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Biophysicical models for the effectiveness of different radiations

Das Projekt "Biophysicical models for the effectiveness of different radiations" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH durchgeführt. Objective: This project involves experimental and theoretical research towards a better understanding of the biological radiation actions of different radiation fields, with particular emphasis on low doses and low dose rates. It aims at an improvement of our present knowledge on somatic and genetic radiation risks of man and to help develop radiation protection instrumentation to measure the characteristic properties with regard to these endpoints in mixed radiation fields. In addition, the combined action of radiation and chemicals (also of those prevalent in the environment) will be investigated on a mechanistic level. General Information: This goal shall be reached by the development of new models based on: the improvement of biophysical track structure calculations for relevant radiation fields (photons, neutrons, electrons, ions) in particular by introducing structured cell geometry, condensed state cross sections, time dependency, and chemical and biological reactions; various codes of other authors will be compared in critical bench mark calculations; the analysis of such physical to chemical to biological track structures will be improved using new cluster algorithms and by testing biophysical models which will be developed; selective radiation biological experiments with soft X-rays and UV-photons will be performed, as well as with alpha-particles and gamma-rays; the biological systems will include appropriate transformational and inactivation assays, etc. The usefulness of a better understanding of radiation effects on members of the public has often been described in the radiation protection literature. This understanding is necessary also to improve the protection of workers and the public in the ALARA-sense of the IRCP, where overestimations of radiation risks might lead, for example, to a not optimum allocation of large resources. Collaboration is foreseen with other projects working on the improvements of dosimeters and on biological radiation effects. Achievements: Objectives of the project include calculation of secondary electrons produced in a water molecule and in a water cluster by proton and electron impact to investigate the influence of physical state on double differential ionization cross sections, testing of the geometry routines simulating a lymphocyte and calculation of single strand breaks (SSB), double strand breaks (DSB) and fields of dicentric chromosomes using simple models of deoxyribonucleic acid (DNA) interaction. A set of calculations of the double and single differential cross sections for secondary electron emission as a function of angle and secondary electron energy have been completed for the case of proton impact on a water molecule and a cluster of water molecules using methods developed for electron impact. ... Prime Contractor: GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH; Oberschleissheim; Germany.

