Mit der bodenbezogenen Verwertung von Klärschlämmen als Dünger sind Risiken verbunden. Zum einen enthalten diese eine hohe Vielfalt an Bakterien (einschließlich Pathogenen), zum anderen sind sie mit einer Vielzahl an Schadstoffen verunreinigt, von denen einige Gruppen (z.B. Schwermetalle, Antibiotika und Desinfektionsmittel) selektiv auf Antibiotika-resistente Bakterien wirken. Da in Kläranlagen Bakterien aus unterschiedlichen Einspeisungsquellen unter hoher Nährstoffverfügbarkeit und in Gegenwart dieser selektiven Substanzen inkubiert werden, stellen Kläranlagen sogenannte "hotspots" für horizontalen Gentransfer dar. Dieser Gentransfer erfolgt über mobile genetische Elemente, welche den Austausch von genetischem Material (einschließlich von Resistenzgenen) zwischen unterschiedlichen Bakterienarten ermöglichen. Entsprechend gelten Klärschlämme als eine der Haupteintragsrouten von Schadstoffen, Antibiotika-resistenten Bakterien, Antibiotika-Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen in den Boden. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der Konzentration von selektiven Substanzen in Klärschlämmen aus Abwasserbehandlungsanlagen kleiner bis mittlerer Ausbaugröße auf das Auftreten von Antibiotika-Resistenzgenen, mobilen genetischen Elementen und deren Übertragbarkeit auf andere Bakterien, sowie auf das Auftreten von Indikatorbakterien zu untersuchen. Desweiteren wurde das Schicksal von Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen nach Klärschlammausbringung in Bodenmikrokosmen untersucht. Basierend auf den Ergebnissen und der bestehenden Fachliteratur sollen möglichst Grenzwerte für die Konzentration an selektiven Schadstoffen in Klärschlämmen vorgeschlagen werden. Die Ergebnisse der Studie lassen erkennen, dass Klärschlämme aus kleinen Abwasserbehandlungsanlagen ähnlich stark mit Resistenzgenen, mobilen genetischen Elementen und selektiven Substanzen kontaminiert sind wie Klärschlämme aus großen Anlagen. Es ist nicht möglich, aus den gewonnenen Ergebnissen konkrete Grenzwerte für selektive Sustanzen in Klärschlamm abzuleiten. Dennoch lassen sich insbesondere für Fluorochinolone, Doxycylin, Trimethoprim, Triclosan, Kupfer und Zink zahlreiche signifikante und positive Korrelationen zur Abundanz mit Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen feststellen. Diese Substanzen könnten sich als geeignete Kandidaten für die tiefergehende Erarbeitung von Grenzwerten in Klärschlamm dienen. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teil II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Osnabrück, Abteilung Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist, den Einfluss des Bodentyps, von organischem Dünger sowie der Einarbeitung von belasteten Pflanzenresten in den Boden für die Aufnahme und Verteilung von Salmonella enterica und enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC) in die Nutzpflanzen aufzuklären. Die Ziele des Vorhabens sind in drei Gruppen unterteilt: i) Etablierung von Methoden für den spezifischen Nachweis von Salmonella und EHEC in pflanzlichen Geweben und im Boden; ii) Untersuchung von Faktoren die den Umfang der Besiedlung von Nutzpflanzen mit Humanpathogenen beeinflussen. Aufgrund der bestehenden Gefährdung für den Verbraucher wird die Besiedelung von Kopfsalat und Feldsalat untersucht; und iii) Risikoeinschätzung für den Verbraucher. In dem Teilvorhaben wird die Bedeutung der genetischen Ausstattung von Salmonella enterica und EHEC bei der Kolonisierung von Pflanzen und der Übertragung über pflanzliche Lebensmittel untersucht. Dabei soll die Rolle von diversen Adhäsionsfaktoren durch gezielte Deletion oder experimentell kontrollierte Expression analysiert werden. Kolonisierung von Wurzel- und Blattgewebe, Biofilmbildung und Persistenz werden dabei quantifiziert (AP2). Der Effekt des Kontakts von S. enterica mit Pflanzengeweben wird über die Veränderungen des Transkriptoms bestimmt. Eine Kollektion von S. enterica Deletionsmutanten wird mit Plasmiden zur Expression von GFP oder dsRed markiert und deren Verbreitung in der Pflanze wird durch konfokale Fluoreszenzmikroskopie mit der von Wildtypstämmen vergleichen (AP3). Die Daten zum Zusammenhang zwischen genetischer Ausstattung von S. enterica und EHEC Stämmen und der Übertragungen durch pflanzliche Lebensmittel stellen einen Faktor der Risikoeinschätzung dar (AP4).
