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Humanpathogene Bakterien, die Resistenzen gegen mehrere Antibiotikaklassen aufweisen, stellen ein Risiko für die öffentliche Gesundheit dar und werden als eine der größten globalen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts betrachtet. Einige der Resistenzgene dieser Bakterien wurden im Boden, der ein großes Reservoir von Antibiotikaresistenzen darstellt, aufgespürt und könnten z.B. über das Grundwasser oder Wildtiere verbreitet werden. In diesem Projekt soll die Dynamik des Antibiotikaresistenzpools im Boden entlang eines breiten Spektrums von Landnutzungstypen und -intensitäten innerhalb der drei Biodiversitäts-Exploratorien untersucht werden. Um eine robuste Abschätzung von Landnutzungseffekten auf die Abundanz von Antibiotikaresistenzgenen zu erlangen, wird Boden-DNA von allen Grünland-EP Und Wald-VIP Plots mittels quantitativer Echtzeit-PCR analysiert. Landnutzungsinduzierte Veränderungen von Gemeinschaftsprofilen antibiotikaresistenter Bodenbakterien werden innerhalb eines Mikrokosmenexperimentes aufgedeckt. Dieses Experiment schließt die Quantifizierung und Erfassung der zeitlichen Dynamik bakterieller Gemeinschaften ein. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erfassung landnutzungsbedingter Variationen des Vorkommens von Plasmiden, da diese mobilen genetischen Elemente eine wesentliche Quelle für Antibiotikaresistenzgene sind und zu deren Verbreitung beitragen. Diesbezüglich wird die Abundanz von IncP-1 Plasmiden, die mehrere Antibiotikaresistenzen kodieren können und Gentransfer zwischen entfernt verwandten Bakterien erlauben, bestimmt. Die Gesamtdiversität Antibiotikaresistenz-vermittelnder zirkulärer Plasmide wird unter Verwendung einer long-read-Sequenzierungstechnologie abgeschätzt. Außerdem wird eine funktions-basierte Durchmusterung von zuvor konstruierten Bodenmetagenombanken vorgenommen. Dadurch werden Unterschiede der Vielfalt von Antibiotikaresistenzgenen und -mechanismen zwischen analysierten Landnutzungsintensitäten enthüllt. Kenntnisse über Antibiotikaresistenz in Böden, die unterschiedlichen Landnutzungstypen und -intensitäten ausgesetzt sind, werden dringend benötigt, um Konsequenzen anthropogener Aktivitäten bzgl. der Ausbreitung von multiresistenten Bakterien vorhersagen zu können. In diesem Projekt werden Auswirkungen von Landnutzung auf das Antibiotikaresistenz-Reservoir und -Transferpotential des Bodens untersucht. Zudem werden Korrelationen zwischen der Antibiotikaresistenz im Boden und abiotischen (z.B. Konzentrationen von Schwermetallen) sowie biotischen Faktoren (z.B. Abundanz pilzlicher Taxa) aufgedeckt.
