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Journey into the past: using cryogenically stored samples to reconstruct the invasion history of the quagga mussel (Dreissena rostriformis) in German river systems

Paulus, Martin; Teubner, Diana; Hochkirch, Axel; Veith, Michael J Biological Invasions (2014), online 02. April 2014 Knowledge about the spatial-temporal dynamics of biological invasions often remains incomplete, because precise information about the invaders' arrival dates is rare. This applies to the quagga mussel, which has become one of the most successful invasive species in Western European freshwaters. We here used cryogenically stored Dreissena samples from the German Environmental Specimen Bank to reconstruct the colonization history of the quagga mussel in German river systems. Our retrospective genetic analysis significantly improved upon previous findings of when the quagga mussel arrived in Germany and can be used as chronological landmarks to reconstruct its range expansion. The discovery of Dreissena rostriformis in 2004 in the Rhine River near Koblenz presented the first record of this species not only in Germany, but also in Western Europe. Our results show that the quagga mussel had already invaded not only large parts of the Rhine and the Danube, but also the Elbe River. This demonstrates the value of cryobanked biological samples for the retrospective analysis of biological 'pollution' through alien invasive species. doi:10.1007/s10530-014-0689-y

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, International Center for Food Chain and Network Research (FoodNetCenter Bonn) durchgeführt. Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens ist es, Eintragspfade von Antibiotika-resistenten Erregern vom Menschen oder Tieren in die Umwelt hinein sowie aus dem Umweltbereich zurück zum Menschen, aufzuzeigen. Mit Blick auf das Risiko für die Gesundheit von Mensch und Tier wird das International Center for Food Chain and Network Research der Universität Bonn (FNC) schwerpunktmäßig die mikrobielle Dissemination insbesondere über Abwässer aus landwirtschaftlichen Betrieben, Schlachthöfen und lebensmittelverarbeitenden Unternehmen in die Umwelt nachverfolgen. Der Fokus dieses Teilprojektes liegt dabei in der Verschleppung resistenter Mikroorganismen entlang der Schweine- und Geflügelfleisch erzeugenden Kette. Im Rahmen des Projektes wird die Modellierung sowohl von Eintragswegen als auch von Maßnahmen zur Reduktion von resistenten Mikroorganismen vorgenommen. Die Risikobewertung und die Ermittlung prognostischer Informationen über das dynamische Verhalten in Abwässern stehen im Vordergrund. Seitens des FNC sind zwei Gruppen beteiligt: Fokusgruppe 'One Health' unter der Leitung von Prof. Dr. Brigitte Petersen und die Fokusgruppe 'Food Waste' unter der Leitung von PD Dr. Judith Kreyenschmidt. Die Fokusgruppe 'One Health' konzentriert sich auf die Objekte landwirtschaftlicher Betrieb und Tiertransporter (eingebundene Mitarbeiter: Dr. Julia Steinhoff-Wagner, Dr. Yvonne Ilg, Céline Heinemann), die Fokusgruppe ‚Food Waste' auf die Prozesse Schlachthof und Lebensmittelverarbeitung (eingebundene Mitarbeiter: Dr. Ulrike Herbert, Michael Savin). Das Projekt besteht aus 6 Arbeitspaketen mit jeweils interdisziplinärer Bearbeitung. Das FNC ist in die Arbeitspakete 1,2 und 4 involviert: AP 1 - Vorbereitende Untersuchungen zur Charakterisierung von Untersuchungsbereichen und Etablierung von Untersuchungsverfahren, AP 2.2 - Landwirtschaftliche Abwässer und Abwässer aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben inkl. Konsumgüter, AP 4 - Risikoabschätzung und Modellierung.

