Es handelt sich um ein Teilprojekt des Forschungsschwerpunktprogramms 'Genetische und molekulare Aufklaerung von Prozessen der Merkmalsauspraegung bei Nutzpflanzen'. Mit Hilfe der AFLP-Technik wurde fuer die Sonnenblume eine Genomkarte mit 166 Markern erstellt. Diese Marker ordnen sich in 18 Kopplungsgruppen an und umfassen 927.6 cM. RFLP-Sonden (genomische Klone aus der Sonnenblumen, cDNA-Klone aus Arabidopsis und Lactuca sativa) sollen im weiteren in diese Karte integriert werden, die dann als Grundlage fuer die Kartierung und Isolierung von agronomisch interessanten Genen dienen kann. Mit Hilfe von 'Bulked-Segregant-Analysen' wurden bereits ueber die RAPD- und die AFLP-Technik molekulare Marker identifiziert, die mit dem Restorergen Rf1, das fuer die Wiederherstellung der Pollenfertilitaet in Gegenwart des CMS-induzierenden Plasmas PET1 verantwortlich ist, cosegregieren. Hiermit stehen jetzt molekulare Marker zur Verfuegung, die markergestuetzte Rueckkreuzungen erlauben. Die Isolierung des Restoregens ueber eine Positionsklonierung erfordert zunaechst eine Erweiterung der F2-Population auf mehr als 1000 Individuen, um Marker identifizieren zu koennen, die unter 0,05 cM mit dem Gen gekoppelt sind und damit das Gen auf einem BAC-Klon von durchschnittlich 150 kb beidseitig flankieren koennen.
Die Einzellgelelektrophorese (Comet-assay) ist ein einfacher und schneller Genotoxizitaetstest fuer Saeugerzellen. Die waehrend der Elektrophorese aus dem Kern auswandernde DNA (Kometenschweif) dient als Mass fuer die Erbgutschaedigung. An isolierten Zellkernen der Ackerbohne sollen die experimentellen Bedingungen fuer einen effizienten und reproduzierbaren Einsatz dieses Testsystems an Pflanzen (bei moeglichst niedrigen Kontrollwerten) gefunden werden. Zunaechst ist der Einfluss des Differenzierungsgrades und der Zellzyklusphase unter Kontroll- und Expositionsbedingungen auf die Schweifbildung zu erfassen. Gleichzeitig werden die der Schweifbildung unter alkalischen bzw. neutralen Bedingungen zugrunde liegenden Mechanismen untersucht. Fuer geeignete Mutagene, die Doppelstrangbrueche, Einzelstrangbrueche oder DNA-Addukte erzeugen, werden Dosiswirkungsbeziehungen erfasst und Korrelationen von Schweifbildung mit der Frequenz der Primaerschaeden bzw. der Endpunkte der genotoxischen Wirkung (SCE, Chromatidenaberrationen) untersucht. Der Einfluss von Reparaturzeiten, adaptiven Bedingungen bzw. Reparaturinhibitoren auf die Schweifbildung ist zu erfassen. In situ Hybridisierung mit DNA-Sonden aus spezifischen Chromatindomaenen soll erweisen, inwieweit diese - im Vergleich zu anderen Endpunkten - zufallsgemaess oder preferentiell an der Schweifbildung beteiligt sind.
Protozoen sind als wesentliche Elemente von Biofilmen in der Lage, sehr rasch auf Änderungen im Betrieb von biologischen Abwasserreinigungsanlagen zu reagieren. Die ihr Wachstum beeinflussenden Faktoren sind weitgehend ungeklärt. Klassische Populationsanalysen in Kombination mit der Anwendung spezifischer rRNS-gerichteter Sonden und der entsprechenden Hybridisierungstechniken sollen ein möglichst vollständiges Bild der Diversität von Protozoen in den zu untersuchenden Anlagen geben. Die vielfach schwierigen und arbeitsintensiven klassischen Identifizierungsmethoden sollen vermehrt durch in-situ-Sondertechniken ergänzt werden. Sequenzanalysen von rDNS aus isolierten sowie kultivierten Organismen sollen zur Entwicklung weiterer rRNS-gerichteter Oligonukleotidsonden führen. Mit Projektende soll ein Sondensatz zur Verfügung stehen, mit dem schnell und effektiv umfassende Populationsanalysen durchgeführt und Lebenszyklen untersucht werden können. Parallel dazu sollen Labor- und Feldexperimente Aufschluss über die Nahrungsbeziehungen ausgewählter Organismen bzw. Organismengesellschaften geben, um so deren ökologische Bedeutung für Funktion und Betrieb der Kläranlagen bewerten zu können. Ein Hauptaugenmerk gilt dabei Untersuchungen zur Selektivität des Fraßverhaltens gegenüber Mikroorganismen.