Im letzten Jahrzehnt nahm die Prävalenz Extended-Spektrum Beta-Laktamase (ESBL) (1)- bildender Escherichia coli in Human- und neuerdings auch Tiermedizin dramatisch zu. Phylogenetische Analysen mittels Multilokus-Sequenztypisierung belegen eine Assoziation dieser multiresistenten Bakterien mit bestimmten Sequenztypen (STs). Innerhalb dieser ESBL-STs existieren pandemische klonale Linien, die in unterschiedlichsten Habitaten auftreten. Sie werden in klinischen aber auch in Wildtier- und Umwelt-proben nachgewiesen, somit unabhängig von einem konstanten Antibiotika-Selektionsdruck. Die ESBL-Linien ST131 und ST648 zeigen eine für E. coli ungewöhnliche Kombination von Resistenz und Virulenz. Dies kann der entscheidende Faktor für die pandemische Ausbreitung dieser Sequenztypen sein. Im vorliegenden Antrag sollen die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Phänomens anhand folgender Hypothesen aufgeklärt werden: Stämme der Linien ST131 und ST648 besitzen (i) eine erhöhte-Plasmidaufnahme-Aktivität; (ii) ein phylogenetisch determiniertes Kerngenom, dessen Interaktion mit dem Plasmidgenom in erhöhter Virulenz oder Virulenz-unabhängiger Adaptation an bestimmte Habitate resultiert; (iii) im Kern- bzw. akzessorischen Genom unabhängig vom aufgenommenen Plasmid definierte Metabolismus-/Virulenzfunktionen, die eine erweiterte Habitatfunktion bedingen. Die Veri- bzw. Falsifizierung der Hypothesen erfolgt zunächst auf Basis von in silico-Analysen der DNA-Sequenzen von Plasmiden und Genomen dieser pandemischen ESBL-STs. Mit Hilfe eines in vivo Screenings im natürlichen Habitat Vogeldarm werden Wildtypstämme der ESBL-STs ausgewählt bei denen anschließend Kandidatengene aus den Bereichen Metabolismus und Virulenz deletiert werden. Die Auswahl dieser Kandidatengene wiederum erfolgt auf Transkriptom- (RNA-Sequencing) und Phänotyp-Ebene (phänotypischer Makroarray) sowie basierend auf der Genomanalyse und den in vivo Screenings. Abschließend werden diese Gene auf ihre in vivo-Relevanz mittels Deletionsmutanten in demselben Hühner-Infektionsmodell funktionell analysiert.
Im Anhang II der EG-Richtlinie 90/220 zur Freisetzung gentechnisch veraenderter Organismen (GVO) werden die fuer eine Vorabbewertung des Versuchs geforderten Informationen aufgelistet. Dieser Katalog fuehrt in der Praxis zu verschiedenen Interpretationen, ausserdem bestehen Defizite bei der Abschaetzung oekologischer Auswirkungen und Langzeitfolgen. Die Richtlinie war bereits laut EWR-Vertrag in Oesterreich inhaltlich umzusetzen, es bleibt aber ein gewisser Spielraum in der Vorgangsweise. Als Ergebnis eines Workshops im April 1992 wurden drei Arbeitsgruppen (fuer transgene Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere) gebildet, die einige Organismen, die fuer eine Freisetzung in Frage kommen, anhand des Anhangs II der EG-Richtlinie 90/220 untersuchten. Daneben wurden Moeglichkeiten fuer ein Monitoring, um 'seltene' und Langzeiteffekte besser abschaetzen zu koennen, und Regelungen und Empfehlungen internationaler Organisationen untersucht, um Anhaltspunkte fuer eine oesterreichische Vorgangsweise zu erhalten. Auf der Basis der Ergebnisse der Arbeitsgruppen wurden Vorschlaege fuer Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere erstellt. Aufgrund unterschiedlicher Interpretationen der Freisetzung transgener Mikroorganismen ist es derzeit schwierig, eine einheitliche Vorgangsweise zu empfehlen. Allerdings sollten die Empfaengerorganismen umfassender beschrieben und das genetische Umfeld (Phagen und Plasmide) miteinbezogen werden. Auf die 'Vertrautheit' mit dem Organismus ist mehr Wert zu legen. Die Vorschlaege der Arbeitsgruppe fuer Pflanzen erlaubten eine Interpretation des Anhangs II zumindest fuer transgene Nutzpflanzen. Auch hier soll die Vertrautheit staerker beruecksichtigt werden. Ausserdem ist auf das jeweils neue, charakteristische staerker hinzuweisen. Sich wiederholende Angaben (etwa fuer Empfaengerorganismen) sind durch Literaturverweise zu ersetzen. Daten ueber die Umwelt sollen staerkere Beruecksichtigung finden, charakteristische Biotope in einem Kataster definiert werden. Die Datenanforderungen wurden neu gruppiert und experimentelle Freisetzungen in kleinem Rahmen von solchen in grossem Massstab schaerfer abgegrenzt. Monitoringmassnahmen sollen integraler Bestandteil der Versuchsplanung sein. Die Freisetzung grosser transgener Nutztiere wirft vor allem zuechterische Probleme auf. Die Arbeitsgruppe fuer Tiere legt daher Wert auf eine eindeutige Charakterisierung. Derartige Tiere befinden sich nicht in einem geschlossenen System, obwohl ihre Rueckholbarkeit gesichert ist, weil unbeabsichtigte Fortpflanzung nicht ausgeschlossen werden kann. Anders etwa transgene Fische oder Insekten, deren Rueckholbarkeit aeusserst fraglich ist. Es werden vier Kategorien von Tieren aufgestellt, die unterschiedliche Anforderungen an die Sicherheitsmassnahmen bei Freisetzungen stellen.
