Das Projekt "Induktion des Umsatzes von Aethanol in Mikrosomen und Cytosol der Maeuseleber durch chronische orale Verabreichung von Aethanol und Inhalation von Cyclohexan oder D,L-Campher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung Physiologische Chemie durchgeführt. Bei einem 3-methylcholanthrenempfindlichen Maeusestamm (C57BL/6N) soll geprueft werden, ob chronische orale Verabreichung von Aethanol in der Leber sowohl die mikrosomale Aethanoloxidation als auch die Dehydrierung von Aethanol durch die Alkohol-Dehydrogenase des Lebercytosols induziert. Die induzierende Wirkung des Aethanols soll mit derjenigen von D,L-Campher und Cyclohexan verglichen werden. Es soll versucht werden, die Induktionen durch Induktionshemmer zu verhindern. Inzwischen ist nachgewiesen worden: In den Lebermikrosomen induziert orale chronische Verabreichung von Aethanol MEOS bei maennlichen C57-Maeusen in 4 Monaten, um den Faktor 2-3. Die Induktion ist bereits nach 14 Tagen nachweisbar und durchlaeuft ein Minimum nach 1,5 Monaten. Alkohol-Dehydrogenase wird im Cytosol anscheinend nicht induziert, wohl aber andere Proteine, denen moeglicherweise Acetaldehyd-Dehydrogenaseaktivitaet zukommt. Diese induzierbaren Nicht-Haem-Proteine erscheinen auch vermehrt nach Vorbehandlung der Maeuse mit anderen Induktoren. Es soll 1982 geprueft werden, wie weit die Dehydrierung von Acetaldehyd durch Aethanol induziert werden kann, und ob andere Induktoren diese nicht wirksamer induzieren.
Das Projekt "Einfluß von Mangan auf Redoxprozesse im Blattapoplasten und deren Bedeutung für die Mangan-Gewebetoleranz bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Fachbereich Gartenbau, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Die physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Unterschieden in der Mn-Gewebetoleranz in Abhängigkeit vom Genotyp, Blattalter, Si-Versorgung und Form der N-Ernährung (NO3-N versus NH4-N) sind noch weitgehend ungeklärt. Vorliegende Informationen aus der Literatur und insbesondere die eigenen Vorarbeiten weisen darauf hin, daß die Wirkungen von Mn auf Redoxprozesse im Blattapoplasten entscheidend für Mn-Toxizität und Mn-Toleranz sind. Im Vordergrund des beantragten Vorhabens soll daher die Untersuchung dieses Kompartiments stehen. Bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) soll mit Hilfe von histochemischen Methoden überprüft werden, ob ein erhöhtes Mn-Angebot zu einem vermehrten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies im Zellwandbereich führt. Neben der Bestimmung der antioxidativen Substanzen Ascorbinsäure, Glutathion und a-Tocopherol (Zusammenarbeit mit der AG Noga, Universität Bonn) des Apoplasten und Cytosols, des im Cytoplasma vorliegenden regenerativen Halliwell-Asada-Zyklus (Monodehydroascorbat- und Dehydroascorbat-Reduktase bzw. Glutathion-Reduktase) soll eine Charakterisierung der im Blattapoplasten lokalisierten Enzyme Peroxidase und Superoxid-Dismutase sowie der im Apoplasten vorkommenden Phenole vorgenommen werden, deren Zusammensetzung als mitentscheidend für die physiologischen Ursachen der Mn-Gewebetoleranz angesehen wird. Aufgrund der erwarteten Parallelen zwischen Mn- und Ozon-Toxizität soll vergleichend auch die Mn- bzw. Ozon-Toleranz verschiedener Pflanzenarten in Kooperation mit der AG Langebartels (GSF, Oberschleißheim) untersucht werden. Die Freisetzung von Ethan und Ethen als Indikatoren von Membranperoxidation soll mit Hilfe der hochempfindlichen Technik der Photoakustik in Zusammenarbeit mit der AG Kühnemann (Universität Bonn) bestimmt werden. Es wird erwartet, daß das Vorhaben zur Klärung der physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Mn-Toleranz beiträgt.
