Organische Bodensubstanz (SOM) ist nicht passiv, sondern ein ständiger Fluss von Materie (oder Kohlenstoff - C) und Energie (E). Diesen Fluss treiben von Boden(mikro)biota erzeugte Gradienten an, was sie zu einem integralen Bestandteil desselben macht. Er ermöglicht den Mikrobiota sich durch Selbstorganisation einem Fließgleichgewicht anzunähern und es entstehen zeitlich und räumlich geordnete, dissipative Prozesse und/oder Strukturen (DS). Vermutlich nähern sich die Flüsse und Transferraten einem thermodynamischen Optimum, wie es z. B. das Maximum-Power-Prinzip (MPP) formuliert. Durch diese Prozesse wird E in qualitativ (Entropie vs. Enthalpie) unterschiedliche Pools verteilt: a) Wärme, b) sequestrierte SOM, c) bioverfügbare SOM, d) Biomasse. Die Organismen nutzen jedoch nur einen Teil der E des Substrates. Diese bioverfügbare E hängt von dessen energetischen Eigenschaften, seinem Status im Boden (z. B. Sorption) und der Nutzung zusätzlicher SOM-Komponenten (Priming) ab. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie eine E-Zugabe das Auftreten von und/oder den Wechsel zwischen DS (Prozesszuständen) im Boden steuert. Dazu werden die DS durch Experimente mit unterschiedlichen Substratzugaben untersucht. Dies sind 1) einmalige, 2) wiederholte, 3) kontinuierliche Zugaben. Während 1) die Umwandlungsphasen zwischen DS zeigt, führt 2) zu oszillierenden Strukturen, welche die Resilienz der DS zeigen und 3) ermöglicht, die DS in ihren Eigenschaften nahe dem stationären Zustand zu untersuchen. Stationäre Zustände erleichtern die Prüfung thermodynamischer Optimierungsprinzipien (z. B. MPP) und lassen sich besser mit Modellen der irreversiblen Thermodynamik beschreiben. Die Kombination von Stoff- und E-Bilanzen mit kalorimetrischen Messungen ist das geeignete Instrument zur Untersuchung DS, da diese als dynamische Stoff- und E-Flüsse zu verstehen sind. Die bioverfügbare E ist ein entscheidender Faktor für die Aufrechterhaltung bestehender oder die Etablierung neuer DS. Sie hängt von thermodynamischen molekularen Substrateigenschaften und der Nutzung von OBS-Komponenten (Priming) ab und wird durch Wechselwirkungen zwischen Substrat und Boden modifiziert Dies wird mit den o.a. Ansätzen 1-3 in Mikrokosmos-, Kalorespirometer- und kontinuierlichen Röhrenreaktorversuchen untersucht. Zum Erhalt vollständiger Bilanzen werden z.T. werden 13C-markierte Substrate verwendet. Aus den Ergebnissen werden QSAR-Modelle abgeleitet (weitere Parameter aus quantenchemischer Modellierung), um die bioverfügbare E zu schätzen. Durch thermokinetische Modellierung aller Ergebnisse werden Gibbs-E und Entropieänderungen der Substratumsätze berechnet. Es wird erwartet, dass eine modellgestützte Abschätzung der C- und E-Retention durch die Bodenbiota, die Bestimmung der Nutzungseffizienz von C und E und die Abschätzung der Speicherung von OM im Boden erreicht werden kann. Insgesamt trägt dies zu einem besseren Verständnis und Management des C-Budgets von Böden bei.
Das Projekt zielt darauf ab, die signalvermittelten Cross-Kingdom-Interaktionen zwischen der marinen Grünalge Ulva mutabilis und ihren assoziierten Bakterien zu verstehen. Morphogene wie das Thallusin werden von Bakterien abgegeben und induzieren vielfältige algale Entwicklungen. Thallusin Derivate sollen synthetisiert werden, um ihre quantitativen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu untersuchen und Thallusin durch bildgebende Verfahren in Ulva zu lokalisieren. Zentrale Gene und Metabolite werden durch vergleichende Transkriptom- und Metabolomanalyse in der Thallusin-Homöostase identifiziert. Im Fokus steht dabei auch die Bedeutung von Thallusin für wirtschaftlich relevante Algen-Aquakulturen.
