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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.
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Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.
Termiten der Unterfamilie Macrotermitinae besitzen in den Savannen Afrikas und Asien eine große ökologische und ökonomische Bedeutung. Diese Termitengruppe züchtet Pilze, durch die sie ein breiteres Nahrungsspektrum nutzen kann. Aufgrund der geringen morphologischen Differenzierung sind die taxonomischen Verhältnisse dieser Termitengruppe ungesichert und deren Phylogenie unklar. Anhand von Sequenzen des mitochondrialen Gens Cytochromoxidase II erfolgt für die Macrotermitinae eine phylogenetische Analyse und, gestützt durch eine Erfassung historischer, tektonischer sowie klimatischer Ereignisse, eine Datierung allopatrischer Speziation.
Die Gentechnik ist ein moderner und zukunftsträchtiger, zugleich aber auch kontrovers diskutierter Zweig der Biotechnologie. In Deutschland setzt das Gentechnikgesetz (GenTG) den rechtlichen Rahmen für die Anwendung solcher gentechnischer Verfahren in Forschungs- und gewerblichen Einrichtungen. Als Technologie-Gesetz erfüllt es gemäß § 1 sowohl Schutz- und Präventionszwecke als auch Förderzwecke. Das Gesetz regelt das Arbeiten mit gentechnisch veränderten Organismen (GVO) in gentechnischen Anlagen, die gezielte Freisetzung von GVO in die Umwelt sowie das Inverkehrbringen von GVO (Abgabe von GVO – Produkten an Dritte, z. B. den Anbau von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen). Das Landesamt für Umweltschutz (LAU) in Halle ist Fachbehörde des Ministeriums für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt (MWU). Die Mitarbeiter des Gentechnischen Überwachungslabors des LAU stehen dem Ministerium sowie den zuständigen Behörden als Ansprechpartner in fachlichen Fragen für den Bereich Gentechniksicherheit zur Verfügung. Im Land Sachsen-Anhalt existieren spezifische Zuständigkeiten nach Gentechnik-Recht. Die fachliche Federführung liegt hierbei beim Ministerium für Wirtschaft, Tourismus, Landwirtschaft und Forsten (MWL) mit Sitz in Magdeburg. Es ist Mitglied der Bund-/Länder-Arbeitsgemeinschaft Gentechnik (LAG: www.blag-gentechnik.de/ ). Als Vollzugsbehörde ist das Landesverwaltungsamt (LVwA) in Halle für die Anzeige, Anmeldung und Genehmigung gentechnischer Anlagen und Arbeiten sowie für deren Überwachung und die Überwachung von Freisetzungen und des Inverkehrbringens im Rahmen des GenTG zuständig. Für die experimentelle gentechnische Überwachung, die das LAU im Auftrag des LVwA ausübt, steht in der Reilstraße eine moderne gentechnische Anlage der Sicherheitsstufe S2 zur Verfügung. In enger Zusammenarbeit mit dem LVwA werden planmäßige und anlassbezogene Probenahmen aus gentechnischen Anlagen, aus Freisetzungsflächen und ggf. aus der Umwelt durchgeführt. Molekular- und mikrobiologisch analysiert und bewertet werden im Gentechnik-Labor des LAU die verschiedensten Probenmatrizes. Nachweise gentechnischer Veränderungen erfolgen z. B. in Viren, Bakterien, Pflanzen, Tieren und menschlichen Zellkulturen. Aber auch konventionelles Saatgut, Wischproben von Laboroberflächen sowie Boden-, Wasser- und Luftproben werden bei Bedarf untersucht. Probenahme von Organismen und Oberflächenproben sowie von Umweltmatrizes Überprüfung der Betreiberangaben zu Organismen und gentechnischen Veränderungen Kontrolle der Einhaltung der Sicherheitsbestimmungen in gentechnischen Anlagen, z.B. des Containments (Arbeiten mit GVO im geschlossenen System) Analyse von konventionellem Saatgut auf GVO-Anteile Erarbeitung einer Amtlichen Sammlung von Untersuchungsmethoden für die Überwachung nach §28b GenTG beim Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit Nukleinsäure-Extraktion (DNA/RNA) Qualitative und quantitative PCR-Verfahren (real-time PCR; digitale PCR) Zellkultur Mikrobiologische Verfahren ELISA weitere molekularbiologische sowie mikrobiologische und biochemische Verfahren Gen-Datenbankanalysen Seit 2005 ist die GVO-Saatgutanalytik im LAU nach DIN EN ISO/IEC 17025:2018 akkreditiert. P. Guertler, S. Pallarz, A. Belter, K. N. Eckermann, L. 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In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.