Das Projekt "Interactions of nanoparticles with membrane systems of cells of higher water plants - towards mechanisms of nano-phytotoxicity" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPF), Institut d'Amenagement des Terres et des Eaux (IATE) durchgeführt. Nanomaterials, with at least one dimension of 100 nm or less, are increasingly being used for commercial purposes such as fillers, opacifiers, catalysts, semiconductors, cosmetics, microelectronics, and drug carriers. The production, use, and disposal of nanomaterials will inevitably lead to their release into air, water, and soil. Thus, while nanoparticles are finding their way into the environment through deliberate and accidental actions, ecotoxicological properties and the risks related to these novel materials have not yet been fully explored. Moreover, although an increasing number of scientific reports highlight the impact of nanomaterials on human/animal cells/organs, only very few studies have been performed to assess phytotoxicity of nanomaterials. Therefore, this project is focused on mechansims of nanoparticle uptake and internalization by cells of two higher water plants, Elodea Canadensis and Trianea bogotensis Karst. In particular, we will study a wide range of interaction mechanisms of nano-engineered materials with selected cellular structures of these two higher water plants. These both plants have well known electrophysiological characteristics and can easily be cultured and handled in the laboratory conditions. The 'nano-bio' interactions of our interest range from nanoparticles trafficking through cellular membranes, translocation into cytosol and subcellular compartments, to their general transmission in whole living plants. Thus, the project focuses on the nanoparticle-induced changes in the structure and transport of the plasma membranes. Epidermal cells of roots of the aquatic flowering plant Trianea bogotensis Krst and cells of leaves of Elodea Canadensis were selected as the subject of investigations. To achieve this goal, we will use a multidisciplinary approach, including electrophysiological methods, electron spin resonance (ESR) and atomic force microscopy (AFM) techniques. Three potentially toxic scenarios of interactions of nanoparticles with the primary biological barriers (plasma- and endomembranes) will be considered: (i) nanoparticles do not penetrate the plasma membrane, but cause physical disruption of its structure, (ii) nanoparticles diffuse through the plasma membrane and during their transport affect changes in the functions of active and passive ion membrane channels, and (iii) nanoparticles are internalized by endocytosis into cells and interact with endomembranes. The overall goal of the project is to contribute to a better understanding of interaction mechanisms of nano-engineered materials with water plants and set the groundwork for the development of models of nano-phytotoxicity.
Das Projekt "Chloridtransport und Salztoleranzmechanismen in Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Ökosystemforschung durchgeführt. Versalzung ist eine zunehmende Bedrohung vieler landwirtschaftlich genutzter Flächen in trockenen Gegenden, nicht nur in Asien, Afrika und Australien, sondern auch im Süden Europas, vor allem dort, wo der Ertrag nur durch zusätzliche Bewässerung erreicht oder gesteigert werden kann. Um diesem Problem zu begegnen, muss man verstehen, wie Salz im Boden sich auf die darin wachsenden Pflanzen auswirkt. Bisher konzentrierte sich die Erforschung von Salzstress- und Salztoleranzmechanismen in Pflanzen auf den Na+-Transport und seine zelluläre Regulation. Dabei geht man davon aus, dass sich durch gentechnische Einflussnahme auf die involvierten lonentrans porter die Salztoleranz diverser Kulturpflanzen drastisch verbessern lässt, ohne dabei Qualitätseinbussen im Ertrag hinnehmen zu müssen. Der Anionen-Transport blieb zur Verifizierung dieser These bisher jedoch unberücksichtigt. Grund dafür ist ein Mangel an den dafür nötigen zell- und molekularbiologischen Werkzeugen. Wir haben einen rekombinanten Chloridindikator exprimiert und so ein erstes Werkzeug geschaffen, das erlaubt, Cl--Ionenstatus, -dynamik und -Verschiebungen in vivo anzuzeigen (Lorenzen et al. 2004 Plant Journal 38: 539-544). Unsere Vorarbeiten zeigen, wie unter Salzstressbedingungen grosse Mengen Chloridionen im Cytosol akkumuliert werden. Das