Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.
Das Projekt "Chemometers for in situ risk assessment of mixtures of pollutants (CHEMO-RISK)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH durchgeführt. CHEMO-RISK aims for a novel scientifically sound chemical risk assessment paradigm that integrates exposure and effect assessment of a broad range of chemicals into a single procedure and provides information relevant to ecosystem and human health. The key innovation is polymer 'chemometers' that will be equilibrated with their surroundings and deliver information on the pollutant's chemical activity in the environment, biota, and humans. A chemometer functions analogously to a thermometer, but instead of the temperature, it yields a measure of chemical activity. Chemical activity in turn indicates the thermodynamic potential for, e.g., partitioning, biouptake and toxicity. CHEMO-RISK aims at breaking the current paradigm in environmental risk assessment of single chemicals that disregards bioavailability, ignores mixture effects, lacks site-specificity and is difficult to extrapolate to human health. The chemometer extracts will be investigated using top-notch (a) GC and LC/Orbitrap chemical analysis to characterise the pollutant mixtures and (b) cell-based reporter gene bioassays to determine mixture effects covering baseline toxicity, specific (e.g., endocrine disruption) and reactive (e.g., genotoxicity) modes of toxic action and adaptive stress responses. Within CHEMO-RISK, the following important research questions will be tackled: (A) Which processes drive the enrichment of pollutants in aquatic biota on a thermodynamic basis? (B) How do pollutants distribute within an organism, and which effects do they elicit at the key target sites? (C) Can we apply everyday-life items such as eyeglass-nose pads to replace invasive sampling in human health risk assessment? (D) To which degree can non-target analysis of chemometer extracts explain the observed toxicity profiles across media? By combining all these research efforts, CHEMO-RISK will provide a unified risk assessment paradigm with risk-based trigger values distinguishing acceptable from unacceptable effects.
Das Projekt "Forschung bei Fungizidresistenzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Umwelt durchgeführt. Natürlich vorkommende Fungizidresistenzen und Unempfindlichkeiten sollen als Modelle genutzt werden, um die Häufigkeit von Resistenzen, die der Resistenz zugrunde liegenden Mechanismen und das Übertragungsrisiko der Resistenzen zu untersuchen. Dazu werden natürlich vorkommende, fungizidresistente Hefen gesammelt, identifiziert und die Resistenzen charakterisiert. Mittels Genomdaten werden Resistenzgene gesucht und unbekannte Resistenzmechanismen werden mithilfe von Genom- und Transkriptionsanalysen untersucht. Resistente und sensitive Hefen werden unter selektiven und nicht-selektiven Bedingungen ko-kultiviert, um die Häufigkeit von Fungizidresistenzen sowie deren Übertragung und Entstehung zu bestimmen. Besonders berücksichtigt werden bei allen Untersuchungen medizinisch relevante Resistenzen bei Hefen. Projektziele: Isolation, Identifikation und Charakterisierung natürlich vorkommender, fungizidresistenter Hefen, sowie Mechanismus und Übertragungsrisiko von Fungizidresistenzen: Isolation resistenter Hefen aus medizinischen und Umweltproben. Quantifizierung der resistenten Population. Identifikation mittels MALDI-TOF. Charakterisierung der Resistenz. Quantifizierung der Resistenz verschiedener Isolate gegenüber den wichtigsten fungiziden Wirkstoffklassen. Mechanismus und Übertragungsrisiko von Fungizidresistenzen. Auftretende Mutanten. Resistenzmechanismen in sensitiven Stämmen. Folgeaufträge, die sich aus den Resultaten der primären Aktivitätsziele ergeben, beispielsweise: Untersuchung eines neu entdeckten Resistenzmechanismus.