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Entwicklung eines Nachweisverfahrens für (Vogel)Grippeviren in der Umwelt

Das natürliche Reservoir an aviären Influenzaviren (AIV) sind Wasservögel und die Übertragung von AIV über den Wasserweg könnte vor allem für hochpathogene Populationen dieser Viren mit zoonotischem Potenzial eine wichtige Rolle spielen. Methodisch stellt dies jedoch eine große Herausforderung dar. In einem REFOPLAN-Projekt wurden daher verschiedene Methoden zur Virusanreicherung und anschließendem AIV-Nachweis mittels RT-PCR getestet und durch die Mitführung eines Referenzstandards (Detektion behüllter RNA Viren in Wasserproben basierend auf dem Bakteriophagen ϕ6) validiert.  Insgesamt wurden 61 % der Wasserproben und 50 % der korrespondierenden Gewässersedimentproben, die während einer HPAIV-Epidemie aus flachen Gewässern in avifaunistisch reichen Wasservogelhabitaten entnommen wurden, AIV-positiv getestet. Die in diesen Proben gefundenen AIV-Viruslasten waren jedoch im Allgemeinen zu gering für Virusisolierungen oder weitere Sub- und Pathotypisierungen, die für Risikoabschätzungen von Bedeutung sind. Weitere Experimente zeigten den Einfluss abiotischer Effekte (Wassertemperatur und Wasserqualität) auf die Tenazität unterschiedlicher AIV-Isolate. Experimentelle Untersuchungen zur Bedeutung kleiner flacher Gewässer als mögliche Übertragungsmedien von AIV unter Stockenten zeigten, dass bereits geringste Mengen von im Wasser resuspendierten hochpathogenenen AIV (ca. 100 infektiöse Einheiten /Liter Wasser) zu einer Ausbreitung der AIV Infektionen führen können. Insgesamt machten die Untersuchungen die hohe Bedeutung von Wasser als Transmissionsmedium aviärer Influenzainfektionen bei Vögeln deutlich und zeigen die Notwendigkeit der Entwicklung effizienterer Anreicherungsmethoden als Grundlage für Risikoabschätzungen der Übertragung von Infektionen über die Umwelt. Veröffentlicht in Umwelt & Gesundheit | 03/2024.

Sub project: Viral infections as controlling factor of the deep biosphere

Das Projekt "Sub project: Viral infections as controlling factor of the deep biosphere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Viruses might be the main 'predators' in the deep biosphere and possibly have a major impact on indigenous microorganisms in providing labile organic compounds for this extremly nutrient depleted habitat. While direct counting of viruses along depth profiles of various ODP sites indicated a general decrease with depth, we could show that the ratio of viruses vs. cells increased. Prophages were induced from six out of thirteen representative deep-biosphere bacteria of our ODP Leg 201 culture collection, exhibiting different morphotypes of sypho- and myoviruses. Five of them were subjected to whole genome sequencing. This sequence information will be used to design specific primers for a molecular detection and quantification of these phages in the deep biosphere. Especially the number and distribution of phages that infect Rhizobium radiobacter, which is highly abundant in subsurface sediments, will be examined. We will further focus on the following questions: How important is the viral shunt in providing essential nutrients for deep biosphere populations? How is the physiological state of indigenous microorganisms related to viral infections?

Teilprojekt: Der Einfluss von Viren auf die Mikrobiologie und Geochemie extrem nährstoffarmer Sedimente