hier beantragte Projekt soll dazu dienen, die zugehörigen Transporter, über die dieser Prozess läuft, auf molekularer Ebene zu charakterisieren, und zeigen, ob sich durch Ausschalten dieser Transporter Salztoleranzen ergeben. Dazu sollen zunächst in Arabidopsis und in der verwandten saltzresistenten Art Thellungiella mutmassliche Gene, die für Chloridtransporter kodieren, deletiert werden. Vergleiche der Chloridaufnahme-Charakteristika der Knockout-Mutanten mit dem jeweiligen Wildtyp und mit weiteren ausgesuchten salzsensitiven Mutanten sollen mögliche, dem Chloridtransport zuzuschreibende, Salzresistenzmechanismen aufdecken. Durch parallele Experimente mit unterschiedlich salzempfindlichen Reissorten und ausgesuchten Reis- Retroposon-Mutanten, soll gezeigt werden, ob die in den Modellorganismen (Arabidopsis, Thellungiella) gewonnenen Erkenntnisse übertragbar und generalisierbar sind, und welche Bedeutung ihnen für Wachstum und Ertragssteigerung zukommt.
Das Projekt "Physikalisch-Chemische Eigenschaften des Cytosols: Untersuchungen zur Proteinfaltung und Proteinhomöostase bei beeinträchtigten Ionenhomöostase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut Dynamik komplexer technischer Systeme durchgeführt. Im Zentrum des Gesamtvorhaben stehen die mathematische Modellierung und experimentellen Untersuchungen zur Ionen Homöostase bei E. coli. Ein besonderer Schwerpunkt dabei sind Untersuchungen zur Kaliumaufnahme und Exkretion sowie die Analyse der Protein Diffusion und Faltung. Im beantragten Teilprojekt sollen mathematische Modelle auf der Populations- und der Einzelzellebene für die Kalium Aufnahme erstellt und verifiziert werden und diese dann mit Teilmodellen der anderen Kooperationspartner zu einem Gesamtmodell verschaltet werden. Der Arbeitsplan sieht insgesamt drei Teilbereiche vor: (i) Modellierung auf Populationsebene; (ii) Modellierung auf Einzelzellebene. Die Modelle sind zu erstellen und zu analysieren. Zur Modellverifikation (Teilbereich (iii)) sind experimentelle Daten der Partner anzupassen. Zur Modellerstellung werden zunächst sehr allgemeine Überlegungen was die Strukturierung anbetrifft notwendig sein. Daher kann erwartet werden, dass sich die erstellten Modelle auch auf andere, bspw. biotechnologisch relevante Organismen übertragen lässt.
Das Projekt "Einfluss von Probiotika auf darmpathogene Bakterien und die mikrobielle Biodiversität der Intestinalflora beim Schwein" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Fachbereich Veterinärmedizin, Institut für Mikrobiologie und Tierseuchen durchgeführt. Klinische Untersuchungen am Schwein belegen, dass Probiotika die Duchfallrate senken können. Über die diesem Effekt zugrundeliegenden Mechanismen herrscht weitestgehend Unklarheit. Im Rahmen des Vorhabens soll deshalb die Wirkung der Probiotika Bacillus cereus var. Toyoi sowie Enterococcus faecium auf pathogene Bakterien und die intestinale Microbiota auf molekularer Ebene untersucht werden. Hierzu werden vergleichend definierte Bakterienspezies aus den Digesta und der intestinalen Mukosa des Darmes von Probiotika-gefütterten bzw. nicht gefütterten Schweinen qualitativ und quantitativ untersucht. Die nachgewiesenen Bakterien sind Vertreter der Gattungen Escherichia, Clostridium, Chlamydia, Chlamydophila, Treponema, Serpulina und Brachyspira. Die Identifizierung erfolgt mittels Kulturverfahren, 16S rRNA-Bestimmung und dem genotypischen Nachweis von Virulenzfaktoren. Ex vivo (primäre Darmepithel-Zellkultur) sowie in vitro (permanente 'intestinal porcine epithelial cell', IPEC-1) wird zudem durch Infektionsversuche mit einem schweinepatogenen E. coli-Stamm (EPEC) sowie mit einem Salmonella enterica enterica choleraesuis (S. choleraesuis)Stamm die Interaktion zwischen Probiotika und diesen pathogenen Stämmen analysiert. Hierzu wird die Beeinflussung der bakteriellen Adhäsion bzw. Invasion im Mikrotiterplatten-Test überprüft. Weiterhin wird mittels konfokaler Lasermikroskopie der Einfluss der Probiotika auf die Fähigkeit der pathogenen Bakterien zum Umbau des Zytoskeletts, zur Auslösung von Apoptose und zur Infektion bakterieller Virulenzfaktoren in das Zytosol nachgewiesen. Durch diese Untersuchungen soll die Probiotikawirkung auf eine wissenschaftliche Basis gestellt werden, die später zur Identifizierung der wirksamen Probiotika-Komponenten im Hinblick auf die Gewinnung optimierter Probiotika führen soll.
