Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen führen über vermehrtes Wurzelwachstum und vermehrte Abgabe von Wurzelexudaten zu einer intensivierten Verlagerung von Kohlenstoff in den Boden. Diese zusätzlichen Energiequellen für die Bodenmikroflora gestatten theoretisch erhöhtes mikrobielles Wachstum und erhöhte Aktivität und vermögen daher bodenbiologische Prozesse (Abbau des Bestandesabfalls, Nährstoffmineralisierung) massiv zu beeinflussen. In vielen Untersuchungen konnte dieses erwartete Anwachsen der mikrobiellen Biomasse und Aktivität jedoch nicht festgestellt werden. Möglicherweise wird die erhöhte mikrobielle Biomasse unter bestimmten Umständen effizient von bakterien- und pilzfressenden Bodentieren genutzt und der erhöhte C-Input in den Boden in tierischer Biomasse festgelegt. Untersuchungen zur Reaktion der Bodenfauna auf erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen fehlen allerdings nahezu völlig. In unserem Projekt verfolgen wir die Reaktion microbivorer Organismen (Mikroarthropoden und Nematoden) in zwei vom Institut für Botanik der Universität Basel in einem Halbtrockenrasen bei Nenzlingen (CH) durchgeführten mehrjährigen CO2-Anreicherungsexperimenten.
Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.
Aphelinus abdominalis, ein Parasitoid der Familie Aphelinidae, wird seit mehreren Jahren als Nützling zur Blattlausbekämpfung in Unterglaskulturen angeboten. Das Potential seiner Effizienz wird aber im Vergleich zu den Blattlausparasitoiden der Aphidiinae häufig unterschätzt. Das Verhalten der Aphelinidae im Wirtshabitat ist in der Literatur gut dokumentiert, doch der Kenntnisstand über ihre Fernorientierung bei der Wirtssuche ist noch lückenhaft. In dem hier beantragten Forschungsvorhaben sollen in einer Verbindung von Laborexperimenten und anwendungsorientierten Gewächshausversuchen die Möglichkeiten für eine Effizienzsteigerung von A. abdominalis ausgelotet werden. Ein Schwerpunkt der geplanten Verhaltensstudien liegt dabei auf einer Aufklärung der Mechanismen des Lernvermögens. In zahlreichen Arbeiten wurde in den vergangenen Jahren gezeigt, daß sich die meisten Parasitoiden flexibel den wechselnden Umweltbedingungen anzupassen vermögen, indem sie bestimmte Duftstoffe ihrer Wirtspflanzen erlernen und für die Wirtssuche nutzen. Da Schlupfwespen mit einem breiten Wirtsspektrum auch im Gewächshaus mit einer Vielzahl unterschiedlicher Pflanze-Wirt-Systeme konfrontiert werden, ist es das Ziel dieses Projekts, anhand den Modellsystems A. abdominalis - Macrosiphum euphorbiae - Paprika/Aubergine sinnvolle Strategien für eine praktische Nutzbarmachung dieser Lernfähigkeit zu erarbeiten.
Zielsetzung: Bei der Furunkulose handelt es sich um eine weltweit vorkommende und in Deutschland zunehmende Relevanz bekommende Infektionskrankheit zahlreicher Fischarten, verursacht durch das Bakterium Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida. Eine Infektion kann zu hohen Verlusten in Teichwirtschaften und ökologischen sowie kommerziellen Fischhaltungen führen. Unbehandelt führt die akute Erkrankungsform häufig zum Tod der Fische, aber auch die chronische Form schließt eine weitere Nutzung der Tiere als Lebensmittel bedingt durch krankheitsverursachte Veränderungen in der Haut und Muskulatur in der Regel aus. Zur Therapie der Erkrankung werden Antibiotika eingesetzt, deren Einsatz aber vor dem Hintergrund einer Resistenzselektion, des Umweltaustrags aus Teichwirtschaften sowie einer beschriebenen Multiresistenz des Erregers kritisch bewertet werden muss. Um dieses Problem zu lösen, soll im vorliegenden Projekt die Applikation von natürlich in der Umwelt vorkommenden Bakteriophagen zur Bekämpfung des Erregers der Furunkulose angewendet werden. Dazu werden Phagen isoliert und aufkonzentriert, ihre Effektivität gegen den Erreger unter unterschiedlichen Bedingungen getestet, sowie eine Sicherheitsbewertung durchgeführt. Durch eine Überprüfung von Kombinationen werden synergistische Effekte der Phagen ermittelt. Die Applikation findet anschließend sowohl bei erkrankten Fischen, die aus Teichwirtschaften zur Verfügung gestellt werden, sowie an Fischen in Haltungen mit bakterienversetztem Wasser statt, um das therapeutische und prophylaktische Potential zu ermitteln. Auch Praxistest in Teichwirtschaften sollen nach erfolgreicher Erprobung erfolgen. Für das Projekt haben sich Vertreter/innen aus den Bereichen Lebensmittel, Fischkrankheiten, Fischbestandsbetreuung und -diagnostik sowie von Teichwirtschaften zusammengeschlossen, um diese alternative Maßnahme zur Antibiotikaanwendung zu erproben, um einem Verwurf von Fischen aus der Lebensmittelnutzung vorzubeugen und den Antibiotikaeinsatz zu reduzieren.
