Der Ploetzensee ist ein stark frequentierter Badesee im Bezirk Berlin-Wedding, der durchschnittlich 200000 Gaesten im Jahr Erholung bietet. Auch durch Sportfischer und Schwimmvereine wird der See stark genutzt. In den Jahren bis 1995 wurde eine starke Eutrophierung des Sees mit extremer Algenentwicklung beobachtet. Darueber hinaus wurden Schadstoffe im Wasser, im Sediment und in Fischen festgestellt. Ebenso wurde eine hohe bakteriologische Belastung nachgewiesen, die zu Botulismus bei Wasservoegeln gefuehrt hat. Diese Befunde liessen eine Restaurierung und Sanierung des Ploetzensees notwendig erscheinen. Das Institut fuer wassergefaehrdende Stoffe (IWS) wurde vom Senator fuer Stadtentwicklung und Umweltschutz (SenStadtUm) im Februar 1995 beauftragt, eine geeignete Restaurierungsmassnahmen fuer den Ploetzensee vorzuschlagen. Zur Entscheidung ueber ein geeignetes Verfahren wurden dem IWS drei Konzepte vorgelegt: 1) Verfahrensweise nach Pachur/Gunkel (FU/TU Berlin). 2) Verfahrensweise nach Jahn/Klein (SenStadtUm). 3) Verfahrensweise nach Ripl/Wolter (TU/GfG Berlin). Die Aufgabe des IWS bestand darin, die Konzepte zu vergleichen und im Rahmen eines gemeinsamen Gespraeches im April 1995 bei SenStadtUm die geeigneten Massnahmen vorzuschlagen, um die Grundlage fuer enen einvernehmlichen Beschluss der beteiligten Behoerden zu liefern.
Botulinum Neurotoxine (BoNT) sind die giftigsten bekannten Toxine und lösen natürlicherweise das seltene, aber potentiell lebensbedrohliche Krankheitsbild Botulismus aus. Darüber hinaus sind die BoNTs als mögliche bioterroristisch relevante Agenzien eingestuft. Ein wesentliches Element des vorliegenden Projekts ist die Konsolidierung eines im Aufbau befindlichen Toxin-Netzwerks in Deutschland, das Maßnahmen zur Entwicklung innovativer Detektionsmethoden und zur Qualitätssicherung beinhaltet. Im Projekt werden außerdem experimentelle Daten zur optimierten Probennahme und Schnelldetektion erhoben und adäquate Maßnahmen zur Dekontamination basierend auf Stabiliätsuntersuchungen auf Oberflächen in der Umwelt aufgezeigt. Diese Informationen liefern eine solide Basis für eine evidenzbasierte Risikobewertung von BoNT in der Umwelt. Die skizzierten Maßnahmen liefern im vorliegenden Forschungsprojekt erstmals für die hochvariable Familie der BoNT-Moleküle die Grundlage dafür, adäquate Managemententscheidungen zum Gesundheitsschutz der Bevölkerung anhand experimenteller, belastbarer Daten zu treffen.