Das Projekt "Charakterisierung der H+-ATPase im Plasmalemma der Proteoidwurzeln von Weißlupine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I durchgeführt. Unter Phosphatmangel bildet die Weißlupine Proteoidwurzeln, die große Mengen von Citronensäure ausscheiden können. Aufgrund des cytosolischen pH-Wertes (7,0-7,5) kann die Citronensäure nur als organisches Anion (Citrat) aus dem Cytosol in den Apoplasten transportiert werden. Protonen werden von der im Plasmalemma lokalisierten H+ATPase aus dem Cytosol in den Apoplasten gepumpt. Während die Synthese organischer Anionen in durch Phosphatmangel induzierten Proteoidwurzeln von Weißlupine in letzter Zeit intensiv untersucht wurde, blieben die Mechanismen für deren Transport aus den Proteoidwurzelzellen unbekannt. Die H+-ATPase im Plasmalemma der Proteoidwurzeln ist für den aktiven Transport der Protonen aus der Zelle verantwortlich und kann somit für die Anpassung der Weißlupine an P-Mangel eine wichtige Rolle spielen. Das geplante Forschungsvorhaben soll die im Plasmalemma von Proteoidwurzeln lokalisierte H+ATPase biochemisch und biophysikalisch charakterisieren, um ihre Bedeutung für die Anpassung der Weißlupine an Phosphatmangel aufzuklären. Das Plasmalemma von Proteoidwurzeln wird isoliert. In vitro soll die H+-ATPase des Plasmalemmas von Proteoidwurzeln auf katalytische Aktivität, Enzymkinetik, Aktivierungsenergie, Pumpaktivität, Kopplung zwischen der Hydrolyse von ATP und dem H+-Transport sowie die H+-Permeabilität des Plasmalemmas untersucht werden.
Das Projekt "Untersuchungen zu Metabolismus und Aktivierung von N-Nitrosodiethanolamin: Beitrag zur Klaerung der Frage, warum ein starkes Carcinogen kein Mutagen ist" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachrichtung Lebensmittelchemie und Umwelttoxikologie, AK Prof. Gerhard Eisenbrand durchgeführt. Es soll die Frage geklaert werden, warum N-Nitrosodiethanolamin (NDELA) ein sehr potentes Carcinogen am Tier ist und warum die Substanz im Kurzzeittest nicht mutagen ist. Hierzu werden Untersuchungen anhand von Modellsubstanzen durchgefuehrt, die synthetisiert werden, um drei denkbare Alternativen des metabolischen Abbaus der Substanz in-vivo durchzupruefen. Diese Alternativen sind die Alpha-C-Hydroxylierung, die Veresterung und die Oxidation am Beta-OH. Hierzu werden mit den jeweiligen Modellsubstanzen Untersuchungen ueber Stabilitaet und Reaktivitaet unter Einschluss einer Analyse der Zerfallprodukte durchgefuehrt. Diese Untersuchungen erfolgen in vitro im gepufferten System, in Leber S-9-Mix, -Mikrosomen und Cytosol, sowie unter Inkubation mit ADH. Die Ergebnisse sollen einen - evtl. mehrere - Aktivierungs- und Abbauwege in-vivo wahrscheinlich machen.