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung, Konstruktion und Bau eines Probenahmekorbs zur fraktionierten in-situ Partikeltrennung von Reifenabrieb in der Umwelt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKD - Gebr. Kufferath AG durchgeführt. Das Verbundprojekt RAU soll Reifenpartikel aus der Nutzungsphase des Reifens umfassend beschreiben und auf theoretischer Basis ggf. Lücken zu Verlusten von Reifenpartikeln über den gesamten Lebenszyklus schließen. Es gilt die Eintragspfade von Reifenmaterial in die aquatische Umwelt zu identifizieren, zu bilanzieren und Maßnahmen der Reduzierung aufzuzeigen. Ausgewählte Maßnahmen zur Reduzierung des Eintrags von Reifenmaterial in die aquatische Umwelt sollen verifiziert werden. Auf Basis dieser wesentlichen Einflussfaktoren soll eine Bewertungsmatrix entwickelt werden, die es ermöglicht für unterschiedliche Standorte geeignete Maßnahmen abzuleiten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Neue Analysekonzepte zur Untersuchung von Reifenabrieb in UmwelTeilprojekt roben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WESSLING GmbH durchgeführt. Das Projektziel von WESSLING im Verbundprojekt 'RAU' ist die Erarbeitung, Umsetzung und Evaluierung von Analysekonzepten mit chemischen und physikalischen Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Reifenabrieb in flüssigen Medien wie Straßenabfluss, in Feststoffen wie Straßenkehricht und als luftgetragene Partikel. Dazu sollen Methoden zur Probenaufbereitung und Identifizierung der einzelnen Substanzklassen an artifiziellen Systemen, Proben mit definiertem Reifenabrieb, erarbeitet und anschließend zeitnah auf reale Proben adaptiert werden. Die Herausforderung der Analytik von Reifenabrieb liegt in der Abgrenzung anderen Schmutzpartikeln auf anorganischer Basis und organischem Material wie Laub, Holz oder andere natürlich vorkommenden Partikeln aus der Umwelt. WESSLING wird standardisierte Verfahren, die für Routinemessungen von großen Probenanzahlen verwendet werden können, erarbeiten und evaluieren.
Das Projekt "Vorhaben: Analyse und Modellierung von marinen Nahrungsnetzen der Ostsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltbundesamt durchgeführt. Der Fokus des BaltHealth Projekts liegt daher auf der Untersuchung von räumlichen und zeitlichen Trends in Multi-Level-Nahrungsnetzen, die durch chemische Substanzen, Klimawandel und Zoonosen hervorgerufen werden sowie der Analyse deren Wechselwirkungen. Das Konsortium hat Zugriff auf modernste Einrichtungen und Techniken, sowie auf über Jahrzehnte erworbenen Proben und Daten, die dafür verwendet werden, neue Indikatoren für die Tiergesundheit und den ökologischen Zustand der Ostsee zu entwickeln. Sobald die Interaktionen zwischen den wichtigsten ökologischen und kommerziellen Arten definiert worden sind, werden separate Arbeitspakete den Transfer von Energie und Schadstoffen in den Nahrungsnetzten untersuchen. Alle Daten werden in einem Modell zu den gesundheitlichen Auswirkungen der verschiedenen Stressoren auf die Nahrungsnetze der Ostsee zusammengeführt. Die Projektergebnisse werden darüber hinaus neue Erkenntnisse für die Risikobewertung in den Ostseestaaten liefern und die Ergebnisse den relevanten Interessensgruppen, einschließlich HELCOM, ICES, OSPAR und ASCOBANS übermittelt. Das Projekt sieht die Einbindung einer breiten Öffentlichkeit vor, indem Veranstaltungen wie Workshops und Tagungen geplant sind. Das UBA beteiligt sich an den Workpackages 1,2,6, und 7. Neben der Bereitstellung der Umweltproben für die weitere Analysen der WP 2-5 wird das UBA vornehmlich eine wissenschaftlich-beratende Funktion einnehmen in Hinblick auf die Probenentnahmetechniken und die Erstellung der Metadatenbank aller dem Projekt zur Verfügung stehenden Umweltproben (WP1), der Analyse und Modellierung von Nahrungsnetzen (WP2). Daneben werden wir unsere Erfahrung in der öko(toxikologischen) Bewertung und der Modellierung von Schadstofftransfer und dessen Effekte auf Organismen und Ökosysteme einbringen (WP6). Auch bei der Öffentlichkeitsarbeit und Nachwuchsförderung (WP 7) wird sich das UBA maßgeblich beteiligen.
Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Analytik durchgeführt. Basierend auf der Multielementanalytik wird ein neuartiges Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik (MP) aus Wasser und Feststoffproben entwickelt, getestet und validiert. Das Grundkonzept besteht darin, die Menge und die Art von MP anhand charakteristischer Elementsignaturen mithilfe der Multielementanalytik zu ermitteln. Im AP 1 erfolgt die Entwicklung der analytischen Methoden, basierend auf der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS). Es sind Trennmethoden basierend auf der Feld-Fluss-Fraktionierung und einer mechanische Separierung von MP und Matrix zu entwickeln. Ziel ist es MP-Partikel von der Matrix so zu separieren bzw. größenspezifisch zu fraktionieren, dass der für die Detektion störende Hintergrund entfernt wird (AP1.1). Die Multielementanalytik mit ICP-MS wird in drei Varianten entwickelt und getestet: (a) nach Aufschluss von MP oder MP-haltiger Isolate und Überführung in eine homogene Lösung, (b) als (Einzel-)Partikelanalytik aus Suspension (AP1.2) und (c) als bildgebendes Verfahren mit Laserablation (LA-ICP-MS) von Filtern oder biologischen Materialien (AP1.3). Die Methoden werden validiert und vergleichend zu anderen innerhalb von MiWa fortentwickelten Methoden bewertet. Die hier entwickelten Methoden werden anschließend eingesetzt, um MP anhand seiner Elementsignatur zu charakterisieren und die Reichweite der Elementdetektion für die Identifizierung und Quantifizierung verschiedenster MP-Sorten zu evaluieren (AP2.1). Dabei wird auch der Effekt der Alterung (z.B. leaching) von MP in der Umwelt auf die Anwendbarkeit der Methoden evaluiert (AP2.2). Mit Hilfe der analytischen Methoden sollen die MP in Umweltproben detektiert und quantifiziert werden. Vor allem Proben des urban geprägten Wasserkreislaufs stehen im Fokus (AP3). Des Weiteren werden die bildgebenden Verfahren im Projektkontext zur Untersuchung von Feststoffproben und der Interaktion von MP mit Organismen (Anlagerung und Aufnahme) eingesetzt (AP4).
Das Projekt "Vorhaben: Analyse von Organismen und ihrer Stoffwechselwege (H2-Oxidation, Fe-Oxidation und CO2-Fixierung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Abteilung Entwicklungsbiologie und Biotechnologie durchgeführt. Analyse von Organismen (aus Inkubationsversuchen, Kulturen und Umweltproben) mit besonderem Fokus auf Stoffwechselwegen wie z.B. H2-Oxidation, Genen, die die Katalyse biologischer Fe-Oxidation kodieren sowie Schlüsselenzymen autotropher CO2-Fixierungswege; Analysen zur Aufklärung mikrobieller Gemeinschaftsverschiebung in Inkubationsversuchen und Kulturen (mittels 16S rRNA Analysen z.B. PCR, FISH). Es erfolgen mikrobiologische Untersuchungen von hydrothermalen Fluiden sowie anderen Substraten (z.B. hydrothermale Schlote, mikrobielle Matten) von 4 Arbeitsgebieten. Zunächst erfolgt die Bestimmung von Fe- und H2-Umsätzen sowie CO2-Fixierung in Inkubationsversuchen, außerdem die Kultivierung von Fe- und H2- Oxidierern. Im Heimatlabor folgen genetische Analysen der Proben.