Es soll eine praxistaugliche, sowie quantitative Systemanalyse zur Hochdurchsatzvergärung von nachwachsenden Rohstoffen und sonstigen Biogasanlagen erarbeitet werden, um die bislang mikrobiologische 'Black Box' solcher Biogasanlagen besser verstehen zu können. Aufbauend auf bereits erfolgten RFLP-Analysen (RFLP = Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus) wurden für die primär an der Methanogenese beteiligten Organismengruppen sog. FISH-Gensonden (FISH = Fluoreszenz In-situ Hybridisierung) spezifisch erstellt. Die FISH-Methodik ist im Gegensatz zur RFLP-Methodik quantitativ und die Bakterien können über stark fluoreszierende Gensonden eingruppiert werden, wobei die Bakterien in Größe und Form im Mikroskop sichtbar sind. Dabei wurde herausgefunden, dass man die vier indikativen Hauptgruppen der methanbildenden Mikroorganismen auch ganz allein über eine für Methanbildner charakteristische Eigenfluoreszenz mit Hilfe von digitalen Bildanalysen quantifizieren kann. Hinter dieser Eigenfluoreszenz verbirgt sich der Elektronen transportierende, einzigartige Faktor 420 der Methanbildner, der bei der Wellenlänge 420 nm selektiv angeregt wird. Damit lässt sich die Funktionalität einer Biogasanlage sehr schnell einschätzen. Der Zeitaufwand (kleiner als 1 Tag) und die Kosten ist für fluoreszenzmikroskopische Bildanalysen deutlich geringer. Dabei wird von jedem Biogasreaktor ein spezifisches Fingerprinting der beteiligten mikrobiellen Morphotypen erstellt QMF, Quantitatives Mikroskopisches Fingerprinting). Zur Zeit läuft eine EU geförderte Zusammenarbeit mit der University of Applied Sciences in Turku, die diese Methode mit Methoden der Molekularbiologie und der Zellkulturtechnik zu vergleichen versucht, was bisher noch nicht im Direktvergleich durchgeführt wurde. Dabei kommt die Flow Cytometry als auch die Metagenombestimmung eines Modell-Biogasfermenters zum Einsatz. Ziel ist es, reproduzierbare Handlungsweisen zum sicheren Start und Betrieb einer Hochdurchsatzvergärung zu erarbeiten, damit dieses Wissen von Betreibern genutzt werden kann.
Ziel ist die Entwicklung einer neuen molekulargenetischen Methodik, die es erlaubt, prä-leukämische Zellen bei gesunden Kindern hochsensitiv zu detektieren.Es sollen genetisch veränderte, aber noch nicht vollständig maligne Zellen in einem Vor-Leukämie-Stadium erkannt werden. In den klinisch manifesten Leukämieerkrankungen bei Kindern sind insbesondere die Translokationen t(12;21), t(11;19), t(4;11), t(1;19) und t(9;11) von besonderem Interesse, so dass sich die zu entwickelnde Methodik auf diese häufigen Fälle konzentriert. Damit ergeben sich folgende Einzelziele:-Literaturübersicht über den Stand der Technik zum Nachweis von 'Prä-Leukämiezellen'-Entwicklung geeigneter Sonden zum Nachweis der Rearrangements ETV6/Runx1, MLL/ENL, MLL/AF9, MLL/AF4 und E2A/PbX1, die den oben genannten zytogenetischen Veränderungen entsprechen bzw. deren molekulargenetisches Äquivalent darstellen.
Das Institut für Nano- und Biotechnologien der Fachhochschule Aachen (Labor für Chemo- und Biosensorik; Labor für Pflanzenbiotechnologie) will im Rahmen des geplanten interdisziplinären Vorhabens einen optimierten Betrieb von Biogasfermentern mit Hilfe eines neuartigen Feldeffekt-Biosensors auf Basis eines lichtadressierbaren potentiometrischen Sensors ('Bio-LAPS') entwickeln. Dies beinhaltet die Entwicklung eines Feldeffekt-Biosensors zur Überwachung der Vitalität von Bakterien anhand derer metabolischen Aktivität, die Entwicklung eines Anaerob-Parallelfermentersystems sowie die Herstellung artenspezifischer DNA-Sonden zur Bakterienidentifikation auf Basis der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben ist grundlagenorientiert. Der Arbeitsplan unterteilt sich in 3 Arbeitspakte. Diese werden im Antrag detailliert beschrieben. Während des Projektzeitraums und darüber hinaus sollen die erzielten Ergebnisse durch entsprechende Veröffentlichungen publiziert werden. Bei einer erfolgreichen Entwicklung der im Vorhaben vorgeschlagenen bioanalytischen Kontrollmethoden soll im nächsten Schritt ein up-scaling durchgeführt werden.