Das Projekt "Molekularbiologische Untersuchung an Zuckertransportproteinen zur gezielten Beeinflussung des Transportes von Kohlenhydraten in hoeheren Pflanzen mit dem Ziel der energetischen Nutzung von Kulturpflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Regensburg, Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenphysiologie durchgeführt. Das in der Photosynthese fixierte CO2 wird als Triosephosphat oder Glukose aus den Chloroplasten in das Cytosol entlassen und dort u.a. fuer die Synthese von Saccharose verwendet, der wichtigsten Transportform fuer den Langstreckentransport von Kohlenhydraten, Saccharose wird in den meisten Pflanzen aktiv in das Phloem geladen und dann auf die verschiedenen kohlenhydratverbrauchenden Organe verteilt (Wurzeln, Blueten, Speicherorgane, junge Blaetter). Zellwandlokalisierte Invertasen koennen die Saccharose in vermutlich allen Pflanzenteilen zu Glukose und Fruktose spalten und dadurch fuer die Aufnahme durch die jeweiligen Monosaccharidtransporter verfuegbar machen. Durch gezieltes Ueberexprimieren und ausschalten einzelner Zuckertransporter in dieser Kette soll versucht werden, den Export von Kohlenhydraten aus den assimilierenden Geweben zu erhoehen und/oder den Import in Sinkorgane zu erhoehen. Es soll versucht werden Ergebnisse in der Modellpflanze Arabidopsis Thaliana zu erhalten, aus der schon mehrere Zuckertransporter kloniert werden, und diese Ergebnisse in der zweiten Phase des Projektes auf Nutzpflanzen zu uebertragen. Mit zwei verschiedenen Ansaetzen soll versucht werden, Klone von entsprechenden Transportproteinen aus Nutzpflanzen zu isolieren.
Das Projekt "EUROSILVA - Die Wirkungen unterschiedlicher Stickstoffversorgung auf den zellulaeren pH-Stat-Mechanismus und die Phosphorsyntheseleistungen von SO2-belasteten Fichten am natuerlichen Standort im Erzgebirge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Botanik und Pharmazeutische Biologie mit Botanischem Garten, Lehrstuhl für Botanik II durchgeführt. Ziel der hier durchgefuehrten Untersuchungen ist es, die Vitalitaet 25-jaehriger Fichten (Picea abies) eines extrem SO2-belasteten Waldstandortes des mittleren Erzgebirges (Kovarska; CR) durch Duengung mit oxidierten bzw. reduzierten Stickstoffverbindungen (Nitratsalzen und Ammoniumsalzen) zu beeinflussen. Die Gabe von Nitrat soll die Baeume in die Lage versetzen, die bei der Aufnahme von Schwefeldioxid inter- und intrazellulaer gebildeten Protonen teilweise zu neutralisieren. Dies kann durch Reduktion von Nitrat im Cytosol und im Chloroplasten des Palisadenparenchyms geschehen. Bei der Reduktion von Nitrat werden Hydroxylionen freigesetzt. Diese Reaktion kann somit als Teil des zellulaeren pH-stat Mechanismus angesehen werden. Es sollen 10 Duengeparzellen mit je 10 Baeumen angelegt werden, die nach Bestimmung der noetigen Kontrollparameter fuer Photosynthese, Enzymstatus, sowie Naehrstoffstatus, Nadelzahl und Kronenmorphologie, mit je 4 unterschiedlichen Mengen eines Nitrat- bzw. eines Ammonium-(bzw. Harnstoff-) salzes geduengt werden. Die Duengungen sollen jeweils im Fruehjahr jeden Jahres erfolgen. lm darauffolgenden Herbst sollen die Veraenderungen der oben genannten Vitalitaetsparameter bestimmt und bewertet werden.
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