Das Projekt "Teilprojekt: Der Einfluss von Viren auf die Mikrobiologie und Geochemie extrem nährstoffarmer Sedimente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Extremely oligotrophic mid-ocean gyres represent large parts of the world's oceans, but were hardly explored, so far. The largest of these oceanic provinces, the South Pacific Gyre, was investigated during IODP Exp. 329. In this project, we will study the viral impact on the microbial communities and activities. Virus particles and total cell counts will be determined to estimate their global distribution within the subsurface. We will isolate aerobic and anaerobic prokaryotes and identify the prophages residing in their genomes. The morphologic and phylogenetic diversity of the phages will be analysed in detail. It will be studied whether viral lysis could provide limiting compounds to this extremely nutrient-depleted ecosystem. Thus, it should be clarified whether viruses might be the main controlling factor of the abundance and diversity of the deep biosphere communities. The results will be compared to our previous studies on benthic viruses from continental margin sites, and finally provide a more realistic estimate of the viral impact on the deep biosphere.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V. durchgeführt. Das Ziel ist es, ein biotherapeutisches Textil mit physikalischer Depotstruktur zu entwickeln. Die Wundauflage besteht aus Kapillarhohlmembranen mit hoher Aufnahmekapazität, die durch Zellulase vollständig zersetzbar ist. Das Anschlussvorhaben wird die therapeutische Breite dieser Medikamententräger beurteilen. Beispielhaft wird das Vorhaben die neuen Einsatzmöglichkeiten neben etablierten Wirkstoffen in der Wund- und Hautbehandlung an drei alternativen Therapieansätzen für chronische Wunden und Hautkrankheiten demonstrieren, der Phagen-, der Api-, sowie der Madentherapie. Herstellung und Charakterisierung von Cellulose-NMMO-Spinnlösungen // Grundversuche am Laborspinnstand zur Ermittlung optimaler Parameter für die Erspinnung von Hohlstrukturen // Testung verschiedener Aufarbeitungs- und Trocknungsmethoden // Versuche zur Vliesbildung // Einbau strukturbeeinflussender Substanzen in die Cellulosehohlfaser Pro Patient mit einer Heilungsdauer von durchschnittlich 180 Tagen werden ca. 1 kg der neuen Wundauflagen verbraucht. Bei 4 Millionen Patienten entspräche dies 4 Mio. kg oder 4.000 Tonnen. Heute ist die Produktion der deutschen Textilindustrie in diesem Gebiet nahezu gleich null.

Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

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.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie durchgeführt. 1. Im geplanten Vorhaben soll ein existierender monoklonaler Antikörper für den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff Benzo(a)pyren mit gentechnischen Methoden bzgl. Affinität und Selektivität optimiert und dadurch eine Verwendung zur Überwachung des Trinkwassergrenzwertes (10 ng/l) ermöglicht werden. 2. Basierend auf der isolierten mRNA aus der Hybridomalinie 22F12 (evtl. noch weitere aussichtsreiche Klone) wird eine Antikörperbibliothek aufgebaut. Die Herstellung der Antikörpertragenden Phagen soll in E.coli bzw. in Pilzen durchgeführt werden. Die Selektion geeigneter Bindungsmoleküle erfolgt mittels 'biopanning'. Dabei wird die Stringenz schrittweise erhöht. Die ausgewählten rekombinanten Antikörper werden anschließend detailliert bzgl. Affinität, Selektivität (Kreuzreaktion mit anderen PAKs) und Störanfälligkeit gegenüber Matrixeinflüssen (pH-Wert Effekte, Mineralisierung, Huminstoffe) charakterisiert und der resultierende ELISA optimiert. 3. Der/die generierten Rab soll/en kommerziell über die im Vorhaben beteiligte Firma verwertet werden. Es ist geplant, marktfähige Produkte innerhalb eines Jahres nach Abschluss des Vorhabens zu entwickeln.

Phage-Ex: Analyse von Bioaerosolen in Schweineställen während der Anwendung von Phagen zur Reduzierung von MRSA

Das Projekt "Phage-Ex: Analyse von Bioaerosolen in Schweineställen während der Anwendung von Phagen zur Reduzierung von MRSA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin durchgeführt. Im Gesamtvorhaben werden Phagen in Schweineställen mit dem Ziel ausgebracht, die MRSA-Kolonisierung in dem Stall und an den Tieren zu reduzieren. Um möglicherweise auftretende Folgen dieser Maßnahme für die Gesundheit von Beschäftigten und der Umwelt durch Bioaerosole abzuschätzen, ist es im hier geplanten Teilprojekt Ziel, Veränderungen in der Anzahl der ausgebrachten Phagen, die Freisetzung von Endotoxinen durch lysierte Mikroorganismen, sowie die Veränderungen in der Zusammensetzung der Mikroorganismen im Bioaerosol zu analysieren. Dafür werden die Bioaerosole mit High Volume Samplern vor, während und nach dem Ausbringen auf Filter gesammelt. Nach Anpassung bestehender Methoden werden mittels quantitativer PCR-Assays die Phagenkonzentrationen in der Luft und mittels Limulus-Amöbozyten-Lysat- (LAL)Tests die Endotoxinbelastungen quantifiziert. Die Zusammensetzung der Mikroorganismen im Bioaerosol wird mittels Amplicon Sequencing der 16S rRNA-Gene bzw. der internal transcribed spacer (ITS)-Region bestimmt. Außerdem werden metaproteomische Analysen der Bioaerosole durchgeführt, um Informationen über eventuelle bakterielle Anpassungsstrategien oder auch Exotoxinbildung zu erhalten. Die Ergebnisse, die zu den unterschiedlichen Zeitpunkten in einem Stall mit sowie in einem Stall ohne Maßnahme gewonnen werden, werden verglichen und bezüglich möglicher Gefahren für Mensch und Umwelt ausgewertet. Die Resultate werden durch Publikationen und Bereitstellung der Daten in frei zugänglichen Datenbanken zur Verfügung gestellt.