Teilprojekt B: DVS AG

Das Projekt "Teilprojekt B: DVS AG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Saatveredelung AG durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist es, durch Phänotypisierung und Genotypisierung von drei Pflanzenmaterialsätzen, moderne QTL-Analysen und Assoziationsstudien sowie Feinkartierungen und eine Meta-Analyse Schlüsselchromosomensegmente für den Ölgehalt zu identifizieren. Es sollen molekulare Marker für eine effizientere Züchtung von Raps mit einem höheren Ölgehalt entwickelt werden. Das Teilprojekt DSV umfasst die phänotypische und genotypische Charakterisierung von drei Pflanzenmaterialsätzen im Feld und Labor. Die drei Pflanzenmaterialsätze, gespeist und erstellt aus exotischem und neuem, aktuellen Sorten- und Zuchtmaterial, werden zu diesem Zweck aufwändig an mehreren Standorten über zwei Jahre geprüft und auf ihren Ölgehalt und weitere Qualitäts- und agronomische Merkmale untersucht. Beobachtete SNPs für seltene, günstige Allele von Kandidatengenen werden verifiziert. Zusätzlich zu der phänotypischen Evaluierung erfolgt eine molekulare Charakterisierung mittels molekularer SSR- und SNP-Marker und folgend eine QTL-Kartierung. Die angestrebten Ergebnisse können zu einer umfassenden Analyse der allelischen Struktur des Rapszuchtmaterials und der Selektion besserer Sorten genutzt werden.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Henkel AG & Co. KGaA, Cosmetics , Toiletries, Biological and Clinical Research durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Prävalidierung eines Ersatz- und Ergänzungsverfahrens (Alternativmethode) im Bereich der Mutagenitätsprüfung, das das Potential besitzt, in vivo Mutagenitätsprüfungen (OECD TG 474 Mammalian Erythrocyte Micronucleus Test und OECD 475 Mammalian Bone Marrow Chromosome Aberration Test) am Nager zu ersetzen, wobei letztere wesentliche Bestandteile in behördlichen Anmelde- bzw. Zulassungsverfahren darstellen (z.B. bei Industriechemikalien und Arzneimitteln). Mit dem vorliegenden Projekt soll der HET-MN als eine hochempfindliche aber gleichzeitig spezifische Ersatzmethode weiterentwickelt werden, welche klastogene (DNS strangbrechende) und aneugene (Chromosomen-fehlverteilende) Effekte von Prüfsubstanzen zu prognostizieren in der Lage ist. Diese Methode bietet gegenüber den derzeit gängigen behördlich geforderten Tierversuchen weitere Vorteile, was die Vorhersage genotoxischer Eigenschaften verbessert und dadurch den Verbraucherschutz in diesem Bereich stärkt.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesinstitut für Risikobewertung durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Prävalidierung eines Ersatz- und Ergänzungsverfahrens (Alternativmethode) im Bereich der Mutagenitätsprüfung, das das Potential besitzt, in vivo Mutagenitätsprüfungen (OECD TG 474 Mammalian Erythrocyte Micronucleus Test und OECD 475 Mammalian Bone Marrow Chromosome Aberration Test) am Nager zu ersetzen. Die zu ersetzenden Prüfungen stellen wesentliche Bestandteile in behördlichen Anmelde- bzw. Zulassungsverfahren dar (z.B. bei Industriechemikalien und Arzneimitteln). Durch den Einsatz angebrüteter Hühnereier, wie sie bereits bei anderen, etablierten Alternativmethoden Verwendung finden (z.B. HET-CAM), soll eine hochempfindliche aber gleichzeitig spezifische Ersatzmethode weiterentwickelt werden, welche klastogene (DNS strangbrechende) und aneugene (Chromosomen-fehlverteilende) Effekte von Prüfsubstanzen zu prognostizieren in der Lage ist. Diese Methode bietet gegenüber den derzeit gängigen behördlich geforderten Tierversuchen weitere Vorteile, was die Vorhersage genotoxischer Eigenschaften verbessert und dadurch den Verbraucherschutz in diesem Bereich stärkt. Das Projekt wird sich in zwei Teile gliedern. Hauptziel im ersten Teil ist das Methodentraining, der Methodentransfer und die Etablierung einer Datenbank historischer Daten von Positiv- und Negativkontrollen. Im zweiten Teil erfolgt die eigentliche Prävalidierung der Methode an ausgewählten verblindeten Substanzen, und deren statistische Auswertung sowie ggf. eine Optimierung des Prüfmodells/der Prüfvorschrift. Die Projektergebnisse sollen in wissenschaftlichen Journalen publiziert werden. Das Hauptziel ist die Bereitstellung und Nutzung einer validierten und behördlich anerkannten Prüfmethode für den toxikologischen Endpunkt Mutagenität / Genotoxizität.