosphorus turnover in the field - as well as in the microcosm experiments. Analyzing samples from the field experiment should clarify temporal and spatial heterogeneity of microbial communities and their activities in subsoils. Furthermore the role of hotspots (drilosphere and rhizosphere) in driving microbial performance should be clarified. Mainly the question how nitrogen is metabolized in subsoils will be addressed. By labeling root exudates as well as earthworm excrements with 13C the role of different carbon amounts and quality in the rhizosphere and drilosphere of subsoils in stimulating microbial communities should be analyzed in the central microcosm experiment, by following the 13C label in the microflora. This approach will help to identify possible major factors steering bacteria fungi and archaea in deeper soil layers.
Phosphorus (P) solubilization in soils is a crucial process for ecosystem nutrition and ecosystem development. Previous research on biogenic P solubilization focused on single microbial strains, but little is known about P solubilization as a process of soil formation and ecosystem development. The general objective of the project is to gain understanding on how microbial and plant mediated P solubilization and silicate weathering influence the formation of soil and its P forms. For this purpose, we will quantify the rates of P solubilization and of silicate weathering in a sequence of soils on granites of different stages of development in the coastal range of Chile. We aim at determining mechanisms of microbial P solubilization such as the release of protons and organic acid anions, the factors controlling P solubilization, and the abundance of P-solubilizing bacteria at different stages of soil development. The rates of P solubilization and silicate weathering will be related to soil P fractions (Hedley fractions) that have formed during pedogenesis. We will test the hypothesis that mechanisms, rates, controlling factors and abundances of P-solubilizing bacteria strongly change during soil development. The main value of the project will be that it relates microbial P solubilization taking place at a time scale of several weeks to the development of soils and P fractions taking place over hundreds of years.So far, it is not known how microbial activity in soil affects soil formation in different soil depths and under different climatic conditions. The overarching aim of the project proposed here is therefore to study how microbial cycling of C, N, P and Si affects soil formation. For this purpose, we will, first, study microbial biomass, microbial respiration, and the age of total organic C and respired C in soil and saprolite along a climate gradient in the Costal Cordillera of Chile. Second, we aim at quantifying non-symbiotic N2 fixation along the climate gradient, and at understanding the factors that limit N2 fixation, microbial respiration and silicate weathering. We will test the hypotheses (i) that microbial respiration in the saprolite that advances weathering is fueled by young organic matter, (ii) that CO2 concentrations in saprolite are positively correlated with the net primary production, and that (iii) N2 fixation is strongly limited by water availability along the climate gradient in the Costal Cordillera of Chile. In order to test these hypotheses, we will quantify microbial biomass in 10 m deep saprolite cores taken from four study sites along the climate gradient, and we will quantify the age of total organic C and respired C based on radiocarbon dating. Furthermore, we will quantify N2 fixation in incubations with 15N-N2. Finally, we will synthesize and model the results on biogenic weathering and microbial C, N, P, and Si cycling along the climate gradient in the Costal Cordillera that have been collected during the first a
Arsen-kontaminiertes Grundwasser stellt eine große Gefahr für zig Millionen von Menschen dar, insbesondere in Süd- und Südost-Asien, durch seine Verwendung als Trinkwasser und für die Bewässerung von Reisfeldern. Das Hauptziel dieses Projekts ist es gemeinsam mit Wissenschaftlern der Stanford University die Menge an giftigem Arsen in den beiden wichtigsten Expositionsquellen, Wasser und Reis, zu reduzieren und zu bestimmen wie i) Arsen effizient mit Wasserfiltern aus dem Trinkwasser entfernt und ii) die Arsenaufnahme durch Reis während der Nasskultivierung reduziert werden kann. Im ersten Teilprojekt planen wir in Vietnam zu untersuchen, unter welchen Bedingungen Wasserfilter Arsen effizient entfernen, wie lange die Filter verwendet werden können und ob gesundheits-schädigende Konzentrationen von Nitrate in den Filtern gebildet werden. Wir werden einen visuell sichtbaren Indikator in den Filtern entwickeln, der es der breiten Bevölkerung erlaubt, ohne analytische Verfahren oder besonderen Bildungsstand zu bestimmen, wann die Effizienz des Filters aufgrund der Sättigung mit Arsen verschwindet und das Filtermaterial ersetzt werden muss. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie das Arsen-verschmutzte Filtermaterial ohne weitere Risiken entsorgt werden kann. Im zweiten Teilprojekt werden wir untersuchen, ob die Stimulation von nitrat-reduzierenden, eisenoxidierenden Bakterien in Reisfeldböden die Arsenaufnahme in Reis reduziert durch die Bindung von Arsen an die gebildeten Minerale. Wir werden bestimmen, wie die Zugabe definierter Mengen an Nitrat helfen kann, gleichzeitig die Arsenaufnahme in den Reis und die Emission des Treibhausgases N2O zu minimieren. Dieses Projekt wird für die Bevölkerung in Arsen-betroffenen Ländern praktische Lösungen bieten, um mögliche Schädigungen durch Arsen und Nitrat zu reduzieren und ihre Gesundheit und Lebenssituation zu verbessern.
Bacteria of the genus Legionella cause waterborne infections resulting in severe pneumonia. In Europe, 70Prozent of the cases of the so-called Legionnaires disease (LD) originate from strains of L. pneumophila serogroup (Sg) 1, 20Prozent from other L. pneumophila serotypes and 10Prozent 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.
Die Bodenfauna ist in vielfaeltiger Weise an den bodenbiologischen Prozessen beteiligt, die letztlich in den Abbau der von den gruenen Pflanzen aufgebauten organischen Substanz muenden. Schematisch laesst sich die Rolle der Bodenfauna zwei Abbaustufen zuordnen, derjenigen der Saprophagen, deren Nahrungsnetz von Pilzen und primaerzersetzenden Tieren ausgeht und ueber Sekundaerzersetzer bis zu Aasfressern und Raeubern reicht, und der Stufe der Mineralisierung, die von Bakterien geleistet wird, die wiederum von Bodentieren, vor allem Protozoen und Nematoden kontrolliert werden, die ihrerseits in ein Nahrungsnetz von Tieren hoeherer Trophiestufen eingebunden sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, zur Aufklaerung der Rolle der einzelnen Gruppen und Arten der Bodenfauna und ihrer Beziehungen beizutragen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 2916 |
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| Zivilgesellschaft | 4 |
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| Daten und Messstellen | 48 |
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| Lebewesen und Lebensräume | 3100 |
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