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ramanspektroskopische Untersuchung von Mikroplastik, Mikroben und Spurenstoffen anhand quantifiziert kontaminierter Referenzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Hannoversches Zentrum für Optische Technologien (HOT) durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die zuverlässige Echtzeit-Überwachung von Trinkwasserströmen mittels Ramanspektroskopie auf Mikroplastikpartikel unter Bestimmung der Plastiksorte, Partikelgröße und -form sowie vorhandener Spurenstoffkontaminationen. Ziel des Teilvorhabens ist die zuverlässige Erkennung von Mikroplastik mittels Raman- und Resonanz Ramanspektroskopie vor dem komplexen biologischen Hintergrund 'Trinkwasser' mit seinen sedimentären und mikrobiellen Komponenten. Sowohl konfokale Ramanmikroskopie als auch Resonanz Ramanspektroskopie von komplexen Umweltproben werden im Rahmen dieses Teilvorhabens auf den effektiven Einsatz im außeruniversitären Milieu hin optimiert. Das Teilvorhaben beantwortet kritische Fragen hinsichtlich des Mikroplastiknachweises in Trink- und Prozesswässern mittels Ramanspektroskopie und wird eine effiziente Erkennung von Mikroplastik auf der Basis von (Resonanz) Ramanspektroskopie überhaupt ermöglichen. Zwei operative modulare Laboraufbauten zur sicheren Ramanspektroskopie an kontrolliert fließendem Wasser dienen zur effizienten Erprobung alternativer Konzepte für die geplanten Demonstratoren des Verbundprojekts. Mit Hilfe von quantifiziert mit Mikroplastik und Spurenstoffen kontaminierten Wasserproben wird die Erkennungsleistung der Ramanspektroskopischen Verfahren in Abhängigkeit von Strömungsraten und Umweltbedingungen bestimmt. Die Ramanspektren werden einer nach Kunststoffsorte, -form, -größe, -kontamination und biologischer Umgebung sortierbaren Datenbank zugeführt und die Spektralanalyse in Zusammenarbeit mit den Partnern auf Recheneffizienz optimiert, um eine zuverlässige Erkennung in Echtzeit zu gewährleisten. Eine ramanspektroskopische Studie zur Auswirkung der Verweildauer von kontaminiertem Mikroplastik im Wasser hinsichtlich Abbauprodukten, der Toxinaufnahme und -abgabe, und der Effekte auf und durch vorhandene biologische Komponenten und in Trinkwässern erwartbare sedimentäre Stoffe wird durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt 10: DNA-Metabarcoding von Makrozoobenthos im Rahmen der EU Wasserrahmenrichtlinie (WRRL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fachbereich Biologie und Geografie, Arbeitsgruppe Aquatische Ökosystemforschung durchgeführt. Der Verbund GBOL II wird weiter am Ausbau der ersten umfassenden DNA-Barcoding-Gendatenbank der deutschen Flora und Fauna arbeiten. Das Projekt der Universität Duisburg-Essen hat zwei Hauptziele: 1) Die Entwicklung von Feld- und Laborprotokolle für DNA-Metabarcoding, mit deren Hilfe die Biodiversität der wirbelloser Indikatorarten in Fließgewässern schnell und zuverlässig bestimmt werden können. 2) Entwicklung einer Software-basierte Analysepipeline. Mit Hilfe dieser sollen die erhobenen Werte in Qualitätswerte übersetzt werden. Für die Freiland-Beprobung sollen sowohl klassische (Multi-Habitat-Beprobung mit anschließender Sortierung) als auch neue Methoden (Homogenisieren kompletter Umweltproben inkl. anderer Bestandteile). Im Labor müssen passende degenerierte Fusionsprimer für die Amplifikation der Makrozoobenthos-Indikatortaxa entwickelt und deren Effizienz überprüft werden. Hierzu ist insbesondere die Datenbank aus dem GBOL-I-Projekt, sowie die selbst-entwickelte Primersoftware PrimerMiner nötig. Die Analysen der Proben erfolgen auf einem Illumina Next-Generation Sequencer (MiSeq bzw. NextSeq-Plattform, paired-end Sequenzierung). Die erhaltenen Proben werden mit bereits publizierten Analysenmethoden gefiltert und geclustert. Erhaltene Datensätze werden mit der gegenwärtigen Methode der Gewässerbewertung (via Software ASTERICS) unmittelbar verglichen, um Abweichungen zu identifizieren und die Methode des DNA-Metabarcoding mit Hinblick auf eine routinemäßige Anwendung zu optimieren.