Veranlassung
Mit der sogenannten ‘effektdirigierten Analytik’ sollen Substanzen, die möglicherweise schädliche Wirkungen auf Mensch und Umwelt haben, in komplexen Umweltproben wie z.B. Abwasser identifiziert werden. Grundsätzlich wird dies durch eine chemische Trennung der Probe und eine Testung der gewonnenen Fraktionen auf Schadwirkungen mit einer sich anschließenden chemischen Analytik erreicht. Vor diesem Hintergrund arbeiten die Hebrew University Jerusalem und die BfG gemeinsam an der Entwicklung neuartiger Werkzeuge zum Nachweis von Schadstoffen in der Umwelt. Die Grundidee besteht in einer direkten Kopplung von Dünnschichtchromatographie mit biologischen und chemischen Nachweismethoden.
Durch die Nutzung spezifischer biologischer Verfahren z.B. zur Erkennung hormonell aktiver Substanzen werden alle Stoffe in einer Probe erkannt, die diese, in der Umwelt unerwünschte, Eigenschaft haben - dies schließt z.B. unbekannte Umwandlungsprodukte mit entsprechender biologischer Wirkung mit ein. Die so nachgewiesenen Substanzen können anschließend durch chemische Methoden identifiziert werden.
Ziele
Es wird ein Ansatz entwickelt, die Quellen und die Verteilung von Mikroverunreinigungen - basierend auf einer Analyse biologischer Wirkungen in direkter Kopplung mit chemischen Trennverfahren - zu charakterisieren.
- Etablierung von Verfahren zur Detektion von adversen Endpunkten auf der Oberfläche von Dünnschichtplatten (z.B. östrogene, androgenegentoxische und dioxinähnliche Wirkungen).
- Entwicklung neuer Sensorstämme zur parallelen Detektion mehrerer der oben genannten Endpunkte
- Entwicklung massenspektrometrischer Verfahren zur nach-dünnschichtchromatographischen Trennung
Durch den Menschen wird eine Vielzahl von Substanzen - beabsichtigt und unbeabsichtigt - in die Umwelt eingetragen. Eine umfassende Überwachung eingetragener Verbindungen durch eine gezielte chemische Analyse ist nicht möglich, nicht zuletzt, weil Stoffe in der Umwelt verschiedensten Umwandlungsprozessen unterliegen. Dadurch können unbekannte Umwandlungsprodukte entstehen, die sich den gängigen Messmethoden entziehen, aber durchaus nachteilige Auswirkungen auf Mensch und Umwelt haben können.
Verfolgung von Effekten subterraner organischer Mikroverunreinigungen Durch den Menschen wird eine Vielzahl von chemischen Stoffen freigesetzt, die für Mensch und Umwelt schädlich sein können. Meist ist aber nur ein geringer Anteil dieser schädlichen Stoffe bekannt. In dem Projekt werden daher Verfahren zur Erkennung unbekannter Schadstoffe entwickelt.
Aim: Valorisation of side-streams of the Citrus industry using the genetic diversity of monokarya from the basidiomycete Pleurotus sapidus. The genetic diversity of the basidiospores of Pleurotus sapidus (MKs) obtained from two dikaryotic strains of P. sapidus (Dk421 and Dk3174) will be exploited. Mks with high growth rate on milled Citrus peel, pulp and seed of orange, tangerine, lemon will be selected and grown as solid state and submerged fermentation (SF). Metabolites will be extracted and evaluated for biological activities. Samples before and after the fungal transformation taken from SSF and SF cultures will be analysed. Rapid product analyses using TLC and established coupled HPLC-DAD-ELSD will focus on the most promising strains. Specific targets are flavonoids with an increased number of hydroxyl groups on the B-ring, unsaturated carbonyls and terpenoids from the oxo-functionalisation of limonene, citronellal and farnesene isomers. High resolution and multi-dimensional GC-MS and multireaction monitoring (varying MS collision energies) will be used. Extracts from various strain/culture combinations (SSF or SF) will be lyophilized. One fraction of each sample will be tested for its biopesticide action, and another one for its quality as a feed supplement. SSF will be carried out in a rotary drum solid-substrate fermentation system.
The project is comprised of seven major work packages: 1. Generation and selection of the monokaryons (CITER) 2. Growth of the monokaryons (CITER) 3. Selection of the optimal culture conditions to obtain bioactive compounds using the selected Mk form step 2. (CITER, LUH, JLU, JUB) 4. Analytical evaluation of the biotransformation/conversion products (LUH, JLU) 5. Automated screening of Mks by chiral GC-GC (JLU) 6. Bioactivity test of crude extracts obtained from SSF and SF (IMBIV, IIB) 7. Bioprocess design and scale-up (JLU, JUB).