This subproject aims at the development of spectral electrical impedance tomography (EIT) as a non-destructive tool for the imaging, characterization and monitoring of root structure and function in the subsoil at the field scale. The approach takes advantage of the capacitive properties of the soil-root interface associated with induced electrical polarization processes at the root membrane. These give rise to a characteristic electrical signature (impedance spectrum), which is measurable in an imaging framework using EIT. In the first project phase, the methodology is developed by means of controlled rhizotron experiments in the laboratory. The goal is to establish quantitative relationships between characteristics of the measured impedance spectra and parameters describing root system morphology, root growth and activity in dependence on root type, soil type and structure (with/without biopores), as well as ambient conditions. Parallel to this work, sophisticated EIT inversion algorithms, which take the natural characteristics of root system architecture into account when solving the inherent inverse problem, will be developed and tested in numerical experiments. Thus the project will provide an understanding of electrical impedance spectra in terms of root structure and function, as well as specifically adapted EIT inversion algorithms for the imaging and monitoring of root dynamics. The method will be applied at the field scale (central field trial in Klein-Altendorf), where non-destructive tools for the imaging and monitoring of subsoil root dynamics are strongly desired, but at present still lacking.
ExITox-2 hat zum Ziel eine integrierte Teststrategie (IATA) zu entwickeln, die Tierversuche mit wiederholter inhalativer Verabreichung ersetzt. Der in ExITox-1 entwickelte Read across Ansatz soll weiterentwickelt werden. Neben der Gruppe der Vinylester sollen in ExITox-2 vier neue Gruppen, die Lungenfibrose bzw. Lungenentzündung verursachen, getestet werden. Neue Aspekte sind: i) Integration von in vitro Daten aus Toxv21; ii) Abschätzung der Toxikokinetik mit Hilfe von PBPK- und QSAR Modellen; iii) Unterscheidung von Genexpressionsveränderungen bei geringen und hohen Dosen; iv) Analyse der microRNA; v) Bestätigung der Genexpressionsänderungen durch RTqPCR. Zur besseren Darstellung der Ergebnisse werden Mastersignalwege entwickelt, um zellspezifische Antworten von generellen Stressantworten zu unterscheiden. Die Integration dieser Ergebnisse in eine Test- und Bewertungsstrategie (IATA) soll zur Einschätzung der Toxizität einer inhalierbaren Chemikalie ohne Tierversuch führen. AP1 Stoffauswahl: Zwei Stoffgruppen sollen zu 'Fibrosis' und 'Inflammation' ausgewählt werden (M1.2), sowie Literaturdaten zu den Leitstoffen und Analoga identifiziert werden (M1.3). AP5 Bioinformatik Für 'Hyperplasie', 'Fibrose' und 'Entzündung' werden master pathways erstellt (M 5.1). Differentiell exprimierte Gene (DEG) werden bestimmt (M 5.2). Mit Hilfe der upstream Analyse werden gewebespezifische Masterregulatoren identifiziert (M 5.5). Daraus werden RAX spezifische Profile erstellt (M 5.6). AP6: Transfer der experimentellen Daten und Modelle in die IATA. Es werden die biologischen Profile innerhalb der Stoffgruppe (intra-group) und unter den Stoffgruppen (inter-group) verglichen (M 6.2), sowie zur Ermittlung von AOP und generellen Stressantworten die Stoffgruppen-spezifischen Profile mit den Daten aus M5.1 abgeglichen (M 6.3). Die Ergebnisse des Projektes werden in eine Bewertungsstrategie (IATA) integriert (M 6.4).