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsklinikum Essen (AöR), Institut für Medizinische Strahlenbiologie durchgeführt. Ziel des vorliegenden Projektes ist es den Einfluss der Chromatinstruktur auf die Funktion des B-NHEJ zu untersuchen und zu testen inwiefern die starke Einschränkung dieses Reparaturweges, die in G0 Zellen beobachtet wird, auf die Kondensierung des Chromatins zurückzuführen ist. Folgende Aspekte werden untersucht: Die Kondensierung des Chromatins in G0 Zellen durch DAPI Färbung in Kombination mit quant. Bildanalyse. Der Einfluss von Änderungen der Chromatinstruktur durch hypotonische Behandlung auf den B-NHEJ in G0-Zellen. Die Zusammenhänge zwischen Änderung der DNA Methylierung und Chromatin Kondensierung. Dafür wird die Behandlung mit 5-Aza-C durch DAPI Färbung und Messung der B-NHEJ Aktivität optimiert. Unter optimierten Bedingungen wird die DNA Methylierung mittels Elisa bestimmt, durch Sequenzierung von Bisulfit modifizierter DNA in Gruppen von 3-6 CpGs verifiziert und der Methylierungsstatus der DNA in Promotorbereichen quant. durch Methylierungsprofil-Chips erfasst. Der Methylierungsstatus von G0 und G1 Zellen wird untereinander und mit Parametern, die die B-NHEJ Aktivität beeinflussen verglichen. Der Einfluss von miRNAs der DNMT1 auf die Aktivität von B-NHEJ wird erfasst. Die Auswirkungen von Proteinen der HP1 Familie wird durch Überexpression und Suppression mittels RNA-Interferenz auf die B-NHEJ Aktivität bestimmt. Da Zellen mit Defekten in DNA-PKcs keine Hemmung von B-NHEJ in G0 zeigen, sollen die Wechselwirkungen von DNA-PK auf die Chromatinstruktur analysiert werden.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Harlan Cytotest Cell Research GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Prävalidierung eines Ersatz- und Ergänzungsverfahres (Alternativemethode) im Bereich der Mutagenitätsprüfung, das das Potential besitzt, in vivo Mutagenitätsprüfungen (OECD TG 474 Mammalian Erythrocyte Test und OECD 475 Mammalian Bone Marrow Chromosome Aberration Test) am Nager zu ersetzen, wobei letztere wesentliche Bestandteil in behördlichen Anmelde- bzw. Zulassungsverfahren darstellen (z.B. bei Industriechemikalien und Arzneimitteln). Mit dem vorliegenden Projekt soll der HET-MN als eine hochempfindliche aber gleichzeitig spezifische Ersatzmethode weiterentwickelt werden, welche klastogene (DNS brechende) und aneugene (Chromosomen-fehlverteilende) Effekte von Prüfsubstanzen zu prognostizieren in der Lage ist. Diese Methode bietet gegenüber den derzeit gängigen behördlich geforderten Tierversuchen weitere Vorteile, was die Vorhersage genotoxischer Eigenschaften verbessert und dadurch den Verbraucherschutz in diesem Bereich stärkt.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg Universität Mainz, IMBEI Institut für Medizinische Biometrie, Epidemiologie und Informatik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung des Zusammenhangs zwischen therapeutischer Strahlenexposition im Kindesalter mit genetischen Veränderungen in Bezug auf Langzeitfolgen. Dies soll mit epidemiologischen Methoden im Rahmen einer Kohorten-Studie zur Auswertung der im DKKR erfassten Zweittumor-Ereignisse untersucht werden (AP1). Mit einer molekularepidemiologischen Fall-Kontroll-Studie werden Zellproben von Personen ohne Tumorereignis mit denen von Patienten von primären und sekundären Tumoren in Bezug auf das Genom und Genexpression vor und nach Bestrahlung verglichen (AP2). Die notwendigen statistischen Mittel werden in AP3 entwickelt. Strahlenbedingte epigenetische Veränderungen in der Genregulation werden in AP4 untersucht. Untersuchungen auf genomischer Ebene zur Erforschung spontaner und strahleninduzierter Veränderungen der Telomere und (AP 7a) dosimetrische Untersuchungen zur Ganzkörperdosisbelastung durch strahlentherapeutische Behandlungen mittels strahleninduzierter genomischer Läsionen (AP7b) sind geplant AP1: Für die Kohorte der Fälle im DKKR wird die Häufigkeit der Zweittumoren analysiert und für Patienten mit Zweittumoren und passende Kontrollen die Strahlenexposition ermittelt. In AP4 werden SNP- und Methylierungsassays sowie Pyrosequenzierung zur Untersuchung der aus AP2 bereitgestellten Proben vor und nach Bestrahlung herangezogen. In AP7a werden die Telomerlängen bei 21 Proben mittels quantitativer FiSH und anschließender durchflusszytometrischer Quantifizierung und quantitativer PCR bestimmt. Es werden Kinetiken von Dosiswirkungsbeziehungen erstellt. In AP7b wird die Strahlenbelastung von Patienten nach der Behandlung mit dem gamma-H2AX Assay ermittelt und verglichen. Zusätzlich soll die Tauglichkeit weiterer Bioindikatoren zum Nachweis sehr niedriger Dosen getestet werden.