Bauabfälle entstehen bei Bau- und Abrissmaßnahmen im Hoch- und Tiefbau. Nahezu die Hälfte der Abfallgesamtmenge, die in der Bundesrepublik alljährlich anfällt entstammt dem Bereich der Bauabfälle. Diese Bauabfälle sollen im Sinne des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes nicht deponiert, sondern als Recyclingbaustoffe wiederverwendet werden. Dabei bestehen für diese Stoffe die gleichen bautechnischen Anforderungen wie für Primärbaustoffe. Zusätzlich ist die Umweltverträglichkeit nachzuweisen. In diesem Zusammenhang ist es Ziel dieses Vorhabens, eine Schnellanalytik zu entwickeln, mit deren Hilfe bereits vor Ort entschieden werden kann, in welchem Maße ein Sekundärbaustoff kontaminiert ist. Dabei ist eine Einteilung in die Zuordnungswerte der Technischen Regeln Bauschutt nach LAGA bereits vor Ort angestrebt. Die Durchführung der Untersuchungen erfolgte in zwei Phasen. In der ersten Phase wurden, nach einer Literaturrecherche, Methoden ausgewählt, die den Kriterien einer Schnellanalytik entsprechen und bereits Anwendung in anderen Bereichen der Analytik finden. Im Labor wurden diese Methoden auf Ihre Anwendbarkeit auf Bauabfälle, insbesondere Bauschutt, untersucht. Der Parametersatz ergab sich dabei aus den in den LAGA - Technischen Regeln Bauschutt - geforderten Analysen für nicht aufbereiteten Bauschutt aus Eluaten und Feststoffen. Erprobt wurde die Schnellelution mittels Ultraschallbad im Vergleich zum DEV-S4 Verfahren. Aus diesen Eluaten wurden die Parameter, pH-Wert, Leitfähigkeit, Chlorid, Sulfat, Phenolindex und Kupfer mittels Küvettenschnelltests und zum Vergleich mit DIN-Methoden, bestimmt. Für den Parameter PAK wurde die Methode der Schnellextraktion im Ultraschallbad erprobt und optimiert. Zur Schnellanalyse der PAKs sind immunochemische Schnelltests und die Methode der Dünnschichtchromatographie, wie sie zur Bestimmung der PAKs aus Trinkwasser nach TVO bekannt ist, untersucht worden. Als Referenzmethode diente die HPLC mit vorgeschalteter Soxhlet-Extraktion. Nach Prüfung der Anwendbarkeit dieser Methoden auf die Untersuchung von Bauschutt, wurden die Methoden optimiert. In der zweiten Phase fanden die Schnellmethoden erste Anwendung vor Ort, auf mehreren Baustellen und einer Recyclinganlage. Zu diesem Zweck wurde ein Laborcontainer mit den zur Durchführung der Vor-Ort-Analytik benötigten Materialien ausgestattet und jeweils per Tieflader versetzt.
Die vorgeschlagenen Laborexperimente sollen die Frage klaeren, welchen Beitrag Seesalzaerosol durch die Aktivierung von Halogeniden bei sehr geringen NOx-Konzentrationen (0-100 ppt) zur Ozonbilanz in der Troposphaere liefert: Welche Rolle spielt Br bei der Aktivierung von Cl? Wie wirkt sich das Br/Cl-Verhaeltnis auf die Produktion von Br2 bzw. BrCl aus? Wird das fuer das Aufrechterhalten der Kettenreaktion notwendige HOBr in der Gasphase aus HO2 + BrO oder in der fluessigen Phase aus 2BrO gebildet? Ist die Bildung von Bromat fuer das Aussterben der Kettenreaktion verantwortlich? Wie wirken sich der Eintrag von Sulfat und Nitrat im maritimen Aerosol und die relative Feuchte auf die Prozesse aus (Aenderung der Ionenstaerke und des pH-Wertes)? Ein Teil der Versuche wird in einer mit Teflon ausgekleideten Aerosol-Smogkammer durchgefuehrt. Nur hier laesst sich das Gesamtsystem bei umweltrelevanten Bedingungen untersuchen. Direkte Messungen der heterogenen Reaktion von Br2, HOBr, BrCl und BrO mit Salzloesungen sollen mit Hilfe der Wetted-wall-Technik durchgefuehrt werden. Ausser Kenntnisse der Gasaufnahme liefern diese Messungen auch Aufschluesse ueber den Mechanismus in der fluessigen Phase. Die Ergebnisse werden in das Modell, das von der Essener Gruppe (Antrag von Herrmann et al. zum AFP) entwickelt wird, einfliessen.
Das Xyloglucan (XG) der Hemicellulose von Pflanzen ist ein häufiges, komplex verzweigtes Polysaccharid und eine wertvolle Zuckerquelle für die Biotechnologie. Sein Abbau setzt die Anwesenheit einer Reihe von verschiedenartigen Enzymen voraus, deren Identitäten und Aktivitäten aufgeklärt werden. Durch die Durchmusterung thermophiler Organismen mit bekannter Genomsequenz auf effizienten XG-Abbau und Klonieren ausgesuchter, potentiell am Abbau beteiligter Gene wird in vitro eine rekombinante kooperative Enzym-Toolbox für den vollständigen Abbau von XG zusammengestellt. Die Bestimmung der Substratspezifitäten und Charakterisierung der Enzyme erfolgt mit Hilfe eines colorimetrischen Aktivitätsassays, die Produktanalyse wird mit Dünnschichtchromatographie und HPLC/HPAEC durchgeführt. Parallel wird durch die Entwicklung eines neuen Vektorsystems, das mit einem selektierbaren Marker, einem regulierbaren Promotor und weiteren Hilfsfunktionen ausgestattet ist, die Voraussetzung für eine effiziente rekombinante Produktion der enzymatischen Komponenten in einem bakteriellen Expressionswirt erarbeitet. Die Eignung des Vektorsystems für industrielle Produktionsbedingungen wird anhand eines Beispiel-Gens in einem anderen Projekt (FKZ: 031A555, Dr. Schwarz) optimierten bakteriellen Produktionswirt getestet und dann zur Produktion der ausgewählten Xyloglucanase-Genen verwendet. Die Ergebnisse werden mit den im russischen Parallelprojekt produzierten Oligosacchariden aus pilzlichen Enzymen verglichen und gemeinsam analysiert.