Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.
Die Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen wurde am Beispiel von Transienten zwischen oxischem und denitrifizierendem Wachstum von Paracoccus denitrificans studiert. Bei solchen Wechseln muss die membrangebundene Elektronentransportkette jeweils den neuen Bedingungen angepasst werden. Diese Vorgaenge wurden anhand der Aenderungen in der Zusammensetzung der Cytochrome analysiert. Im weiteren wurde auch den Endprodukten der Denitrifikation besondere Beachtung geschenkt. Es zeigte sich, dass das Verhaeltnis zwischen molekularem Stickstoff und Lachgas bei der Denitrifikation durch drei Parameter beeinflusst werden kann: durch die Art der Kohlenstoff-/Energiequelle, durch die vorhandenen Stickstoffquellen und durch das pH des Mediums.
Plastikmaterialien sind ubiquitär in Ökosystemen nachzuweisen; sie sind zumeist schlecht abbaubar, und Verwitterungsprozesse führen zu Fragmenten, die als Mikroplastik (MP) im Mikro m- bis mm-Bereich von Suspensions- und Sedimentfressern in Nahrungsnetze gelangen. MPs können aufgrund von Additiven per se toxisch sein, sie können aber auch persistente Substanzen (PPs) anreichern. Die Ziele von MiWa bestehen darin, (1) eine einheitliche Methodik zur Bestimmung der Abundanz von MP in Süßgewässern zu entwickeln, (2) verschiedene Umweltsysteme gezielt auf Quellen, Senken und den Verbleib von MPs zu untersuchen, sowie (3) toxikologische und ökotoxikologische Untersuchungen zu Effekten von MPs und PPs mit Testsystemen unterschiedlicher Komplexität und Trophiestufen durchzuführen. Ziel des Verbundes MiWa ist die nachvollziehbare und übergreifende Bewertung von MPs im Wasserkreislauf. Das Ziel des vorgeschlagenen Teilprojekts B4 besteht darin, den etablierten Modellorganismus Zebrabärbling (Danio rerio) für den Nachweis potentiell adverser Wirkungen von Mikroplastikpartikeln und partikelassoziierten Schadstoffen auf Fische zu etablieren, wobei aus Tierschutzgründen vor allem mit Embryonen gearbeitet wird. Die Wirkung von direkt aus dem Wasser aufgenommenen MPs und PPs wird mit der Aufnahme entlang von einfachen Modellnahrungsketten verglichen. Als weitere tierversuchsfreie Systeme werden Zellkulturen eingesetzt, um grundlegende Prozesse der Aufnahme und Wirkung von MPs und PPs zu verstehen. Die toxikologischen Endpunkte umfassen Embryo-, Neuro-, Cyto- und Gentoxizität sowie Teratogenität, Induktion von Cytochrom P450 und endokrine Wirkungen.
Microarrays: Entwicklung der molekularen Diagnostik auf der Basis von Microarrays. Dadurch soll die Diagnose von agronomisch relevanten Organismen vereinfacht und die Kapazität einzelner Labors erhöht werden. Mehrere relevante Schadorganismen sollen auf einem Microarray identifiziert werden können. Indikatoren: 1) Das Potenzial des Random Chip Prinzips ist abgeklärt. 2) Ein funktionsfähiger Chip mit mind. 50 ökonomisch relevanten Insekten. Marker: Mit Strategie 1) Entwicklung von molekularen Markern für Pestizidresistenzen bei Cydia pomonella. Primäres molekulares Ziel ist die Genfamilie Cytochrom P450, die nachweislich bei Insekten für Resistenz gegen Pestizide verantwortlich ist. Sekundäres molekulares Ziel sind anonyme Marker (mit ALFP, RAPD, Mikroarrays). Indikator: Mindestens ein Gen und/ oder Marker sind entwickelt. Mit Strategie 2) Erhebung von epidemiologischen Daten über die Dynamik von Pestizidresistenzen (inkl. multiplen Resistenzen). Die epidemiologischen Daten ergeben ein detailliertes Bild der Häufigkeit und Ausbreitung von Pestizidresistenzgenen. Indikator: Daten zu Häufigkeit und Verbreitung des entsprechenden Gens in mind. 3 wichtigen Schweizer Anbaugebieten wurden etabliert.
An Maeusen mit ausgeschaltetem Cytochrom P450 1B1-Gen konnte nach Exposition gegenueber kanzerogenen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen wie das Dimethylbenzanthracen demonstriert werden, dass Wildtypmaeuse innerhalb von Wochen zu 100 Prozent Tumoren entwickelten. Hingegen war die 1B1-Knockout durch mangelnde Aktivierung dieser Verbindung geschuetzt.
