Das Projekt "Expressed Sequence Tags (ESTS) of Toxic Algae (ESTTAL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Harmful algal blooms (HABs) are caused by local proliferation of algae, with deleterious consequences, particularly in coastal waters throughout the world. Negative environmental effects include toxicity to human consumers of seafood, marine faunal mortalities or morbidity, habitat damage, disruption of marine food webs and economic losses to fishing, aquaculture, and tourism. In Europe, socio-economic factors and human health risk have led to comprehensive surveillance programmes for harmful microalgae and their toxins. Among harmful microalgae and cyanobacteria in European marine and brackish waters, many produce potent neurotoxins, ichthyotoxins or hepatotoxins. Although structural elucidation of many of these groups of toxins has advanced, much less is known about biosynthetic pathways and gene regulation in toxigenic species. We propose a limited genomic study of expressed sequence tags (ESTs) for toxigenic representatives of major eukaryotic microalgal groups, including dinoflagellates, raphidophytes, prymnesiophytes and diatoms, and cyanobacteria. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. After cloning of cDNA of toxigenic strains pooled from cultures grown under these different conditions into plasmid vectors, about 10,000 clones from each taxon will be randomly sequenced for ESTs. Our approach is to annotate the ESTs and attempt to identify genes associated with toxin production. DNA microarrays will be developed for screening of toxigenic and non-toxigenic strains. In addition, the sequence data will be analysed to identify other genes that may be involved in cell regulation or growth, cell cycle events, stress response and the induction of sexuality. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. Successful completion of this project will yield new information on microalgal and cyanobacterial genomic sequences for a diversity of taxa and will assist in the diagnosis of genes related to toxin biosynthesis and the formation of toxic blooms.
Das Projekt "Sub project: Assessment of structure and function of soil bacterial communties along land use and mangement gradients in the Biodiversity Exploratories" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik, Abteilung Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Bacteria are the most abundant and diverse group of microorganisms in soil. Bacteria are important for most nutrient transformations in soil and major drivers for biogeochemical cycles. The composition and function of soil bacterial communities along different land use types and management types will be analyzed in the framework of the three Biodiversity Exploratories. To identify changes in indigenous gene- and taxon-specific patterns and key metabolic functions accompanying different management types phylogenetic and functional profiling of soil bacterial communities are performed by using metagenomic and metatranscriptomic approaches. The changes in species richness, abundance, and distribution of phylogenetic groups and key functions are assessed and compared by bar-coded amplicon pyrosequenicng of bacterial 16S rRNA genes and pyrosequencing of mRNA (cDNA). To provide robust assessments of variability of soil bacterial community structures and the impact of management type comparison of large-effects and small-scale effects will be carried out by analysis of all 300 experimental plots and one individual plot, respectively. All data are correlated with soil attributes and management types. Another focus is to investigate the impact of tree species type on soil bacterial diversity, community structure, and function in selected pure forest stands (beech, oak, spruce) over time. In addition, the distribution of key functions will be monitored across all experimental plots by PCR-based approaches. The focus will be on genes involved in biogeochemical cycles (C and N).
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel , Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Klinik für Innere Medizin II, Sektion für Stammzell- und Immuntherapie durchgeführt. Mit dem Ziel, ein marktfähiges, auf Algenbasis basierendes Markerenzym zu finden, das den bisherigen Lösungen überlegen ist, soll beispielhaft eine optimale Wertschöpfung aus Algenbiomasse von marinen Standorten in Deutschland generiert werden. Es basiert auf innovativen Ansätzen zur Extraktion, Anreicherung, Charakterisierung, rekombinanter Expression, gentechnischer Produktion und Kopplung an Antikörper. Die wissenschaftlichen und technischen Ziele sind: I. Aufbau einer Transkriptom-Datenbank von ausgewählten Algen. II. Etablierung eines