Clostridium botulinum ist ein weltweit verbreitetes anaerobes Boden- und Sedimentbakterium, das sich besonders beim Vorliegen von Eiweiss gut vermehrt. Daher tritt es auch in nicht genuegend sterilisierten Lebensmitteln (z.B.: Fisch, Fleisch und Bohnenkonserven) auf. C. botulinum ist in der Lage, Toxine zu produzieren, die bei Mensch und Tier zu Botulismus, einer schweren Lebensmittelvergiftung mit oft toedlichem Ausgang, fuehren. Durch Untersuchungen von Prof. Boehnel, Universitaet Goettingen, im Rahmen eines DBU-Projektes wurde nachgewiesen, dass Kompost C. botulinum-Bakterien enthalten kann. Daraufhin wurde vom UBA ein Forschungsvorhaben zur Untersuchung von Biokomposten auf Botulinumtoxine vergeben. Das Vorhaben wurde im Januar 2001 beendet. In keiner der untersuchten Biokompostproben wurden Botulinumtoxine eindeutig nachgewiesen. Die Untersuchungen bestaetigen aber das Vorkommen von C. botulinum-Bakterien in Biokompostproben. Biokompost ist, wie wir durch Untersuchungen aus anderen Laendern wissen, sowohl im landwirtschaftlichen als auch im haeuslichen Bereich nicht die einzige Quelle fuer toxinbildende C. botulinum. Um eine realitaetsnahe Einschaetzung des Gefaehrdungspotentials zu ermoeglichen, muessen vergleichende Resikoabschaetzungen durchgefuehrt werden, die andere, schon seit langer Zeit bestehende Quellen mit einbeziehen. Dazu wurden in dem DBU-Vorhaben stichprobenartige Untersuchungen an Klaerschlamm, Guelle und Erden durchgefuehrt. Die Ergebnisse zeigen, dass auch in diesen Bereichen mit dem Auftreten von toxinbildenden C. botulinum gerechnet werden muss. Die Datenlage ist aber fuer allgemeine Schlussfolgerungen bei weitem nicht ausreichend. In diesem UFOPLAN-Vorhaben sollen daher, in Biokomposten und anderen in der landwirtschaftlichen Produktion verwendeten Stoffen sowie bei Verfahren (u.a. Anaerobanlagen) Untersuchungen zur Konzentration von C. botulinum-Bakterien durchgefuehrt werden. Dafuer sollen so weit als moeglich neu entwickelte, Tierversuch-unabhaengige Methoden eingesetzt werden. Ausserdem soll untersucht werden, wie sich C. botulinum-Bakterien und Botulinumtoxine im Boden unter natuerlichen Bedingungen verhalten. Die Ergebnisse des UFOPLAN-Projektes sollen eine realitaetsnahe Risikoabschaetzung zum Vorkommen von C. botulinum im Kompost ermoeglichen.
Clostridium botulinum ist ein weltweit verbreitetes anaerobes Boden- und Sedimentbakterium, das sich besonders beim Vorliegen von Eiweiss gut vermehrt. Daher tritt es auch in nicht genuegend sterilisierten Lebensmitteln (z.B.: Fisch, Fleisch und Bohnenkonserven) auf. C. botulinum ist in der Lage, Toxine zu produzieren, die bei Mensch und Tier zu Botulismus, einer schweren Lebensmittelvergiftung mit oft toedlichem Ausgang, fuehren. Duch Untersuchungen von Prof. Boehnel, Universitaet Goettingen wurde nachgewiesen, dass Kompost C. botulinum enthalten kann. Daraufhin wurden von der DBU ein Forschungsprojekt initiiert, bei dem in verschiedenen Biokompostanlagen der Biokompost auf das Vorkommen von C. botulinum untersucht wird. Dieses Projekt hat als Schwerpunkt die Untersuchung von Biokompostanlagen in Niedersachsen und wird noch bis August 1999 laufen. Die bisherigen Ergebnisse dieses Projekts zeigen eine weite Verbreitung des Bakteriums C. botulinum mit der Faehigkeit Toxine zu bilden im Biokompost. In Laborexperimenten konnte nachgewiesen werden, dass diese Bakterien bei Lagerung des Kompostes unter feuchten und sauerstoffarmen Bedingungen auch tatsaechlich Toxine bilden. Aus diesen Ergebnissen kann eine moegliche Gefaehrdung von landwirtschaftlichen Nutztieren aber auch von Endverbrauchern (moeglicherweise z.B. durch Blumenerde) unterstellt werden. Die bisherigen Ergebnisse zur Toxinproduktion stuetzen sich nur auf Laborexperimente, bei denen fuer die Clostridien guenstige Wachstumsbedingungen eingestellt wurden. In diesem UFOPLAN-Vorhaben soll in der Praxis untersucht werden, ob beim Weg von der Herstellung des Kompostes zum Verbraucher und bei der Verwendung des Kompostes im Haushalt Bedingungen auftreten, die ein Wachstum und Toxinproduktion von C. botulinum ermoeglichen. Die Ergebnisse des UFOPLAN-Projektes sollen eine Risikoabschaetzung zum Vorkommens von C. botulinum bei der Verwendung von Komposten im Haushalt ermoeglichen und die Formulierung von eventuell notwendigen Vorsorgemassnahmen erleichtern.