Teilvorhaben: DVGW e.V

Das Projekt "Teilvorhaben: DVGW e.V" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Technologiezentrum Wasser Karlsruhe (TZW), Außenstelle Dresden durchgeführt. Eine vielversprechende Alternative zur zeitaufwendigen Erfassung von Pathogenen Keimen im Wasser ist die Detektion fäkaler Pigmente (FP) mittels 2D Fluoreszenzspektroskopie. Das Gesamtziel besteht in der Entwicklung einer feldtauglichen Einheit zur online-Detektion von Fäkalpigmenten im Wasser. 1. Identifikation and Charakterisierung von FP - Spektrale Definition der FP - FP-Identifizierung in Realproben in Messprogramm in Deutschland/Indien - Charakterisierung der FP-Indikatorfunktion - Quantifizierung von FP bezüglich pathogener Wasserverunreinigungen - Entwicklung von Referenzanalytik mittels LC-MS-MS - Wissenschaftliche Begleitung der selektiven Anreicherung 2. Kalibrierung der FP - Schaffung der Voraussetzung einer empfindlichen Kalibrierung der FP mit Labortechnik (reflecting surface fluorescence) - Aufnahme von Kalibiergeraden - Aus- und Bewertung der Fluoreszenzspektren mittels mathematischem Modell 3.Entwicklung der Feldanreicherung für FP - Einarbeitung der selektiven Anreicherung über das Multi-Step-Verfahren und das Single-Step-Verfahren - Evaluierung und Optimierung der selektiven Anreicherung im Labor - Übergabe der Pläne zum Bau der Einheit an bbe Moldaenke 4. Entwicklung und Bau der Feldanreicherung, Optimierung des Fluoreszenzsensors - Prototypenbau für automatische Anreicherung nach den Vorgaben von Spectro - Labortests zur Anreicherung - Modifikation des Fluoreszenzsensors 5. Test der Entwicklung in Indien und Deutschland - Testmessungen mit der Anlage im Labormaßstab - Feld-Messprogramms unter Beteiligung der Partner in Indien und Deutschland 6. Evaluierung der Entwicklung und der Messungen - Präsentation der Ergebnisse in gemeinsamen Workshops - Gemeinsame Bewertung der Ergebnisse in Bezug auf Referenzmessungen (LC-MS, Mikrobiologie) - Ableitung nötiger Modifikationen in Hard- und Software 7. Berichte - Prototyppräsentation (unit - interface - sensor) - Präsentation der Software für die Datenanalyse - Leitfaden für die Praxisanwendung.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Tropische Agrarwissenschaften (Hans-Ruthenberg-Institut) (490) durchgeführt. In HypoWave wird erstmals ein hydroponisches System zur Pflanzenproduktion untersucht, das mit speziell für den Einsatz in diesem System aufbereitetem kommunalem Abwasser betrieben wird und ohne ein Substrat zur Verankerung der Pflanze auskommt. Ziel ist es, ausgehend von einer Pilotierung in Wolfsburg und unter Berücksichtigung der nötigen Governance ein hydroponisches System zu entwickeln, bei dem eine optimale Nährstoffaufnahme der Pflanzen bei gleichzeitiger Minimierung von Schadstoffen wie Schwermetallen, organischen Spurenstoffen oder pathogenen Keimen im Produkt gewährleistet ist. Zugleich erlaubt dieses System durch die Wiederverwendung eine Verbesserung der Wasserverfügbarkeit. Mittels Fallstudien und einer Wirkungsabschätzung wird untersucht, wie sich die Anforderungen verschiedener Standorte unterscheiden und wo sich Einsatzmöglichkeiten und Marktsegmente für das hydroponische System abzeichnen. UHOH ist im Verbund verantwortlich für die Themenlinie Landwirtschaft/hydroponisches System. So leitet die UHOH das AP3 zur landwirtschaftlichen Produktion und führt die Versuche in der Pilotierung mit dem Ziel der Anpassung sowie Charakterisierung eines solchen hydroponischen Systems durch. Zusätzlich erfolgen Laborversuche zur Aufnahme von Viren sowie chemischer und organischer Schadstoffe via Pflanzenwurzeln. Auch bearbeitet UHOH den landwirtschaftlichen Part in den vier Fallstudien und verantwortet die Fallstudie in Evora, Portugal. UHOH ist für die landwirtschaftliche Ergebnisverwertung verantwortlich und übernimmt auch diesen Aspekt in der Qualitätskontrolle der HypoWave-Produkte. -.

