Das Projekt "Einfluss von Biofilmstruktur auf Stofftransportvorgaenge in durchstroemten Biofilmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorien für Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Durch die Bereitstellung geeigneter messtechnischer Methoden und die Messung von Stroemungsverteilungen in klar definierten Biofilmen anhand von Stoff- und Partikelbewegungen soll das Verstaendnis von Biofilmsystemen im Hinblick auf Transportprozesse wie auch das Verstaendnis der Entwicklung von morphologischen Strukturen von Biofilmen in situ erweitert werden. Da die extrazellulaeren polymeren Substanzen (EPS) durchstroemt werden und als Sorptionsort fuer Naehr- und Schadstoffe dienen, soll im Biofilm zwischen Zellen und EPS unterschieden werden. Die durch Experimente ermittelten Daten erlauben dem Projektpartner eine differenzierte Geometrie in der Simulation zu verwenden und bei Reaktionsgleichungen zwischen EPS und Zellen bzw Bakterienspecies zu unterscheiden. Dabei kann in Abhaengigkeit von Alter, Dicke und Biofilmarchitektur der Stofftransport und die Stoffumsatzkinetik eines Biofilms simuliert werden. Die experimentell ermittelte Referenzgeometrie und die dabei anfallenden kinetischen Parameter koennen als Ausgangspunkt zur Ueberpruefung des Simulationsmodells verwendet werden.
Das Projekt "Horizontaler Gentransfer in Anlagen zur biologischen Reinigung - Bedeutung des Gentransfers durch Konjugation in Biofilmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorien für Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Langfristiges Ziel des Forschungsprojekts ist die in situ Analyse des horizontalen Gentransfers in Biofilmen und Belebtschlammflocken. Diese Informationen sind wichtig fuer eine optimale Prozessfuehrung in der Abwasserbehandlung, zu deren wichtigsten Aufgaben die Beseitigung organischer Schadstoffe gehoert. Bei vielen Xenobiotica muss die Faehigkeit zum Abbau jedoch erst im Verlaufe einer mehr oder weniger langen Adaptionszeit erworben oder durch externe Animpfung von Organismen, die in der Lage sind, die jeweiligen Stoffe zu verwerten, in Gang gebracht werden. Problematisch ist dabei neben der Dauer der Adaptionszeit auch die Stabilitaet der Faehigkeit zum Abbau. Ein naheliegender Gedanke ist, dass hierbei der Austausch genetischen Materials eine grosse Rolle spielt. Die entsprechende Faehigkeit ist oft auf Plasmiden kodiert. Da die Zellen im Biofilm ueber laengere Zeit hinweg in engem Kontakt bleiben, ist ein horizontaler Gentransfer, d.h. die Weitergabe genetischer Information von einer Zelle zur anderen, stark erleichtert gegenueber der Situation, in welcher die Zellen in suspendierter Form vorliegen. Im Mittelpunkt des Projekts steht die Auseinandersetzung mit den Parametern, welche den konjugativen Gentransfer in Biofilmen beeinflussen. Hierzu gehoeren potentiell stimulierende Umwelteinfluesse, wie z.B. die Anwesenheit von Xenobiotica, deren Abbau auf einem Plasmid kodiert ist, aber auch indirekte Einfluesse wie Naehrstoffkonzentration und -zusammensetzung, welche die Biofilmstruktur und -architektur veraendern. Bei den Untersuchungen werden Transkonjuganten nicht erst durch Ausplattieren auf selektiven Naehrboeden als Rezipienten von Genen erkannt, sondern die Detektion von Transfervorgaengen erfolgt automatisch, in situ und online ueber konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und digitale Bildverarbeitung. Basierend auf der Expression zweier Varianten des gruenfluoreszierenden Proteins sollen Biovolumen von Donoren und Rezipienten, anstatt von Zellzahlen, bestimmt werden. Eine Validierung der Methode erfolgt ueber durchflusszytometrische Messungen, die die rasche quantitative Bestimmung von Zellzahlen ohne vorherige Anzucht auf selektiven Naehrboeden erlauben. Zum Verstaendnis der lokalen Vorgaenge innerhalb von Biofilmen muss der Einfluss der EPS-Matrix auf die Bildung von Zellclustern beruecksichtigt werden. Dabei koennen bestimmte Polysaccharide innerhalb der EPS durch fluoreszenzmarkierte spezifische Lektine (Proteine) mikroskopisch sichtbar gemacht werden. Diesen Fragen soll durch den Einsatz von entsprechenden Mutanten, die in ihrer Faehigkeit spezifische extrazellulaere Polysaccharide zu bilden eingeschraenkt sind, nachgegangen werden. Die Rolle all dieser Faktoren soll in einem statistisch ausgewogenen faktoriellen Design untersucht werden. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse lassen sich somit direkt in bereits existierende Biofilmmodelle einbinden.
Das Projekt "In situ Identifikation und Aktivitätsmessung von mikrobiellen Aggregaten in der biologischen Abwasserreinigung durch konfokale Resonanz-Raman-Mikroskopie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Hannoversches Zentrum für Optische Technologien (HOT) durchgeführt. Der neue biologische Prozeß der Deammonifikation soll in seiner verfahrenstechnischen Umsetzung zur Reinigung hoch stickstoffbelasteter Abwässer mit niedrigem C:N-Verhältnis grundlegend untersucht werden. Durch die gezielte Kombination von aerober Nitritation und anaerober Ammoniumoxidation in einem Biofilm ist eine vollständige, rein autotrophe N-Elimination aus problematischen Abwässern in einem Verfahrensschritt möglich. An einer Versuchsanlage nach dem Moving-bed Verfahren sollen Einflußfaktoren definiert werden, die sich auf Entwicklung und Umsatzleistungen eines solchen Biofilms auswirken. Für eine genaue Charakterisierung der Prozesse innerhalb des Biofilms und des Zusammenhangs zwischen Biofilmstruktur und -funktion sollen neue in situ-Techniken mit erprobten Methoden verknüpft werden. Selektive Hemmstoffe und 15N-Tracer zur Bilanzierung der Umsetzungen, fluoreszente in situ-Hybridisierung (FISH) mit konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) zur Identifizierung und Lokalisierung der Organismen und konfokale Ramanmikroskopie zur nichtinvasiven Messung der Stickstoffprofile in verschiedenen Biofilmtiefen. Neben der Klärung des Zusammenwirkens verschiedener Organismengruppen können die Umsatzleistungen in Abhängigkeit praxisrelevanter Betriebsparameter beschrieben und Steuerungsmöglichkeiten für den Prozeß abgeleitet werden.