Once widespread across European coasts, the native flat oyster Ostrea edulis has now disappeared from most of its historical range and is officially recognized as threatened. As a key ecological engineer, this species supports biodiversity by filtering water, stabilizing sediments, and providing complex reef habitats. Understanding and evaluating its behavior and biological rhythms in a natural environment before reintroduction, and how it responds to natural geophysical cycles, is essential to support effective restoration strategies. However, current knowledge on O. edulis remains limited, with most studies focusing primarily on reproduction under aquaculture or laboratory conditions. To help fill this gap, we conducted a 18-month in situ study to assess the valve behavior of Ostrea edulis in the field. The experiment took place at the Margate site (54.19°, 7.88°) near the island of Helgoland (Germany) from the 11th of March 2023 to the 31st of August 2024. The experimental setup consisted of 16 oysters disposed on individual cages in a customized oyster basket placed on a lander, a metallic structure immersed at 10m depth. Their valve behavior was continuously measured during 18 months using a High-Frequency Non-Invasive (HFNI) valvometer biosensor (Tran et al. 2023; Le Moal et al. 2023 for further details). Briefly, a pair of lightweight electrodes (<100 mg) was glued on each half-shell of each oyster and was linked to the HFNI valvometer by a flexible wire, allowing undisturbed oyster valve movement. An electromagnetic field was generated between the electrodes, allowing the measurement of the distance between each oyster's valve in continuous mode. In addition to the oyster behavior, environmental parameters were continuously measured underwater by the HFNI valvometer biosensor during the experiment, such as temperature and sound pressure magnitude. This compilation of datasets gives an overview of environmental parameters and behavioral data collected during this experiment.
Veranlassung Es fehlen schnelle und vor allem feldtaugliche Methoden zur Detektion von PFAS in der Umwelt, um so zeitnah Maßnahmen zur Minderung von PFAS-Kontaminationen durchzuführen oder den Erfolg von Minderungsmaßnahmen zu beurteilen. Entsprechende Methoden können ebenso helfen, die Prozesssteuerung einer Abwasserbehandlung zur Entfernung von PFAS z. B. durch eine Aktivkohlebehandlung zu optimieren. Das Projekt PFASense hat sich zum Ziel gesetzt, eine solche Methode zu entwickeln. Hierzu werden Elektroden hergestellt, die a) entweder für eine spezifische Detektion perflourierter Verbindungen oberflächenmodifiziert sind und b) biologische Effekte, die durch perflourierte Verbindungen hervorgerufen werden können, mit mikrobiellen Bioreportern elektrochemisch erfassen. Mit den individuellen Signalen der einzelnen Elektroden wird eine KI trainiert und auf diese Weise ein Sensor-Array zur sensitiven Detektion der großen Stoffgruppe der perfluorierten Verbindungen in Umweltproben entwickelt. Ziele - a. Design und Herstellung von molekular geprägten Membranen zur Anreicherung spezifischer PFAS. - b. Design und Herstellung elektrochemischer, bakterieller Biosensoren zur Detektion biologischer Effekte, die durch PFAS hervorgerufen werden. - c. Design und Herstellung elektrochemischer, hefebasierter Biosensoren zur Detektion einer Veränderung der Thyroid-Signalkaskade durch PFAS. - d. Design und Herstellung eines intelligenten elektrochemischen Sensors für die direkte chemische Detektion von PFAS mittels KI-gestützter Datenauswertung. - e. Konstruktion eines mikrofluiden multi-Sensor-Arrays unter Nutzung der in a. bis d. entwickelten Komponenten. - f. Validierung und Eignungstestung des entwickelten Sensor-Arrays mittels Einzelsubstanzen, Substanzmischungen sowie dotierten und undotierten Realproben mit einem Fokus auf industriellen Abwässern. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer innovativen technologischen Lösung für die folgende Fragestellung: Wie kann man zeitnah Informationen über die Qualität von z. B. Abwässern erhalten, ohne auf verzögert zur Verfügung stehende, analytische Informationen aus einem Labor angewiesen zu sein? Dieser Bedarf an zeitnahen Informationen für eine Bewertung von Abwasser und Wasserproben kann perspektivisch mittels eines bio-elektrochemischen Sensorarrays gedeckt werden, der im Rahmen des Projekts für den Nachweis von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) entwickelt wird. PFAS werden in zahlreichen Produkten verwendet, darunter wässrige filmbildende Schäume für die Brandbekämpfung, antihaftbeschichtetes Kochgeschirr, Lebensmittelverpackungen, wasserabweisende Stoffe, medizinische Geräte, Kunststoffe und Lederprodukte. PFAS werden jedoch mit verschiedenen, toxikologisch relevanten Effekten in Verbindung gebracht, wie mit veränderten Immun- und Schilddrüsenfunktionen, Leber- und Nierenerkrankungen, Lipid- und Insulinstörungen, Fortpflanzungs- und Entwicklungsstörungen oder auch der Krebsentstehung. Als unmittelbare Folge dieser Gesundheitsrisiken hat die Europäische Kommission einen Vorschlag zur Überarbeitung der Liste der prioritären Stoffe in Oberflächengewässern angenommen, unter denen 24 Verbindungen zur Gruppe der PFAS gehören.