Das natürliche Reservoir an aviären Influenzaviren (AIV) sind Wasservögel und die Übertragung von AIV über den Wasserweg könnte vor allem für hochpathogene Populationen dieser Viren mit zoonotischem Potenzial eine wichtige Rolle spielen. Methodisch stellt dies jedoch eine große Herausforderung dar. In einem REFOPLAN-Projekt wurden daher verschiedene Methoden zur Virusanreicherung und anschließendem AIV-Nachweis mittels RT-PCR getestet und durch die Mitführung eines Referenzstandards (Detektion behüllter RNA Viren in Wasserproben basierend auf dem Bakteriophagen ϕ6) validiert. Insgesamt wurden 61 % der Wasserproben und 50 % der korrespondierenden Gewässersedimentproben, die während einer HPAIV-Epidemie aus flachen Gewässern in avifaunistisch reichen Wasservogelhabitaten entnommen wurden, AIV-positiv getestet. Die in diesen Proben gefundenen AIV-Viruslasten waren jedoch im Allgemeinen zu gering für Virusisolierungen oder weitere Sub- und Pathotypisierungen, die für Risikoabschätzungen von Bedeutung sind. Weitere Experimente zeigten den Einfluss abiotischer Effekte (Wassertemperatur und Wasserqualität) auf die Tenazität unterschiedlicher AIV-Isolate. Experimentelle Untersuchungen zur Bedeutung kleiner flacher Gewässer als mögliche Übertragungsmedien von AIV unter Stockenten zeigten, dass bereits geringste Mengen von im Wasser resuspendierten hochpathogenenen AIV (ca. 100 infektiöse Einheiten /Liter Wasser) zu einer Ausbreitung der AIV Infektionen führen können. Insgesamt machten die Untersuchungen die hohe Bedeutung von Wasser als Transmissionsmedium aviärer Influenzainfektionen bei Vögeln deutlich und zeigen die Notwendigkeit der Entwicklung effizienterer Anreicherungsmethoden als Grundlage für Risikoabschätzungen der Übertragung von Infektionen über die Umwelt. Veröffentlicht in Umwelt & Gesundheit | 03/2024.
Die gegenwärtige COVID-19-Pandemie forderte bereits Millionen Opfer und verdeutlicht, dass Lufthygienemaßnahmen zwingend erforderlich sind, um Ansteckungen zu verhindern. Die kurzzeitige Erhitzung von Luftströmen könnte ein probates Mittel sein, um luftgetragene Viren zu inaktivieren. Beispielsweise ist bekannt, dass eine kurzeitige Erhitzung ( kleiner als 1 Sekunde bei 72 Grad C) Coronaviren abtöten kann. Über Einflüsse von hohen Temperaturen auf luftgetragene Viren in Luftströmen existieren allerdings nur sehr wenige Informationen. Hier besteht dringender Forschungsbedarf. Zudem sind mögliche synergistische Effekte durch Erhöhung des Druckes in Lüftungssystemen bislang nicht untersucht worden. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Untersuchung des Einflusses von Temperatur und Druck auf die Aktivität luftgetragener Testviren in einem energieeffizienten System, welches zur Dekontamination von Innenraumluft eingesetzt werden kann. Dazu wird das System in Zusammenarbeit mit dem Verbundpartner mit Bioaerosol- und Partikelmesstechniken ausgestattet. Der Einbau der Techniken ermöglicht die Detektion von Viren und Viruspartikeln und somit die Bestimmung der Aktivitätsflüsse von Testviren im System. Die Testviren stellen aus praktischen Gründen unbehüllte und behüllte Bakteriophagen dar, die aufgrund ihrer Struktur und Größe als Surrogate für luftgetragene Erkältungs- und Coronaviren Verwendung finden. Zur Bestimmung der Einflussfaktoren Temperatur und Druck auf die Viren im Luftstrom werden kulturelle und nicht-kulturelle Verfahren eingesetzt, anhand derer die Aktivität sowie die Viruspartikelkonzentrationen bestimmt werden können. Absterberaten werden bei verschiedenen Temperaturen und Drücken im System ermittelt, um das energieeffiziente System hinsichtlich seiner Wirksamkeit optimieren zu können und Skalierungskriterien für die Größenauslegung von Anlagen festlegen zu können.
Dieses Projekt untersucht die Folgen von Transportprozessen für Virus-Wirt-Wechselwirkungen, mikrobielle Gemeinschaften und deren Funktionen im Hainich CZE. Vornehmlich in Laborexperimenten werden wir mittels zusammengesetzter Phagen-Wirts-Paare und Proben aus dem Hainich CZE (i) die Ausbreitung von Phagen verfolgen und marine Phagen als Transporttracer verwenden, (ii) die Wirkung transportierter Phagen auf Interaktionsnetzwerke, die Zusammensetzung bakterieller Gemeinschaften und deren Funktionen bewerten und (iii) das Potenzial natürlicher chemischer Verbindungen in der Critical Zone (einschließlich der Mycosphäre) zur Induktion von Prophagen beschreiben. Im Projekt soll eine Vielfalt von Methoden eingesetzt werden, z. B. enzymatische Assays, virale Metagenomik und Stabilisotopentechniken.
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.
Ermittlung von Bakteriengruppen und Phagen sowie Protozoen und Raedertierchen in den einzelnen Stufen einer Klaeranlage. Untersuchung der biochemischen Aktivitaet in den einzelnen Stufen mittels INT-Test.
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| Chemische Verbindung | 7 |
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| Boden | 51 |
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