Teilprojekt 5: Biosorption

Das Projekt "Teilprojekt 5: Biosorption" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie durchgeführt. Das Gesamtprojekt umfasst die Gewinnung von Ga (und As) aus Produktionsabfällen der GaAs-Halbleiterindustrie. Es sollen Technologien entwickelt werden, um die Wertstoffe der Halbleiterindustrie zu recyceln und bis zum Reinstprodukt aufzuarbeiten. Ziel ist die Kreislaufwirtschaft des Ga und die Verwertung der Wertstoffe bis zu einer zero waste technology. Im Rahmen des HZDR/HIF Teilprojektes werden biotechnologische Verfahren zur Sorption von Ga und As entwickelt. Derartige Materialien sind insbesondere für die Rückgewinnung von Ga aus verdünnten Lösungen attraktiv. Im Teilprojekt werden für die Entwicklung derartiger biosorptiver Materialien zwei verschiedene Ansätze erprobt. In einem ersten Ansatz werden bakterielle Hüllproteine (S-Layer) mit metalloxidischen mikro- oder nanoskalischen Partikeln kombiniert. Für solche Materialien wurden bereits hervorragende As-Bindungseigenschaften nachgewiesen. Im Projekt sollen verschiedene Materialen hergestellt und ihre Separationsleistungen anhand von Realwässern erprobt werden. In einem zweiten Ansatz werden in Kooperation mit INEMET Ga-bindende Phagen mittels Biopanning selektiert und Bindemotive (Peptide) identifiziert. Geeignete Peptide werden als biologische Grundlage für die Konstruktion von Biokompositmaterialien verwendet.

A new approach to testing the efficacy of drinking water disinfectants

New disinfection procedures are being developed and proposed for use in drinking-water production. Authorising their use requires an effective test strategy that can simulate conditions in practice. For this purpose, we developed a test rig working in a flow-through mode similar to the disinfection procedures in waterworks, but under tightly defined conditions, including very short contact times. To quantify the influence of DOC, temperature and pH on the efficacy of two standard disinfectants, chlorine and chlorine dioxide, simulated use tests were systematically performed. This test rig enabled quantitative comparison of the reduction of four test organisms, two viruses and two bacteria, in response to disinfection. Chlorine was substantially more effective against Enterococcus faecium than chlorine dioxide whereas the latter was more effective against the bacteriophage MS2, especially at pH values of >7.5 at which chlorine efficacies already decline. Contrary to expectation, bacteria were not generally reduced more quickly than viruses. Overall, the results confirm a high efficacy of chlorine and chlorine dioxide, validating them as standard disinfectants for assessing the efficacy of new disinfectants. Furthermore, these data demonstrate that the test rig is an appropriate tool for testing new disinfectants as well as disinfection procedures.

Pollution monitoring in the nairobi river: application of new and robust biosensor technologies adapted to locally available resources

Das Projekt "Pollution monitoring in the nairobi river: application of new and robust biosensor technologies adapted to locally available resources" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut Ökologische Chemie durchgeführt. Most communities living in slum areas along Nairobi river and Nakivumbu wetland use untreated water for drinking and for domestic activities. Pesticide residues, pathogenic bacteria, and heavy metals are thus a major health concern. Present day assessment of contamination rely on culture methods and chemical analysis despite low reliability for detection of bacteria and their pathogenicity. It is our objective to develop and adapt molecular based methods to identify and quantify pesticide residues and pathogenic bacteria directly in given environmental water samples and to assess the state of health. We will combine phage antibody technology, 16s rDNA and rRNA sequences to identify the pesticides, indicate bacterial activity and assess infection risks. These will be combined with biosensor technologies to rapidly monitor the health of the water environment. The applicability will be tested in Nairobi river and Nakivumbu wetland.

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