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 "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Die GFZ-Fernerkundung entwickelt ein Multi-Sensorsystems zur Quantifizierung und Charakterisierung der Umweltbelastung durch Kunststoffe. Das Multi-Sensorsystem soll skalenübergreifend einsetzbar sein, so dass durch den Einsatz von Drohnen oder Flugzeugen sowohl großflächige Anwendungen zur flächenhaften Erfassung der Kunststoffverschmutzung in der Landschaft, als auch lokale Anwendungen wie die Quantifizierung von Kunststoffrückständen in Anlagen realisiert werden können. Des Weiteren soll die mikrobiologische Degradation von Kunststoffen durch die GFZ-Geomikrobiologie untersucht werden. Dazu werden Mikroorganismen identifiziert, die auf Kunststoffen wie Polyethylen wachsen, und für weitergehende Arbeiten kultiviert. Außerdem sollen Änderungen in den mikrobiellen Nahrungsnetzen untersucht werden, in denen verschiedene Kunststoffe Bodenökosystemen zugeführt werden. Um die Abbauvorgänge aufklären und verstehen zu können, werden die mikrobiellen Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen, die beispielsweise PE als Kohlenstoffquelle nutzen können, detailliert untersucht. Unterschiedliche Messsysteme werden im Labor und im Feld getestet. Die spektrale Modellierung unterstützt die Konzeption der Messversuche, Auswahl der Sensorik und Algorithmenentwicklung zur Erkennung von Kunststoffen. Die geeignete Sensorik wird kombiniert und für den Einsatz per Drohne vorbereitet. Prozessierungsketten zur Datenverarbeitung und -integration werden aufgesetzt. Abschließend wird das Multi-Sensorsystem anhand von definierten Versuchsflächen validiert. Der mikrobiologische Abbau von Kunststoffen wird mittels mikrobiologischer und biogeochemischer Methoden untersucht. Die Arbeiten werden an belasteten und unbelasteten Bodenproben durchgeführt und beinhalten die Charakterisierung von kunststoffabbauenden Mikroorganismen, Untersuchungen zur Aufklärung der Abbauwege von Kunststoffmaterialien und den Aufbau einer Plasmid-kodierten Genbank und Genomsequenzierungen.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Einfluss von Starterkulturen und Tensiden auf den Oelabbau im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Lehrstuhl für Biochemie und Biotechnologie durchgeführt. Ausgehend von den positiven Einfluessen, die mikrobiell erzeugte Tenside auf den Oelabbau in wasserdurchstroemten Bodenfestbettreaktoren als Modellsystem des Bodens haben koennen, soll die Uebertragbarkeit dieser Versuchsergebnisse aus der vorangegangenen Projektphase auf konkrete Schadensfaelle bis in den technischen Massstab untersucht werden. Weiterhin sollen fuer die Biobeetsanierung und fuer die In-situ-Sanierung in nicht wassergesaettigten Bodenzonen jene Biotenside charakterisiert werden, die beim Oelabbau in beluefteten Bodensaeulen gebildet werden, weil die bisher zugesetzten verfuegbaren Biotenside keine ausreichende Absenkung der Grenzflaechenspannung bewirkten. Vergleichend sollen die Produzenten dieser Tenside als Starterkulturen untersucht werden bis in den technischen Massstab. Es soll untersucht werden, ueber Tenside oder tensidbildende Mikroorganismen den Mineralisierungsgrad des Oels zu erhoehen und die Restsaettigung des Oels gemaess den Erfahrungen aus der tertiaeren Erdoelfoerderung zu verringern. Als dritte Zielsetzung soll die Wirksamkeit von Starterkulturen grundlegend untersucht werden. Zunaechst sollen die kaeuflichen Starterkulturen charakterisiert werden bzgl. ihrer Leistungsfaehigkeit beim Oelabbau in den weiter