Teilprojekt: IPHT Jena

Das Projekt "Teilprojekt: IPHT Jena" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. durchgeführt. Globally, nearly 6,000 children die each day due to water-related illnesses. Treatment based approaches must be implemented to minimize these deaths. Rapid (less than 1 hr) detection platforms covering most waterborne pathogens of concern, their indicators, and associated sources of antibiotic resistance bacteria on a single chip are urgently needed. Such platforms must be operable under field conditions with personnel requiring minimal training. This proposal focuses on such a multiplexed chip by adapting an already developed robust and low cost platform (Gene-Z) for on-site water pathogen detection. Genetic markers associated with at least a dozen waterborne pathogens, indicators, and antibiotic resistance bacteria are included on the chip including viability testing to be validated with appropriate sensitivity and specificity. The proposed project has three objectives: 1) Provision of waterborne pathogens chips and detection systems, 2) Integration of Live vs. Dead (Viability) Protocol on the Chip, and 3) Field Validation, Deployment, Support and Feedback. When fully developed and validated, the chip and platform will provide the a number of key benefits compared to other existing technologies and approaches including fast results, ease of use, specificity, sensitivity, and low cost. Differentiating characteristic compared to other molecular biology technologies include multiplexing of bacteria and protozoan, use of multiple virulence markers, live vs. dead differentiation, and measurement of antibiotic resistance genes. The consortium combines academic and industry partners with expertise in molecular biology, bioanalytics, and on-site detection technology development.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik (DIL) e.V. durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines ultraschallgestützten Reinigungsprozesses als Kombination aus sprühendem Wasser und einer fakultativen Tauchreinigung für die Reinigung von Salaten, wie bspw. Feldsalat und Rucola. Von besonderer Bedeutung ist hierbei neben der unerwünschten Verfärbung des Wassers durch Chlorophyll vor allem die Reduzierung der bakteriellen Kontamination. Neben der Demonstration der Versuchsanlage im Feldtest, soll ferner auch die Eignung des Verfahrens zur Anwendung bei verschiedenen Gemüsearten betrachtet werden. Das Projekt soll durch die geplante Technik zur unbedenklichen Wiederverwendung des Waschwassers und zu einer Verringerung des Wasserbedarfs führen. In dem Projekt soll zunächst mittels Vorversuchen erforscht werden, bei welchen Prozessparametern eine ausreichende Entfernung von Verunreinigung und Bakterien bei Salat mittels der dargestellten Ultraschalltechnik möglich ist. Dabei soll der minimale Volumenstrom bei effizienter Einkoppelung des Ultraschalls für unterschiedliche Salate und Verschmutzungsgrade ermittelt werden. Für den ressourcenschonenden Umgang mit Wasser ist eine Kreislaufführung des Waschwassers ideal, so dass eine zusätzliche Membranfiltration optional ergänzbar sein wird. Diese Anlage soll prototypisch für den Feldversuch aufgebaut werden.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein durchgeführt. 1. Vorhabenziel Das Vorhaben umfasst zwei Teilvorhaben. Im Teilvorhaben 1 wird für acht an BonaRes-ORDIAMUR beteiligte Teilprojekte Pflanzenmaterial, Boden und Versuchsfläche geschaffen bzw. von einem seit 2009 ununterbrochen im zweijährigen Turnus wiederholt mit Apfel bepflanzten Boden bereitgestellt. Der zweijährig wiederholte Pflanzturnus wird fortgesetzt. Im Teilvorhaben 2 soll der Einfluss von abgetrennten Apfelwurzeln auf die Entstehung der spezifischen Apfelmüdigkeit untersucht werden. Dazu werden Apfelsämlinge in Containern in nicht apfelmüdem Boden, der mit einer Dampfbehandlung bei 90° C sterilisiert wurde, über drei Vegetationsperioden kultiviert. Dem Boden werden, außer in der Kontrolle, abgetrennte Apfelwurzeln beigemischt. Die Reaktion der Apfelsämlinge wird am Zuwachs von Apfelspross und Wurzel ermittelt. Bodenproben, Wurzelproben und Sprossproben werden für die jeweils spezifischen Vorhaben der an BonaRes-ORDIAmur beteiligten Teilprojekte bereitgestellt. 2. Arbeitsplanung Im Teilvorhaben 1 sind Kulturarbeiten, Düngung und Pflanzenschutz nach guter fachlicher Praxis zeitnah auszuführen. Die Erfassung der im Boden lebenden Fadenwürmer (Nematoden) erfolgt jährlich. Im Teilvorhaben 2 ist die aufwendige, mehrjährige Kultur von Apfelsämlingen in Containern fachgerecht durchzuführen. Die Entwicklung von Spross und Wurzel sind zwischenzeitlich zu dokumentieren.