Die gesetzlich vorgeschriebene Wirksamkeitsbestimmung der als Arzneimittel und Kosmetika hergestellten Botulinum-Neurotoxine BoNT/A und BoNT/B mittels LD50-Test erfordert jährlich über 600.000 Mäuse. Dieser qualvolle Tierversuch soll ersetzt werden. Wir wollen Assays entwickeln, die den Wirkmechanismus der Toxine (Bindung an Neuronen - Translokation in die Zelle - Spaltung neuronaler Proteine) in vitro abbilden. Botulinum-Neurotoxine wirken nach demselben Prinzip wie das Tetanus-Neurotoxin (TeNT). Wir haben bereits eine In-Vitro-Methode zur Bestimmung von TeNT entwickelt, die aktives Toxin anhand seiner Bindungsfähigkeit und Proteaseaktivität nachweist. Diese Strategie soll nun auf BoNT/A und BoNT/B übertragen werden und als Alternativtest dienen. Hierzu müssen zunächst die in dem Test verwendeten Bindungs- und Substratmoleküle an die Rezeptor- und Proteasespezifitäten der jeweiligen Botulinumtoxine angepasst und die Testbedingungen für jedes Toxin umfassend optimiert werden. Danach soll die Transferierbarkeit der Methode in andere Labore geprüft und ein Vergleich mit dem Tierversuch durchgeführt werden. Schließlich soll zur Validierung der Methode ein europäischer Ringversuch initiiert werden. Nach der Validierung wird eine Aufnahme der Methode in das Europäische Arzneibuch angestrebt, um eine breite Anwendung anstelle der LD50-Tests zu erreichen. Zudem soll geprüft werden, ob sich die Methode auch für weitergehende Anwendungen (z.B. Prüfung von Botulismusimpfstoffen) eignet.
Die Detektion von Botulinum Neurotoxinen (BoNT) ist aufgrund ihrer hohen Toxizität und der zahlreichen Toxinvarianten (7 Serotypen, mehr als 35 Subtypen) außerordentlich schwierig. Als Goldstandard zur Diagnostik von Botulismus-Verdachtsproben gilt der nach DIN10102 vorgeschriebene Mausbioassay. Hierfür werden nach Schätzungen des RKI pro Jahr in Deutschland 8.000-10.000 Mäuse benötigt. Ziel des Kooperationsprojekts des Robert Koch-Instituts und der Medizinischen Hochschule Hannover ist die Erforschung eines innovativen, hochsensitiven in vitro-Verfahrens zum funktionellen und immunologischen Nachweis aller BoNT-Moleküle aus Realproben und dessen Etablierung, um den Mausbioassay im Rahmen der Botulismusdiagnostik zu ersetzen. Im Projekt werden maßgeschneiderte Bindungsmoleküle konstruiert, um verschiedene Aspekte der funktionellen Aktivität von BoNT in einem Multiplex-Suspensionsarray in vitro zu erfassen. Das Verfahren, das für die Anwendung im mikrobiologisch-klinischen Routinelabor geeignet ist, wird gegenüber etablierten Methoden zur funktionellen Detektion von BoNT prävalidiert. Die Realisierung des Vorhabens stellt einen wichtigen Beitrag zur komplexen Diagnostik von Botulismus dar und wird im Sinne des 3R-Konzepts dazu beitragen, Tierversuche im Bereich Botulismusdiagnostik durch ein in-vitro-Verfahren zu ersetzen.
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