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.
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).
Limitierender Faktor für die Wirtschaftlichkeit der zweiten Generation der weißen Biotechnologie sind die Kosten für die Produktion von Zucker, der als nachwachsender Rohstoff aus nicht-essbaren Pflanzenbestandteilen gewonnen und als Fermentationsrohstoff genutzt wird. Hauptbestandteil der pflanzlichen Biomasse sind Polysaccharide, die aufgrund ihrer komplexen Struktur sehr stabil und relativ resistent gegenüber dem enzymatischen Abbau sind. Die effektivsten natürlichen Enzyme für die Hydrolyse der Polysaccharide stammen aus thermophilen Clostridien, allerdings stehen für diese Enzyme keine lizenzfreien und kostengünstigen industriellen Produktionsstämme zur Verfügung. Das Projekt soll das Potential von Bakterien für die rekombinante Produktion von Exoenzymen im industriellen Maßstab evaluieren. Hierfür werden Bacillus-Stämme aus der Umwelt isoliert und mit etablierten Stämmen mittels eines entwickelten Assays für die sekretierten Proteinmengen in ihrer Produktion verglichen. Potente Stämme werden ausgewählt, auf Patent- und Lizenzfreiheit überprüft und auf notwendige Parameter für die Eignung zur industriellen Produktion sowie für die genetische Manipulation getestet. Ein Kandidat wird sequenziert und zum Produktionsstamm für clostridiale Beispielenzyme entwickelt. Die Klonierung und Expression der Gene erfolgt im Plasmidsystem eines anderem Projektes (FKZ: 031A556, Prof. Liebl). Die produzierten Enzyme werden auf Glycosylierung und Aktivität getestet. Die Produktion wird durch Optimierung der Medien, sowie der Verfahrensführung gesteigert. Die Ergebnisse werden mit einer parallelen Entwicklungsreihe eines pilzlichen Produktionsstammes beim russischen Partner verglichen und Synergien ausgelotet.
Research of B3 revealed that in two different soils repeatedly treated with sulfadiazine (SDZ)-containing manure, resistance gene (sul1, sul2) copies significantly increased compared to treatments with antibiotic-free manure or control, and accumulated with repeated applications. Under field conditions, the transferability of SDZ resistance was significantly increased in plots treated with manure originating from pigs medicated with SDZ. Transfer frequencies were higher in the rhizosphere compared to bulk soil. The effects of SDZ-containing manure on the abundance of sul genes in the rhizosphere of maize and grass varied between different sampling times supposedly due to climatic factors. We hypothesize that drying and re-wetting cause shifts of nutrient availability, plant exudation and bio accessible pore space, and that these shifts influence the effects of SDZ on abundance and transfer of resistance genes in soil microbial communities. In order to elucidate the effects of drying-rewetting and temperature and to clarify this missing link, the abundance of sul genes and their transferability will be investigated in samples taken from rhizosphere and rhizoplane of grass from the central field and laboratory experiments with manipulated drying and wetting cycles. Pyrosequencing of the transferable resistome in manure-treated soils will provide unique insights into plasmid diversity and other antibiotic resistance genes co-selected by SDZ.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 70 |
| Europa | 8 |
| Land | 1 |
| Weitere | 1 |
| Wissenschaft | 22 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 68 |
| Repositorium | 1 |
| Text | 1 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 3 |
| Offen | 68 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 62 |
| Englisch | 18 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 57 |
| Webseite | 14 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 71 |
| Luft | 43 |
| Mensch und Umwelt | 71 |
| Wasser | 48 |
| Weitere | 71 |