Kartoffelpflanze und Kartoffelkäfer dienen in dieser Arbeit als Modellsystem für die chemische Ökologie der Nutzpflanzen - Insekten - Wechselwirkung mit ihrerseits weitreichenden Anwendungsmöglichkeiten für den praktischen Pflanzenschutz. Die Belastung von Kartoffelpflanzen hat großen Einfluß auf Zusammensetzung sowie Intensität der pflanzlichen Emissionen ('Volatilenmuster'). Das Differenzierungsvermögen der Kartoffelpflanzen zeigt eine deutliche Gruppierung in Reaktionen auf mechanisch/thermische Belastung, Käferfraß und oxidative Belastung/Infektion durch Mikroorganismen. Die elektrophysiologische Untersuchung der olfaktorischen Wahrnehmbarkeit von Komponenten unterschiedlicher Volatilenmuster durch den Kartoffelkäfer erlaubt es, ein hohes Differenzierungsvermögen des Kartoffelkäfers für Belastungzustände der Wirtspflanze festzustellen. Das beobachtete Wirtspflanzenfindungs- und Auswahlverhalten von Kartoffelkäfern läßt sich mit einem auf drei verschiedenen 'Distanzregimen' basierenden Modell befriedigend beschreiben. Sowohl die Auswahl der Wirtspflanze als auch Ovipositions- und 'Brutpflege'-Verhalten können entscheidenden Einfluß auf die Entwicklung der Kartoffelkäfer nehmen, insbesondere unter ansonsten suboptimalen Bedingungen. Die technische Nutzung des Geruchssinns von Kartoffelkäfern in Form eines Biosensors zwecks räumlicher und zeitlicher Optimierung von Pflanzenschutzmaßnahmen wurde demonstriert.
Biologische Detoxifikation: Biologischer Abbau von Umweltschadstoffen (Aromaten) (Beginn: 1988); Biosorption von Schwermetallen (ab 1986); Entsorgung kontaminierter Boeden; Biosensoren zur Gewaesserkontrolle (ab 1988).
Verluste von Bienenvölkern sind in Europa eng mit dem Auftreten von Bienenkrankheiten in den verschiedenen Mitgliedsstaaten verknüpft. Die Ausbreitung des eingeschleppten Bienenstockparasiten Aethina tumida (Kleiner Bienenstockkäfer - SHB) aus Italien wird die Bienenverluste noch verstärken. Dadurch werden die Bestäubungssicherheit, die durch Bienen geförderte Biodiversität in der Umwelt und der Bienenwirtschaftssektor beeinträchtigt. Ziele des Projektes sind die Entwicklung neuer Methoden zur Völkerführung (Gute imkerliche Praxis - GBP (Good Beekeeping Practices)), die Einführung und Annahme neuer klinischer Methoden, biomechanischer und innovativer molekularbiologischer Techniken unter Berücksichtigung der natürlichen Verhaltensweisen der Bienen. BPRACTICES hat einen innovativen Ansatz zur Diagnose und Vorbeugung der wichtigsten Bienenkrankheiten (Varroa destructor und damit verbundener Viren, Amerikanische und Europäische Faulbrut, Nosema spp., Aethina tumida) unter Einbeziehung der Identifikation und Validierung geeigneter Maßnahmen der guten imkerlichen Praxis. Dieser umfasst die Anwendung neuer und revolutionärer diagnostischer Techniken, wie zum Beispiel Biosensoren aus Honig und PCR Analysen aus Gemülleproben, die dazu beitragen, die Bienengesundheit zu erhalten und die Anwendung chemischer Behandlungen zu reduzieren. Dadurch wird die Qualität und Sicherheit der Bienenprodukte erhalten. Dieses nachhaltige Produktionssystem, das die natürlichen Verhaltensweisen der Bienen zur Krankheitsabwehr stärkt, wird an die Verbraucher mit Hilfe neuer Informationstechnologien (QRCode/RFID system) kommuniziert. Diese erhalten dadurch genaue Informationen über den gesamten Gewinnungsprozess der Produkte. Diese Ziele werden mit Hilfe einer fachübergreifenden Strategie durch die Kombination aus wissenschaftlicher Forschung, praktischer Sachkenntnis bei der Validierung der Methoden und in der Lebensmittelüberwachung, sowie durch betriebswirtschaftliche, gesellschaftliche und marktorientierte Auswertungen, erreicht. Dieser breite Zugang wird durch die Einbindung unterschiedlicher Akteure in den einzelnen Arbeitspaketen (WPs) ermöglicht. Diese bestehen aus Experten unterschiedlicher