Die Verwendung von Holz als Baustoff oder in der Papier- und Moebelindustrie wird entscheidend von dessen anatomischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmt. Waehrend bei vielen Baumarten Kenntnisse ueber den Zusammenhang dieser Eigenschaften bestehen, ist weitgehend unbekannt, welche genetischen Parameter diese Eigenschaften steuern. Wenn mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden genetische Marker identifiziert werden koennten, zu denen Korrelationen mit bestimmten Holzeigenschaften bestehen, waeren bereits zu einem fruehen Zeitpunkt Baeume zu selektieren, die im Nutzungsalter die gewuenschten Holzeigenschaften haben. Entsprechende Moeglichkeiten sollen in dem von der Europaeischen Union gefoerderten Projekt 'Genetische Verbesserung der Holzqualitaet durch gesteigerte Selektionseffizienz fuer verschiedene Endnutzungen' mit den Partnerlaendern England, Frankreich, Oesterreich, Portugal und Schweden untersucht werden. Die Untersuchungen erfolgen an den Baumarten Fichte (Picea abies), Seestrandkiefer (Pinus pinaster) und Eukalyptus (Eucalyptus globulus). Ausgewaehltes Material dieser Baumarten wird von den einzelnen Partnern mittels verschiedener Methoden auf chemische, mechanische und Verarbeitungseigenschaften sowie auf genetische Merkmale hin analysiert. Auf der Grundlage der gewonnenen Ergebnisse sollen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden fuer verschiedene Holzeigenschaften DNA-Marker identifiziert werden. Diese koennen gezielt fuer eine markergestuetzte Selektion eingesetzt werden. Gewuenschte Genotypen koennten sodann bei den genannten Baumarten mit Hilfe der entsprechenden molekularen Marker mit geringem Kostenaufwand selektiert und im Rahmen von Zuechtungsprogrammen frueher genutzt werden.
Aus dem Boden eines Weizendauerkulturfeldes in Nordhessen wurde eine mykophage Vampiramoebe (VA) isoliert. Nach Entwicklung einer zuverlaessigen Kulturmethode wurden die Auswirkungen verschiedener Pflanzenschutzmittel und die Nahrungsgrundlage der VA studiert. Mittels mikroskopischer Untersuchungen und Videozeitrafferaufnahmen wird versucht den kompletten Lebenszyklus der VA aufzuklaeren. Die taxonomische Einordnung erfolgt auf der Basis molekularbiologischer Verfahren. Mit einer spezifischen cDNA-Sonde soll die Verbreitung der VA in Ackerboeden ermittelt werden.
Methanotrophe Bakterien haben die Fähigkeit Methan als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle zu verwerten. Die Oxidation von Methan erfolgt in vier Schritten über die Bildung von Methanol, Formaldehyd und Format, das dann zu C02 oxidiert wird. Die Inkorporation von Kohlenstoff in die Zellbiomasse erfolgt auf dem Oxidationsniveau von Formaldehyd. Nach C02 ist Methan das wichtigste Treibhausgas und methanotrophe Bakterien spielen eine wesentliche Rolle bei der Reduktion von Methanemissionen. Es wird angenommen, dass die Oxidation von Methan in anaeroben Habitaten durch ein Konsortium von Methanogenen und Sulfatreduzierern durchgeführt wird. Methan ist 26-30 Mal effektiver in der Absorption und Refektion von langwelliger Strahlung als C02, und daher verringert eine Oxidation von Methan den Treibhauseffekt beträchtlich. Mülldeponien produzieren ca. 10 Prozent des in die Atmosphäre gelangenden Methans und es wurde gezeigt, dass Abdeckschichten von Mülldeponien methanotrophe Populationen mit einem hohen Methanoxidationspotenzial enthalten. Um die Fähigkeit von methanotrophen Bakterien, Methan zu oxidieren, zur Verringerung des Treibhauseffektes voll zum Einsatz zu bringen, sind detaillierte Analysen bezüglich ihrer Diversität und Ökologie notwendig. Derartige Studien wurden vielfach durchgeführt, die aber durch das Fehlen von einfachen, standardisierbaren Methoden, die ebenso einen hohen Durchsatz ermöglichen, nicht in die Praxis umgesetzt werden konnten. Daher sind immer noch nur eingeschränkt Informationen über ökologische Nischen, die von verschiedenen bakteriellen Spezies und Genera besiedelt werden, verfügbar. Ein derartiges Wissen ist jedoch Voraussetzung zur Entwicklung von neuen Strategien zur Verringerung der Methanemission. Die Expertise unseres Forschungsteams soll in diesem Projekt dazu genutzt werden, einen DNA Chip zur raschen und detaillierten Analyse der Diversität und Funktion von methanotrophen Gemeinschaften zu entwickeln. Der entwickelte DNA Chip soll zuerst an Bodenproben aus Experimenten, die die Untersuchung von Mülldeponien zum Inhalt haben, getestet werden. Die erhaltenen Daten zur Diversität und Funktion der methanotrophen Gemeinschaft in ihrem natürlichen Habitat werden es erstmals ermöglichen, bestimmte Spezies zu ökologischen Nischen zuzuordnen. Weiters soll die gegenwärtige Theorie bezüglich der anaeroben Methanoxidation überprüft werden. Das erhaltene Wissen soll dazu eingesetzt werden, neue Praktiken zur Verringerung der Methanoxidation für Betreiber von Mülldeponien auszuarbeiten. Ebenso soll der entwickelte DNA Chip zur Untersuchung schon analysierter Proben verwendet werden, um erweiterte Kenntnisse über die Zugehörigkeit von bakteriellen Spezies zu ökologischen Nische zu erhalten.
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