zu verbessernden Modellsystemen des Bodens. Zu klaeren ist ihr Verbleib oder der ihrer Plasmide im Boden. Gesondert ist die Auswirkung von Tensiden zu untersuchen, die bei der Aufbringung von Starterkulturen vielfach verwendet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Optimierung der Produktion von PHB in transgenen Nutzpflanzen und Ansaetze zur Erzeugung von PHF in Plastiden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. Polyhydroxyfettsäuren (PHF) stellen eine Gruppe von Biopolymeren dar, die von einer Vielzahl von Bakterien als Speicherstoffe gebildet werden. Neben der fermentativen Produktion gibt es die Möglichkeit PHF über gentechnisch modizifizierte Pflanzen zu produzieren. Mit diesem Ziel werden im Rahmen des Verbundvorhabens drei landwirtschaftlich wichtige Nutzpflanzen bearbeitet, Zuckerrübe, Kartoffel und Raps. Das Ziel des Verbundvorhabens besteht darin, Wege für die Produktion von PHB und anderen ausgewählten PHF in den genannten Nutzpflanzen aufzuzeigen und Protokolle zur Erstellung derartiger Pflanzen auszuarbeiten. Es sollen züchterische Prototypen hergestellt und deren ertragsphysiologische Eigenschaften unter pflanzenbaulichen Gesichtspunkten bestimmt werden. Im Teilvorhaben 4 sollen neue Ansätze zur Erzeugung von PHF in transgenen Pflanzen untersucht werden: 1) Untersuchungen zum Verständnis der negativen Auswirkungen großer PHF-Mengen in den Pflanzen, 2) Kurative Ansätze zur Vermeidung von negativen Effekten durch die PHF-Produktion, 3) Produktion von mittelkettigen PHF in den Plastiden durch Eingriffe in den Fettsäurebiosynthese.
Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Die Einsatzmöglichkeiten der Gasfermentationstechnologie und die Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Rohstoff bieten umweltfreundliche Alternativen im Sinne der Wiederaufbereitung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie. Die mikrobielle Fixierung und Umwandlung von CO2 in biologisch hergestellte Rohstoffe ermöglicht zudem die Reduktion des Ausstoßes von Treibhausgasen. Die besondere Gruppe der autotrophen acetogenen Bakterien betreibt einen Fermentationsprozess, der unabhängig von Licht und Sauerstoff ist. Die Energieträger, welche diese Bakterien nutzen, um CO2 zu verwerten, sind Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oder eine Mischung aus beiden Energieträgern (Synthesegase). Das Ziel dieses Vorhabens ist die gentechnische Herstellung rekombinanter acetogener Bakterienstämme, welche derzeitige energetische Barrieren überwinden und erhöhte Wachstumsraten und Produktionsleistungen während der Gasfermentation erreichen. Diese optimierten Stämme werden anschließend für eine heterologe Acetonproduktion genutzt. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen rekombinante acetogene Bakterienstämme mittels gentechnischer Methoden hergestellt werden. Zum einen werden Stämme konstruiert, die zusätzlich auf einem Expressions-plasmid die Gene des ech-Clusters tragen. Zum anderen werden Stämme hergestellt, welche die met-Gene plasmidcodiert exprimieren. Die Durchführung der notwendigen Arbeiten erfolgt wie in der Vorhabensbeschreibung geschildert. Die verifizierten rekombinanten acetogenen Bakterienstämme werden an die Verbundpartner (1, 3 und 4) zur weiteren Bearbeitung verschickt. Die besten Stämme werden daraufhin weiter gentechnisch modifiziert und für eine heterologe Acetonproduktion optimiert. Der in der Vorhabensbeschreibung definierte Arbeitsplan sieht das Erreichen von drei Meilensteinen sowie drei Pflichtergebnissen (engl., Deliverables) vor.