Fachgebiete mit verschiedenen Arbeitsschwerpunkten, aber auch aus Imkervertretern, die über die Apimondia ihr praktisches und wertvolles Wissen einbringen. Die Steigerung der Produktivität, Ausfallssicherheit und Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Produktion im Tiersektor (Research Area 1) wird durch die Verbesserung in der Völkerführung mit dem Ziel, die Verbreitung der wichtigsten Bienenkrankheiten in der EU zu beschränken, erreicht. Dies wird die Quantität, Qualität und Sicherheit der Bienenprodukte in der EU erhöhen und die wirtschaftlichen Verluste durch Krankheiten und durch suboptimale Völkerführung reduzieren. Es wird ein länderspezifischer Zugang im Hinblick auf die Bienenkrankheiten gewählt, um künftige Bedrohungen der Bienenzucht in EU abzuwenden. (Text gekürzt)
Etwa 884 Millionen Menschen, was etwa 13% der Weltbevölkerung ausmacht, haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die hierdurch verursachten Krankheiten haben Millionen von Todesfällen zur Folge. Der Zugang zu sicherem Trinkwasser kann diese Zahl erheblich reduzieren und die globale Gesundheit erhöhen. Viren sind eine der häufigsten pathogenen Verunreinigungen im Wasser. Sie sind schon in geringe Konzentrationen ansteckend und zudem über längere Zeit in der Umwelt stabil. Der Nachweis von Viren im Wasser erfordert qualifiziertes Personal und spezialisierte analytische Methoden. Die Sensibilität der heutigen Techniken reicht für Forscher jedoch nicht aus, um Proben zu generiesen, die vollständig frei von Viren sind. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, biomimetische Rezeptoren zu entwickeln, die in der Biosensor-basierten Viruserkennung verwendet werden sollen, und zudem in chromatographische Säulen und Membranfilter zur Virusentfernung eingebettet werden können. Das Projekt verbindet mathematische Modellierung und experimentelle Forschung, um den Erfolg von Epitop-Chips und chromatographischen Säulen/Membranfiltern zu erhöhen. Um hochwirksame Rezeptoren für die Viruserkennung und -erfassung zu erhalten, werden Proteine der Virusoberfläche unter Verwendung molekularer dynamischer Berechnungen simuliert. Stabilität und Konformationsänderungen der Bindungsregionen (Epitope) werden unter verschiedenen Bedingungen bestimmt, da das Verhalten biologischer Moleküle eine wichtige Rolle für ihren Wirkmechanismus spielt. Computersimulationen werden ebenfalls für das Design von Rezeptoren durchgeführt, um Herstellungsprotokolle zu optimieren. Die Rezeptoren werden dann für die Epitope unter Verwendung einer innovativen molekularen Prägetechnik synthetisiert. Biomimetik-Epitop-Rezeptoren werden für die Entwicklung von Epitop-Chips für Sensoren verwendet. Epitop-Chips werden in elektrochemischen und optischen Biosensoren eingebaut, die dadurch in der Lage sind das gesamte Virus über Epitop-Regionen zu erfassen. Die Bindungswechselwirkungen zwischen jedem Epitop-Rezeptor und Virus werden anhand von Sensor-Ergebnissen bestimmt. Die biomimetischen Rezeptoren mit hoher Affinität werden dann in chromatographische Säulen und Membranfilter für die Virusbindung und -entfernung eingebettet. Das vorgeschlagene Projekt kann zur Lösung globaler Gesundheitsprobleme beitragen, indem es empfindliche und einfach zu bedienende Erkennungs-/Entfernungsprinzipien für Viren anbietet. Heute gibt es in der Forschung viele Biosensor-Geräte auf dem Markt. Allerdings sind diese noch weit entfernt von der breiten Anwendung, sehr teuer und benötigen eine gut ausgebildete Person, um Analysen durchzuführen. Die entwickelten Epitop-Chips werden diese Lücken füllen, da sie in jedes Biosensor-Gerät integriert werden können. Der Erfolg des Projekts in chromatographischen Säulen- und Membranfilteranwendungen wird vor allem in Entwicklungsländern einen enormen Auswirkung haben.
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