Protein- und eines cDNA-Repositorys (Biotech-Toolbox) mit Fokus auf Redoxproteinen mit Potenzial für industrielle Anwendungen aus einer Reihe ausgewählter und noch nicht erforschter mariner Arten. III. Klonierung und rekombinante Expression vielversprechender Redoxproteine und gentechnische Optimierung eines erfolgreichen Kandidaten für die weitere Entwicklung (insbesondere als Antikörpermarker). IV. Genetische Fusion rekombinanter Mikroperoxidasen mit rekombinanten Antikörpern (Antikörperfusionsproteine) für die Entwicklung von Immunoassays, Western Blotting oder Diagnostik (Immunhistologie, Mikroskopie, Durchflusszytometrie). Beteiligung MSH am Workflow: MSH beteiligt sich an der Extraktion der Gesamt-RNA und sendet sie zur Transkriptomsequenzierung an einen Dienstleister. HSB isoliert parallel Proteine und charakterisiert deren katalytische Redox-Fähigkeiten. Vielversprechende Proteine werden einer Sequenzierung und massenspektrometrischen Untersuchung unterzogen. CRM wird die Sequenz-Daten verarbeiten und HSB und MSH die für das Klonieren und die Expression erforderlichen Informationen zur Verfügung stellen. HSB und MSH wird Proteine rekombinant exprimieren, testen und optimieren. Vielversprechende Kandidaten werden für die Erzeugung von Antikörperfusionsproteinen an der MSH zur Verfügung gestellt und MSH wird die erzeugten Moleküle in diversen Endnutzer-ähnlichen Anwendungen charakterisieren.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CRM - Coastal Research & Management GbR durchgeführt. Mit dem Ziel, ein marktfähiges, auf Algenbasis basierendes Markerenzym zu finden, das den bisherigen Lösungen überlegen ist, soll beispielhaft eine optimale Wertschöpfung aus Algenbiomasse von marinen Standorten in Deutschland generiert werden. Es basiert auf innovativen Ansätzen zur Extraktion, Anreicherung, Charakterisierung, rekombinanter Expression, Gentechnik und Kopplung an Antikörper. Die wissenschaftlichen und technischen Ziele sind: I. Aufbau einer Transkriptom-Datenbank von ausgewählten Algen. II. Etablierung eines Protein- und eines cDNA-Repositorys (Biotech-Toolbox) mit Fokus auf Redoxproteinen mit Potenzial für industrielle Anwendungen aus einer Reihe ausgewählter und noch nicht erforschter mariner Arten. III. Klonierung und rekombinante Expression vielversprechender Redoxproteine und Gentechnik eines erfolgreichen Kandidaten für die weitere Entwicklung (insbesondere als Antikörpermarker). IV. Genetische Fusion rekombinanter Mikroperoxidasen mit rekombinanten Antikörpern (Antikörperfusionsproteine) für die Entwicklung von Immunoassays, Western Blotting oder Diagnostik. Der Antragsteller CRM beteiligt sich an diesem Vorhaben mit umfassenden bioinformatischen Analysen von Transkritomsequenzen, außerdem mit dem Aufbau einer Transkriptom-Datenbank sowie eines Protein-Repositorys. Zudem liegt bei CRM die Aufgabe der Versorgung der Projektpartner mit heimischen Algen bzw. deren RNA. Des weiteren liegt bei CRM das Projektmanagement sowie die Vorbereitungen auf eine wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse. Diese Koordinierungsaufgabe richtet Kundenbedürfnisse an den 'Merkmalen' der Algenproteine auf Genom- und Proteomebene aus und umgekehrt.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bremen, Bremer Institut für die Praxis der Naturwissenschaften (IPN) durchgeführt. Mit dem Ziel, ein marktfähiges, auf Algenbasis basierendes Markerenzym zu finden, das den bisherigen Lösungen überlegen ist, soll beispielhaft eine optimale Wertschöpfung aus Algenbiomasse von marinen Standorten in Deutschland generiert werden. Es basiert auf innovativen Ansätzen zur Extraktion, Anreicherung, Charakterisierung, rekombinanter Expression, Gentechnik und Kopplung an Antikörper. Die wissenschaftlichen und technischen Ziele sind: I. Aufbau einer Transkriptom-Datenbank von ausgewählten Algen. II. Etablierung eines Protein- und eines cDNA-Repositorys (Biotech-Toolbox) mit Fokus auf Redoxproteinen mit Potenzial für industrielle Anwendungen aus einer Reihe ausgewählter und noch nicht erforschter mariner Arten. III. Klonierung und rekombinante Expression vielversprechender Redoxproteine und Gentechnik eines erfolgreichen Kandidaten für die weitere Entwicklung (insbesondere als Antikörpermarker). IV. Genetische Fusion rekombinanter Mikroperoxidasen mit rekombinanten Antikörpern (Antikörperfusionsproteine) für die Entwicklung von Immunoassays, Western Blotting oder Diagnostik. Der Antragsteller HSB beteiligt sich an diesem Vorhaben mit der Isolierung der RNA aus den ausgewählten Allgenspezies zum Aufbau einer Transkriptomdatenbank sowie der Isolierung, Charakterisierung und rekombinanter Herstellung neuartiger Redoxproteine aus Algen für die industrielle Anwendung.