Das Vorhaben bedient sich der Induktion der Cytochrom P450 (CYP) 1 A-katalysierten 7-Ethoxyresorufin-O-deethylase-Aktivitaet in Zellkulturen als Parameter fuer die Aktivierung des Dioxinrezeptors. Dieses Verfahren ist zur Erfassung der Wirkung einzelner polychlorierter Dibenzo-p-dioxine (PCDDs) und verwandter Dioxinrezeptor-Agonisten bereits etabliert und wurde erfolgreich in Hepatomzellen und Hepatozyten der Ratte, sowie in menschlichen Hepatomzellen zur Beurteilung der Wirkung und Potenz komplexer PCDD-Gemische eingesetzt. Im laufenden Projekt sollen organische Extrakte aus mit PCDDs und verwandten Schadstoffen belasteten Proben (Flugasche, Boden etc.) als Induktoren eingesetzt werden. Aus den Konzentrations-Wirkungs-Kurven sollen Rueckschluesse auf den Gehalt an Dioxinrezeptor-Agonisten gezogen werden. Die Extrakte werden parallel chemisch auf potente PCDDs, polychlorierte Dibenzofurane (PCDFs) und Biphenyle (PCBs) analysiert. Besonderes Gewicht soll auf die Aussagekraft und moegliche Stoeranfaelligkeit des Bioassays gelegt werden.
Polychlorierte Biphenyle sind eine chemische Verbindungsklasse, die sich aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften in der Umwelt anreichern und ueber die Nahrungskette von Mensch und Tier aufgenommen werden. Da PCB stark lipophil sind, muessen sie, um ausgeschieden werden zu koennen, zunaechst enzymatisch umgesetzt werden. Hierfuer haben tierische Organismen ein Inventar, sog. 'drug metabolizing enzymes' (DME), zur Verfuegung. Typische DME sind z.B. die Cytochrome P450. PCB-Gemische haben einen negativen Einfluss auf die normale Entwicklung von Praeimplantationsembryonen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wollen wir die molekularen Mechanismen dieser PCB-vermittelten Beeintraechtigung der fruehen Embryonalentwicklung aufklaeren. Dazu wird die durch PCB spezifisch induzierte Genexpression untersucht. Zielgene sind u.a. Cytochrome. Die Induktion der Genexpression von P450 Cytochromen ist als toxikoligischer Endpunkt fuer den Nachweis biologischer Aktivitaeten von PCB in Zellen und in ganze Organismen generell akzeptiert. Der Nachweis der biologischen Aktivitaet der PCB soll durch RT-PCR an isolierter RNA aus verschiedenen Embryonalstadien erfolgen. Nach erfolgter Identifizierung von spezifisch induzierten Transkripten sollen diese mittels kompetitiver RT-PCR quantifiziert werden.
Im Rahmen der Novellierung des Arzneimittelgesetzes vom September 1998 und der anstehenden Umsetzung der EG-Biozid-Richtlinie in nationales Recht offenbart sich die Notwendigkeit gerade im terrestrischen Bereich, die Methodenentwicklung voranzubringen, da kaum geeignete Methoden vorhanden sind, um die gesetzlich vorgeschriebene Pruefung auf Umweltvertraeglichkeit zu realisieren. Ziel des FuE-Vorhabens ist es, Abhilfe zu schaffen und ein Testsystem zum Pruefen von Tier- und Humanarzneimitteln sowie von Bioziden auf ihre Umweltvertraeglichkeit im terrestrischen Bereich einzufuehren. In dem Vorhaben soll mit einem Vertreter der Invertebraten (Caenorhabditis elegans, Nematode, Bodenbewohner) die Steigerung der Entgiftungsleistung durch Chemikalien (gemessen als Induktion von Cytochrom P450 Genen) auf DNA-Ebene (auf der Stufe der m-RNA) untersucht werden. Das Genom von Caenorhabditis elegans ist vollstaendig sequenziert und zeigt im Bereich der Entgiftungsleistung viele Uebereinstimmungen zum Saeugergenom. Das Cytochrom P450 System ist ein zentrales Enzymsystem fuer die Entgiftung von Umweltschadstoffen, Medikamenten, Bioziden, etc. Die vermehrte Induktion von Cytochrom P450 Genen ist als Mass fuer den Stresszustand der Bodenbewohner infolge Schadstoffbelastung zu werten. Zusaetzlich soll die Induktion vor Hitzeschockgenen als Stressindikator erfasst werden. Parallel dazu werden herkoemmliche Reproduktionstests mit C. elegans im Boden-, Wasser- und Eluattestsystem durchgefuehrt, um vergleichende Aussagen ueber das Auftreten subletaler Effekte, d.h. die Vermehrung und Nachkommen betreffende Effekte, in umweltrelevanten Konzentrationen zu erhalten. Das Projekt soll in vier Phasen untergliedert werden: 1. Phase: Testung der biologischen Aktivitaet von einzelnen, umweltrelevanten Arzneimitteln und Bioziden auf DNA-Ebene und im Reproduktionstest. Vergleich der Ergebnisse. 2. Phase: Untersuchung weiterer Stressanzeiger im Genom von C. elegans. 3. Phase: Auswertung der ersten und zweiten Phase, um Dosis-Wirkungs-Beziehungen aufzustellen. Diese sollen analysiert werden, um Geninduktionen, die fuer bestimmte Chemikaliengruppen spezifisch sind, zu erfassen. Die Ergebnisse sollen in einer Datenbank erfasst werden. 4. Phase: Validierung des Testsystems mit ausgesuchten Arzneimitteln und Bioziden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 42 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 42 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 42 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 40 |
| Englisch | 3 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 29 |
| Webseite | 13 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 26 |
| Lebewesen und Lebensräume | 42 |
| Luft | 26 |
| Mensch und Umwelt | 42 |
| Wasser | 26 |
| Weitere | 42 |