Im Rahmen der REACH-VO sind die Mitgliedstaaten aufgefordert mittels Dossiers regulierungsbedürftige Stoffe vorzuschlagen. Dazu müssen aus der Vielzahl der registrierten Stoffe oder noch zu registrierenden Stoffe u. a. jene mit aus Umweltsicht potentiell kritischen Eigenschaften herausgefiltert werden. Hinweise auf kritische Eigenschaften wie etwa Abbaubarkeit, Bioakkumulationspotential und Toxizität oder auch das endokrine Wirkpotenzial eines Stoffes können teilweise mithilfe von (quantitativen) Struktur-Wirkung-Beziehungen (QSAR -Methoden) und sogenannten Strukturalarmen z.T. bereits aus der chemischen Struktur abgeleitet werden. In dem Vorhaben sollen die Ergebnisse eines Vorläuferprojektes weiter ausgebaut werden. In dem 2015 abgeschlossenen Projekt (UFOPlan FKZ 3713 63 414) wurden bisher wenig beachtete Strukturalarme (z.B. für Trinkwasserrelevanz) und QSAR Methoden genutzt, um aus einem großen Stoffpool Stoffe mit potentiell kritischen Eigenschaften herauszufiltern. Hierzu wurde ein sogenanntes Konsensus-Modell entwickelt, welches verschiedene QSAR und Read-across Modelle beinhaltet und zu einem globalen Bewertungsparameter für eine zu testende Substanz zusammenfasst. Dabei liegt ein Schwerpunkt auch in der Dokumentation der QSAR Ergebnisse, da REACH hier hohe Anforderungen stellt. Das hier geplante Vorhaben soll die Modelle des Vorläuferprojektes erweitern (z.B. um Strukturalarme und Modelle zu endokrinen Eigenschaften von Substanzen) und verfeinern und in eine Nutzerplattform integrieren. So soll ein für das UBA nutzbares Tool entstehen, das ein 'multi criteria decision making' bei der Auswahl besonders regulierungsbedürftiger Stoffe unter REACH unterstützt und dabei besonders auf die Vermeidung von 'falsch positiven' Stoffen ausgelegt ist. Solche Stoffe, die fälschlicherweise durch das System als kritische Stoffe identifiziert werden, würden eine effiziente und ressourcenschonende Wahrnehmung der UBA Aufgaben unter REACH behindern. Das Ergebnis ist besonders für die Erfassung von Kandidaten für die Stoffbewertung interessant. Diese wird für Stoffe mit geringeren Tonnagen und dementsprechend begrenzterer Datenlage innerhalb von REACH zunehmend an Bedeutung gewinnen. Außerdem erlaubt die qualifizierte Anwendung geeigneter QSAR-Methoden die Identifizierung von SVHCs anhand eines Weight-of-Evidence-Approachs.
Im Rahmen der EU Chemikalienverordnung REACH haben sich die Europäischen Mitgliedsstaaten mit der 'Roadmap 2020' verpflichtet bis 2020 zu prüfen, welche Stoffe aufgrund der ihnen innewohnenden gefährlichen Eigenschaften gefährlichkeitsbasiert reguliert werden sollten, da sie als besonders besorgniserregend gelten. Hierzu gehören auch Stoffe, die auf das Hormonsystem des Menschen und Organismen in der Umwelt wirken. Als wichtiger Industriestandort hat sich Deutschland verpflichtet einen großen Anteil dieser Prüfungen zu übernehmen. Für den größten Teil der registrierten Stoffe liegen jedoch keine Informationen über eine mögliche hormonelle Wirkung vor, da diese Daten im Rahmen der Registrierungen nicht explizit geliefert werden müssen. In diesem Vorhaben soll deshalb mit einfachen Alternativansätzen wie in vitro Studien, Struktur-Wirkungsanalysen (QSAR) sowie Literaturstudien in einem Screening geprüft werden, welche der registrierten Stoffe eine hormonelle Wirkweise haben könnten. Die Ergebnisse des Vorhabens dienen dazu potentiell besonders besorgniserregende Stoffe zu identifizieren.
Die REACH Verordnung fördert die Nutzung alternativer Methoden zur Vermeidung von Tierversuchen. Zu diesen Methoden gehören auch computergestützte Berechnungen wie quantitative Struktur-Wirkungsbeziehungen (QSAR Methoden). In der Praxis werden diese jedoch selten oder falsch angewandt. Ursachen sind häufig mangelnde Expertise, unzureichende Dokumentation und die Unsicherheit darüber, ob und wann QSAR Ergebnisse als Versuchsersatz verwendet werden dürfen. Ziel des Vorhabens ist es hier Unterstützung zu leisten. Durch Einbeziehung der Anwender und Entwickler in Form von Workshops soll sowohl die Akzeptanz der Anwendung von QSAR Methoden als auch die Expertise zur Bewertung ihrer Verlässlichkeit gestärkt werden. Dabei steht nicht so sehr die Wissensvermittlung im Vordergrund. Vielmehr sollen zusammen mit Entwicklern und Anwendern Vorschläge entwickelt werden, wie die Verlässlichkeit von QSAR Ergebnissen für die regulatorische Bewertung angemessen und effizient dokumentiert werden können.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 46 |
| Europa | 4 |
| Wissenschaft | 20 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 44 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 44 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 37 |
| Englisch | 21 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 28 |
| Webseite | 18 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 26 |
| Lebewesen und Lebensräume | 42 |
| Luft | 22 |
| Mensch und Umwelt | 46 |
| Wasser | 21 |
| Weitere | 46 |