Das Projekt "Seasonal regulation of ion- and metabolite transport between poplar shoot tissues" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften mit Botanischem Garten, Lehrstuhl für Botanik I Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik durchgeführt. We intend to investigate the molecular mechanisms of mineral nutrient dependent poplar physiology with special focus on potassium. This will be accomplished using two different approaches. 1. Molecular biology: We will study the regulation of ion channels and transporters by different environmental conditions, such as the effect of nutrition, salt, hormonal action, cold and drought during wood production and the dormancy-growth transitions. Phenotype analysis of transporter sense/antisense plants will be used to gain insights into the role of the transporters in tree physiology. On the basis of a laser-micro-dissection system, we will be able to prepare cDNA of distinct cell types and generate subtractive cDNAs to determine genes, specific for the differentiation of vessels and bast fibers. 2. Electrophysiological investigations: We will compare the functional properties of the transporters. Ion-fluxes and transporters, involved in cambial activation will be characterized in vivo and in vitro. The response to changes in e.g. the extracellular medium in vitro, will provide a measure for the regulation of ion transport by apoplastic factors in vivo. Based on this data sets we should be able to establish a model on the seasonal fluxes of potassium in relation to the transporter properties and dynamics in the context of tree physiology in general and xylogenesis in particular.
Das Projekt "Teilprojekt AntiRes - TV2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik - Genomische und Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Weltweit nehmen Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien in dramatischem Ausmaß zu. Kommunale Kläranlagen, in die Abwässer aus medizinischen Einrichtungen gelangen, und Binnengewässer, in die tierischer Dünger fließt, sind potentielle Hotspots für die Ausbreitung von AB-Resistenzen. In ANTIRES sollen Vorkommen und Expression von AB-Resistenzgenen und AB-resistenten Mikroorganismen in Ab- und Gewässern mithilfe biogeochemischer und mikrobiologischer Analysen sowie modernster komplementärer Metaomics-Techniken untersucht werden. Die in ANTIRES erhobenen Daten und diagnostischen Werkzeuge tragen zu einem besseren Verständnis der Verbreitungswege und jahreszeitlichen Dynamik von AB-Resistenzen in Gewässern bei und sind damit essentiell für die Entwicklung von Strategien zur Eindämmung dieses Prozesses. Zur detailgetreuen Aufklärung der Ausbreitung von AB-Resistenzen in Gewässern sollen (a) die städt. Kläranlage in Göttingen, (b) Abwässer der Universitätsklinik Greifswald und (c) mit Gülle belastete bzw. unbelastete Sölle (Kleinstgewässer) in BB und MV beprobt werden. In TV2 UGOE werden die vierteljährlich in Triplikaten entnommenen Proben auf das AB-Resistenzpotential und das pathogene Potential untersucht. Es werden kultivierungsunabhängige DNA-basierte (metagenomische) und RNA-basierte (metatranskriptomische) Verfahren eingesetzt. Hierfür wird aus den entnommenen Proben die DNA und RNA (cDNA) isoliert. Im Rahmen der DNA-basierten Arbeiten wird das in den untersuchten Abwässern vorhandene AB-Resistenzpotential im jahreszeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit von Umweltfaktoren (Temperatur, pH, etc.) bestimmt. Durch die Amplikon-basierte Analyse von taxonomischen Markergenen wird begleitend die Diversität und Abundanz von in den Proben vorhandenen, potentiell pathogenen Mikroorganismen bestimmt. Durch diese Untersuchungen werden relevante Kandidatengene und Mikroorganismen für die Entwicklung des Chip-basierten Nachweissystems identifiziert.