Risiken bezueglich der Gesundheits- und Umweltvertraeglichkeit muessen in allen Industrielaendern vor der Freisetzung von gentechnisch veraenderten Organismen und dem Inverkehrbringen entsprechender Waren abgeschaetzt werden, Methoden hierfuer sind grossteils etabliert. Nach dem oesterreichischen Gentechnikgesetz duerfen solche Waren darueber hinaus nicht zu einer 'sozialen Unvertraeglichkeit' fuehren. Wege, diese Bestimmung umzusetzen waren zu untersuchen. Die oesterreichische Rechtsordnung ergibt keine einschlaegigen Hinweise, die vage Formulierung fuehrt aber zu einem Spannungsverhaeltnis mit Grundrechten der Verfassung. Da auch keine Verfahrensvorschriften angegeben werden, erscheint die direkte Umsetzung der Bestimmung rechtlich problematisch. Die entsprechende EU-Richtlinie verbietet zwar Pruefungen anderer Aspekte als des Gesundheits- und Umweltschutzes nicht, allerdings waeren Verbote auf dieser Grundlage als Handelshemmnis wohl unzulaessig. Um die Inhalte der Bestimmung zu konkretisieren, werden mit 'Akzeptanz', 'Akzeptabilitaet' und 'Partizipation' unterschiedliche Konzepte der Sozialvertraeglichkeit untersucht, ebenso wie deren Beziehung zur Risikodiskussion und zu diskursiven Konfliktloesungsstrategien unter Hinweis auf andere Felder der Technikregelung. Hierfuer wurde u.a. ein Symposium zum Thema 'Sozialvertraegliche Technikgestaltung' an der OEAW abgehalten. Verlaessliche Daten ueber die Akzeptanz gentechnischer Anwendungen in Oesterreich liefert eine repraesentative Umfrage mit dem Wortlaut des Eurobarometer von 1993. Neben ersten Erfahrungen mit dem norwegischen Gesetz, das ebenfalls 'transscientifische' Kriterien fuer die Akzeptabilitaet enthaelt, werden drei Beispiele partizipationsorientierter Konfliktloesungsmethoden bei landwirtschaftlichen Anwendungen der Gentechnik aus Deutschland, Grossbritannien und den Niederlanden diskutiert. Schliesslich werden Moeglichkeiten und Grenzen fuer die Stimulierung gesellschaftlicher Diskurse einerseits und fuer die amtliche Bestimmung sozialer Unvertraeglichkeit andererseits eroertert.
Individuen aus Wildpopulationen von Xiphophorus (Freiland oder Labor) sind insuszeptibel fuer Krebsbildung. Dagegen sind Individuen aus panmiktischen Bastardpopulationen zu etwa 5 Prozent suszeptibel und bilden Retikulosarkome, Lymphosarkome, Leiomyosarkome, Rhabdomyosarkome, Fibrosarkome, intestinale Fibrome, Karzinome (Gallenblase, Niere, Leber, Pankreas, Schilddruese), Schuppenzellkarzinome, Papillome, Neuroblastome, Retinoblastome, Ganglioneurome, Neurilemmome, Melanome. Manche Populationsbastarde bilden die Tumoren 'spontan', andere nach Behandlung mit mutagenen Agenzien (Initiatoren), wiederum andere nach Behandlung mit zelldifferenzierenden Agenzien (Promotoren). Das xiphophorine Genom enthaelt also Krebsdeterminanten, auch dann, wenn keine Tumoren auftreten. Sie geben sich meist als Entwicklungsgene zu erkennen, repraesentieren Grundelemente der metazoischen Organisation, und sind als solche in der Evolution konservativ. Sie werden von flexiblen Systemen von Kontrollelementen reguliert, die nach Darwinistischen Prinzipien populationsspezifisch divers evoluiert sind. Folgende Test-Modelle fuer Melanombildung zeigen dies: a) Durch Introgressionsstrategien transferierten wir einzelne genetisch definierte Entwicklungsgene aus Wildpopulationen in Genome anderer Wildpopulationen, die ihre eigenen Entwicklungsgene durch anders organisierte Kontrollelemente regulieren. Nach Ersatz entscheidender Kontrollelemente des betreffenden Entwicklungsgens durch unbrauchbare fremde Kontrollelemente, entstehen 'spontan'Tumoren (S-Modell). b) Die gemeinsame Introgression einer Tumordeterminanten und ein mit ihr gekoppeltes Kontrollelement (Suppressorgen) in das