Entwicklung von Werkzeugen zur Diagnose und Therapie durch das Gentechnikverfahren 'Electric Field Pulse Techniques'

Das Projekt "Entwicklung von Werkzeugen zur Diagnose und Therapie durch das Gentechnikverfahren 'Electric Field Pulse Techniques'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Biozentrum, Lehrstuhl für Biotechnologie durchgeführt. The ability to change the properties of cells by genetic engineering has led to the development of highly sensitive tools to detect genetic disorders on the cellular and membrane level. The conventional fusion and gene transfer techniques which largely use chemicals or inactivated virus are not always very efficient and are founded partially on an empirical basis. The development of electrical field pulse methods for in vitro cell fusion and for DNA transfer across biological membranes by the Institute of Biotechnology at the University Wuerzburg may well represent an interesting alternative to the conventional methods since they allow the processes of fusion and gene transfer to be monitored by optical means and to be controlled by precise techniques based on physical principles. The technique can be used in the detection and identification of chromosomal aberrations induced by mutagenic and clastogenic agents or by irradiation. Techniques such as electrostimulation and electro-rotation which were recently developed for growth stimulation of cultured cells and for recognition of membrane and cellular properties may offer a promising way to solve theses problems and requirements. Both the latter techniques are closely linked from an apparative and theoretical standpoint to electrofusion and electrotransfection. The electric field techniques are therefore expected, to allow the health care of the Egyptian people to be improved at relatively low cost. Cooperation between the Institute of Biotechnology, Wuerzburg and the Human Genetics Department of the University of Alexandria has been involved in public health services for a long time.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH durchgeführt. Das Hauptziel des Vorhabens ist die Aufklärung der grundlegenden Mechanismen der frühen Prozessierung heterochromatischer DNA Schäden, um so die zellulären Auswirkungen einer fehlerhaften Reparatur im HC besser abschätzen zu können. Im Besonderen soll die Rolle der nach Ionenbestrahlung in Heterochromatin gefundenen lokalen Dekondensation und Relokalisation der Schäden in der Reparatur untersucht werden. Verschiedene Schwerpunkte des Einflusses der Schadenskomplexität auf die Prozessierung von DNA DSBs im Kontext der Kernarchitektur werden im Verbund von einem HGF Laboratorium und zwei universitären Partnern bearbeitet. Die räumliche und zeitliche Koordination von Reparaturfaktoren an DNA Schäden nach Röntgen - bzw. dicht ionisierenden Teilchenstrahlen wird an den Strahlplätzen der GSI mit innovativsten Bestrahlungstechnologien und hochauflösender Lebendzell-Mikroskopie untersucht. Parallel verlaufende molekularbiologische Arbeiten erlauben einen Einblick und auch einen Eingriff in die molekularen Abläufe der frühen Prozessierung. Neue Fluoreszenztechniken wie z.B. FLIM (fluorescence lifetime imaging) werden am Strahlplatz etabliert um dynamische Prozesse der lokalen Schadensantwort im Kontext der Chromatinstruktur zu messen.

Teilvorhaben B

Das Projekt "Teilvorhaben B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung durchgeführt. Background: With the advance of next-generation sequencing technologies, the in silico mapping and analyzing strategies have opened an efficient way for rapid discovery of agronomically important genes. A strategy called SHOREmap (Schneeberger et al., Nature Methods 2009 6:550) has been proposed which allows rapid gene identification by simultaneous mapping and mutation identification by deep sequencing. In this way genes can be isolated directly from sequenced phenotypic bulks of segregating populations. Objectives: As a proof of concept experiment, mapping and identification of the bolting gene B2 in sugar beet by whole genome resequencing is the major objective of this project. Moreover, we will develop an efficient bulked sequencing strategy for sugar beet and optimize the NGS data processing pipeline in a species-specific manner. Results: An F2 population segregating for B2 locus has been produced after crossing a B. vulgaris ssp. vulgaris biennial mutant with an annual wild beet (B. vulgaris ssp. maritima). After whole genome resequencing of the two phenotypic pools (bolting, non-bolting) from the F2 population, short reads generated from both pools were mapped to the beet reference sequence RefBeet-0.9 separately. A candidate genomic region ca.1.5Mb covering the B2 locus on chromosome 9 has been identified by a novel approach based on our own algorithms. In silico mapping and evaluation of candidate sequences are underway in order to narrow down the candidate region and to characterize the candidate gene.

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