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Pfalzmarkt für Obst und Gemüse eG durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Ultraschallgestützten Reinigungsprozesses als Kombination aus sprühendem Wasser und einer fakultativen Tauchreinigung für die Reinigung von Salaten. Von besonderer Bedeutung ist der Pfalzmarkt hierbei für die Anwender-orientierte Ausrichtung der Anlagenentwicklung. Daneben wird ein Großteil der Arbeiten des Pfalzmarkts auf a) den Übergang der Anlagentechnik vom Labor in die Praxis und b) die Durchführung des Feldversuchs entfallen, in welchem die Reduzierung der unerwünschten Verfärbung des Wassers durch Chlorophyll, die Reduzierung der bakteriellen Kontamination und die technischen Anlagenparameter zu untersuchen sind. Neben der Demonstration der Versuchsanlage im Feldtest, soll ferner die Eignung des Verfahrens für Salat gleichzeitig auch zur Evaluierung der Möglichkeit zur Anwendung bei verschiedenen Gemüsearten betrachtet werden. Das Projekt wird durch die geplante Technik zur unbedenklichen Wiederverwendung des Waschwassers und zu einer Verringerung des Wasserbedarfs führen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, eine innovative Methode zur Hygienisierung des Prozesswassers für verzehrfertige Schnittsalate zu entwickeln, die eine Rückführung des aufbereiteten, mikrobiologisch und lebensmittelrechtlich unbedenklichen Wassers in den Waschprozess erlaubt und damit zu einer Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit im Prozess beiträgt bei gleichzeitiger deutlicher Reduktion des Wasserverbrauchs. Dafür ist die Entwicklung einer Durchfluss-Einkammer-Elektrolysezelle geplant, die ohne Additive auskommt und in neue und bestehende Salatwaschanlagen integriert werden kann. Die zu entwickelnde Zelle soll über eine Steuer- und Regeleinheit in-time bedarfsgerecht das Waschwasser hygienisieren. Als Grundlage der Steuerung wird in Labor- und Industrieversuchen die mikrobiologische und chemische Datenbasis erhoben. Der Behandlungserfolg der Neuentwicklung wird durch Versuchsreihen beim Industriepartner ermittelt und einer Bewertung unterzogen. Zur Aufbereitung von Salatwaschwasser wird Fa. aquagroup eine Durchfluss-Einkammer-Elektrolysezelle entwickeln, die ohne Additive auskommt. Die Zelle soll über eine Steuer- und Regeleinheit in-time bedarfsgerecht das Waschwasser hygienisieren und eine Kreislaufführung ermöglichen. In Industrie- und Laborversuchen wird die für die Steuerung notwendige mikrobiologische und chemische Datenbasis erhoben. Bei Havita erfolgt eine Ist-Standanalyse zu Wasserverbrauch, mikrobieller und chemischer Belastung von Waschwasser und Produkten. In Laborversuchen werden die Wirksamkeit auf relevante Mikroorganismen ermittelt und Störfaktoren identifiziert. Beide Datensätze bilden die Grundlage für die Dimensionierung der Industriezelle und die Entwicklung der Steuer- und Regeleinheit. Fa. Kronen entwickelt ein robustes, reinigungsarmes System zur Abtrennung von organischen Partikeln aus dem Prozesswasser. Die Systemkomponenten werden in einem Waschsystem zusammengeführt und bei Havita getestet, ggf. optimiert und einer Bewertung unterzogen.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) durchgeführt. Die zunehmenden Isolationsraten von multi-resistenten Bakterien legen nahe, dass die resistenten Erreger aus der Umwelt wieder zurück zum Menschen gelangen. Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens ist es daher, diese Rückkopplungen vom Menschen oder Tier in die Umwelt hinein (Eintragspfade) sowie aus dem Umweltbereich zurück zum Menschen, sei es in Kliniken oder in Alltagsbereichen im Kontakt mit Wasser oder über kontaminierte Lebensmittel, aufzuzeigen (Microbial Dissemination). Weiterhin soll die Rückverfolgbarkeit von Antibiotika-resistenten Erregern und Resistenzgenen aus Abwässern auf deren Ursprungsorte im Sinne des 'Source Tracking' geprüft werden. Die Untersuchungen des KIT-IFG sollen klären, inwieweit (1) antibiotikaresistente opportunistisch-pathogene Bakterien aus der Kläranlagen in die aquatische Umwelt gelangen und 2) welchen Einfluss dabei Abwässer aus Lebensmittel verarbeitenden Schlachtbetrieben auf die Populationen der nachfolgenden Abwasserklärung haben. Eine Veränderung der natürlichen Population in aquatischen Bereichen könnte bedeuten, dass sich Keime durchsetzen oder persistieren, die bei Menschen unter bestimmten Bedingungen zu Krankheiten führen können (potentiell pathogene Bakterien). Molekularbiologische Verfahren werden auch für die Wasserproben der Kläranlagen Steinhäule mit den verschiedenen Modifikationen der technischen Verfahren zur 4./5. Reinigungsstufe zur Anwendung kommen. Weiterführend werden die mikrobiologischen Untersuchungsparameter des KIT-IFG für die Biofilmuntersuchungen auf der Basis der installierten Biofilmsensoren des Verbundpartners AG Rapp (KIT-IMT) angepasst. Das KIT-IMT ist neben dem KIT-IFG Teil dieses AZK-Antrags. Die Aufgabe des KIT-IMT ist die Entwicklung, Installation und Betreuung eines Biofilmsensors für die Reinigungsstufen der Kläranlage Steinhäule.

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