fremde Genom garantiert primaer Tumorfreiheit; doch kann Tumorbildung bei bis zu 40Prozent der Tiere durch Initiatoren (somatische Mutation des Suppressorgens) provoziert werden (I-Modell). Promotoren sind beim I-Modell wirkungslos. c) Auch die Introgression einer Krebsdeterminanten zusammen mit einem die Stammzelldifferenzierung retardierenden Kontrollelement (ein onkostatisches Gen) garantiert Tumorfreiheit; doch durchbrechen schon geringe Dosen von Tumorpromotoren die Retardation der Zelldifferenzierung bei bis zu 100 Prozent der Tiere, die nun alle Tumoren bilden. Waehrend der Berichtszeit sind rund 100 karzinogen-verdaechtige Agenzien an rund 7000 Tieren am I- und P-Modell geprueft worden. Die meisten karzinogenen Agenzien erwiesen sich als Tumorpromotoren. Der Befund, dass die staerksten Promotoren, z.B. Androgene (Testosteron, Methyltestosteron, Trenbolon), Oestrogene (Ethinylestradiol, Diethylstilbestrol), das Antioestrogen Tamoxifen, sowie Vitamin-A-Saeure an tumortragenden Tieren Tumorregressionen provozieren, fordert zu weiteren Studien auf.
Pflanzenpathogene Pilze der Gattung Fusarium verursachen agronomisch bedeutende Krankheiten auf Getreide. Zusätzlich zur Ertragsminderung kommt es dabei zur Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen. Für die wichtigsten Fusarium-Toxine, das als Proteinbiosynthese-Inhibitor wirkende Deoxynivalenol (DON) und das stark östrogen wirksame Zearalenon (ZON), sind nun nach toxikologischer Evaluierung EU-weite gesetzliche Maximalwerte in Vorbereitung. Die im Feld vom Pilz gebildeten Metaboliten stellen eine Gesundheitsgefährdung für Tier und Mensch dar. Allerdings sind pflanzliche und tierische Zellen (und wahrscheinlich der toxinproduzierende Pilz selbst) in gewissem Ausmaß imstande, die Mykotoxine in ungiftige Konjugate überzuführen. In diesem Projekt sollen die beteiligten Entgiftungsenzyme, die UDP-Glucuronosyl-transferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT) charakterisiert, sowie die gebildeten Mykotoxin-Konjugate mittels instrumenteller Analysenverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, Bäckerhefe genetisch so zu verändern, dass die Detoxifikationsaktivität von exprimierten UGT- oder SULT-Kandidatengenen phänotypisch beobachtet werden kann, entweder in Form von Wachstum auf gifthältigem Medium, oder mithilfe von geeigneten östrogen-regulierten Reportergenen. Da die Säuger-UGTs im Lumen des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert sind und Hefe das Ko-Substrat UDP-Glucuronsäure (UDP-GlcUA) nicht bilden kann, muss allerdings zuerst die Fähigkeit zur Biosynthese von UDP-GlcUA und möglicherweise auch jene zum effizienten Transmembran-Transport bereitgestellt werden. Derartige Stämme und solche, die das Sulfotransferase-Kosubstrat PAPS ('aktives Sulfat') effizient bereitstellen, sollen als Wirtszellen für die funktionelle Expression von humanen bzw. tierischen UGTs, sowie von tierischen und pflanzlichen SULTs dienen. Auch im Genom von Fusarium graminearum identifizierte UGT bzw. SULT-Gene sollen getestet werden. Neben der funktionellen Charakterisierung von heterologen UGT und SULT Genen soll auch getestet werden, ob sich endie hergestellten Hefestämme als Bioreaktoren zur Herstellung von Mykotoxinkonjugaten verwendet werdeneignen. Diese sind als Referenzsubstanzen für die Entwicklung von Analysenmethoden wichtig. Wenn es gelingt, die fremden Entgiftungsenzyme funktionell in Hefe zu rekonstituieren, hätte dies Bedeutung weit über den Aspekt der Mykotoxine hinaus. Ein Satz von Hefestämmen, die jeweils nur ein Detoxifikationsgen exprimieren, wäre generell für das Studium des Metabolismus von Medikamenten und anderen Substanzen sehr nützlich.
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