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 "Untersuchung der zellulären Wirkung von Ozon - Entwicklung einer nicht invasiven Methode zum Nachweis oxidativ veränderter DNA-Basen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Krebsforschungszentrum - Stiftung des öffentlichen Rechts durchgeführt. Unter der Fragestellung, ob Ozon bei Inhalation umweltrelevanter Konzentrationen in der Lage ist, oxidativen Streß und damit oxidierte DNA Basen zu verursachen, sollte ein neues Nachweisverfahren für oxidierte DNA Basen, insbesondere especially 8-Oxo-7,8-dihydro-2?-desoxyguanosine (8-oxodG), entwickelt werden. Dies sollte basierend auf der 'matrix assisted laser desorption ionisation time of flight mass spectrometry' ('MALDI-TOF' MS) sowohl die Identifikation als auch die Quantifizierung des Analyten erlauben. Aus dem Potential von Ozon, oxidativen Streß zu verursachen und oxidierte DNA-Basen zu induzieren, welche Mutationen verursachen können und damit potentiell Krebs verursachen können, sollte eine Aussage über dessen Gentoxizität unter umweltrelevanten Bedingungen getroffen werden. Im Rahmen von Vorversuchen wurden HL60 Zellen gegenüber verschiedenen Ozonkonzentrationen exponiert. Durch den mit FPG-Protein modifizierten Comet-Assay konnten ab einer Konzentration von 8 mg/m3 und einer Expositionszeit von 30 min eine Zunahme der DNA-Strangbrüche und der FPG-sensitiven Läsionen beobachtet werden. Daß der Effekt erst bei relativ hohen, nicht umweltrelevanten Konzentrationen auftritt, liegt an der geringen Empfindlichkeit dieser Zellinie gegenüber oxidativer Schädigung, wie durch weitere Untersuchungen nachgewiesen werden konnte. Ferner wurde ein Schadensprofil durch Einsatz verschiedener Reparaturenzyme im Plasmid-Relaxation-Assay für die Ozonschädigung an isolierter Plasmid-DNA aufgenommen. Hier überweigt die Bildung FPG- und Endonuklease-III sensitiver Läsionen. Ein solches Schadensprofil wurde bisher durch keinen anderen oxidativen Einfluß beobachtet. Durch weitere Untersuchungen ließe sich hieraus ein Einblick in die mechanistischen Aspekte der Ozonreaktion mit DNA gewinnen. Ebenfalls wurden die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit des Effekts überprüft. Zum massenspektrometrischen Nachweis von 8-oxodG aus Urin war es nötig, zunächst den Analyten aufzukonzentrieren und zu reinigen. Hierzu mußte eine neue Immunoaffinitätschromatographie entwickelt, da die in der Literatur beschriebene nicht verwendet werden konnte. Unter Verwendung eines neuen Aufreinigungsverfahren zur Isolierung des monoklonalen Antikörpers 1F7 aus Zellkulturüberstand war es möglich, Immunoaffinitätssäulen mit hoher Kapazität und Spezifität herzustellen. Die immunoaffinitätschromtographische Aufreinigung wurde validiert und die Wiederfindung mit 85 % bestimmt. Bei der Entwicklung der MALDI-TOF MS Methode mußte zunächst die Fragmentierung des Analyten, die zwar einerseits eine zusätzliches Identifikation erlaubt, aber andererseits die Nachweisgrenze verschlechtert, unterdrückt werden. Dies gelang durch Verwendung von 2-Hydroxy-5-methoxybenzoesäure als Matrixmaterial und einen schichtförmigen Matrixaufbau (Laminat Matrix ? Probe ? Matrix). (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilvorhaben 3: PHF-haltige, transplastomische Pflanzen von Raps und Zuckerruebe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Botanisches Institut durchgeführt. Polyhydroxyfettsäuren (PHF) stellen eine Gruppe von Biopolymeren dar, die von einer Vielzahl von Bakterien als Speicherstoffe gebildet werden. Neben der fermentativen Produktion gibt es die Möglichkeit PHF über gentechnisch modizifizierte Pflanzen zu produzieren. Mit diesem Ziel werden im Rahmen des Verbundvorhabens drei landwirtschaftlich wichtige Nutzpflanzen bearbeitet, Zuckerrübe, Kartoffel und Raps. Das Ziel des Verbundvorhabens besteht darin, Wege für die Produktion von PHB und anderen ausgewählten PHF in den genannten Nutzpflanzen aufzuzeigen und Protokolle zur Erstellung derartiger Pflanzen auszuarbeiten. Es sollen züchterische Prototypen hergestellt und deren ertragsphysiologische Eigenschaften unter pflanzenbaulichen Gesichtspunkten bestimmt werden. Im Teilvorhaben 3 sollen Insertionen von PHF-Genen in das Chloroplastengenom von Raps und Zuckerrübe erfolgen. Der Schwerpunkt der Arbeiten soll dabei auf einer effizienten und induzierbaren Expression der Gene liegen.
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