Das Projekt "Molekularbiologische Untersuchungen zum XRCC1-Gen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Experimentelle Radiologie und Strahlenbiologie durchgeführt. We investigated cell inactivation and mutation induction at the hprt locus in cultured V79 Chinese Hamster Cells irradiated with four different accelerated heavy ions (O, Ca, Au, U). Specific energies ranged from 1.9 to 69.7 MeV/u and corresponding LET-values were between 62 and 15,580 keV/mikrometre. 30 spontaneous and 196 heavy ion-induced 6-thioguanine-resistant hprt mutant clones were characterized by Southern-technique using three restriction enzymes (Eco RI, Pst I, Bgl II) and a full-length hprt cDNA isolated from the plasmid pHpt12 (kindly provided by Dr. J. Thacker). While inactivation cross sections (si) seem to rise over the whole LET-range, mutation induction cross sections (sm) increase up to approximately 300 keV/mikrometre (O-ions) but decfine with heavier ions and more extreme LET-values. A similar behaviour is seen with mutation frequency in dependence on particle fluence. After irradiation with accelerated uranium ions (8,8 MeV/u, 15580 keV/mikrometre) we found a significant decrease of mutation frequency with higher particle fluences ( 3.106 particles/cm2). Nearly no mutants were recovered with 8.106 particles/cm2. All restriction patterns of the spontaneous hprt mutants were indistinguishable from the wild type. These mutants probably containsmall deletions or point mutations in the hprt locus. In contrast, the overall spectrum of heavy ion-induced mutations revealed a majority (67 per cent) of deletions of all or part of the hprt gene. With constant particle fluence (3.106 particles/cm2) the quality of heavy ion-induced mutations in the hprt locus depends on physical beam parameters (atomic number, specific energy, LET). This finding suggests a relationship between the type of DNA damage and track structure. The fraction of mutants with severe deletions in the hprt locus increases with LET from 65 per cent at 60 keV/mikrometre up to a maximum (100 per cent) at 300 keV/mikrometre and declines with higher LET-values to 75 per cent at 750 keV/mikrometre (O-ions). With heavier ions (Au and U) and even higher LET-values this mutant fraction decreases further to 58 per cent at 13,200 keV/mikrometre. Heavy ion-induced DNA break points in the hprt locus are not randomly distributed. 71 per cent of the break points are located near the center of the gene (in the vicinity of exon 5).
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Institutsteil Straubing, Bio-, Elektro- und Chemokatalyse durchgeführt. Innerhalb des Projektes OMCBP wird die Fraunhofer Projektgruppe BioCat neue Elisabethatriene spezifische P45o Monooxygenasen zur Verfügung stellen. Dazu werden in enger Zusammenarbeit mit den anderen Partnern aus Elisabethatriene synthetisierenden Pflanzen, über deren cDNA, die dort vorhandenen Elisabethatriene modifizierenden P45o Enzyme analysiert und geeignete Kandidaten-Enzyme in bakteriellen Systemen exprimiert. Gleichzeitig werden bereits bei der Projektgruppe vorhanden P45o Bibliotheken nach Enzymen mit einer entsprechenden Aktivität durchmustert. Die besten Kandidaten aus den beiden Ansätzen werden dann als Ausgangspunkt für ein Enzym Engineering genutzt um verschiedene Positionen des Elisabethatriene Grundgerüstes gezielt hydroxylieren zu können.
Das Projekt "Untersuchung der Genregulation und Funktion von Monoterpensynthasen bei Steineichen (Quercus ilex L.) und transgenen Birken (Betula pendula Roth)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt. Die Blätter der immergrünen Steineiche (Quercus ilex L.) produzieren und emittieren temperatur- und lichtabhängig Monoterpene. Der physiologische Vorteil der Monoterpenemission für die Steineiche und andere Baumarten wie z.B. die Birke (Betula pendula Roth) mit gleichen Emissionseigenschaften ist unklar. Es gibt aber Hinweise, dass Monoterpene, in ähnlicher Weise wie Isopren, zu einer Erhöhung der Wärmetoleranz führen können. Über die genaue Funktion dieser Monoterpenemission für die Pflanze wie auch über die ihr zugrundeliegende Regulation auf Gen- und Proteinebene ist gegenwärtig noch nichts bekannt. Im Rahmen von Vorarbeiten mit der Steineiche konnten die kinetischen Eigenschaften von Monoterpensynthasen charakterisiert und ihre Bedeutung für die Monoterpenemission gezeigt werden. Weiterhin konnte aus cDNA der Steineiche ein Gen einer funktionell in E. coli exprimierbaren Myrcensynthase isoliert werden. Ziel des Projekts ist die Funktionsanalyse der licht- und temperaturabhängigen Monoterpenemission von Bäumen und deren Regulation. Hierzu werden aufbauend auf Arbeiten mit der Steineiche Birken mit aus der Steineiche stammenden Monoterpensynthasen (z.B. Myrcensynthase) transformiert und die transgenen Linien für die Untersuchungen zur Funktion der Monoterpenbiosynthese und -emission, insbesondere in Abhängigkeit der Umweltfaktoren Temperatur und Licht genutzt.
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