Die Projektidee beruht darauf, dass manche Arten, Varietäten oder Provenienzen der Ulmen und Douglasien Resistenzen gegenüber den Erregern des Ulmensterbens bzw. der Douglasienschütte besitzen. Die Hintergründe für diese Krankheitsresistenzen sind bisher unbekannt und können durch das Pflanzengenom, durch epigenetische Veränderungen und/oder durch das Mikrobiom gefördert werden. Die chinesische Ulme (Ulmus parvifolia) ist, im Gegensatz zu der einheimischen Bergulme (U. glabra), oft resistent gegenüber dem Erreger des Ulmensterbens (Ophiostoma novo-ulmi). Bei der Douglasie (Pseudotsuga menziesii) ist bekannt, dass bei der Anfälligkeit gegenüber der Rostigen Douglasienschütte (Rhabdocline pseudotsugae) besonders Herkunftsunterschiede eine entscheidende Rolle spielen. So ist die Küstendouglasie (var. menziesii) widerstandsfähiger gegenüber dem Erreger der Krankheit als die Gebirgsdouglasie (var. glauca). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine mögliche Beteiligung des Mikrobioms und des Epigenoms an der Ausprägung der Krankheitsresistenzen untersucht werden. Unter Verwendung beider Testsysteme soll eine effektive Methode zum Transfer der Mikrobiome resistenter Arten bzw. Varietäten auf anfällige Baumarten etabliert werden. Dazu werden verschiedene Übertragungsmethoden getestet. Hervorzuheben ist, dass im Gegensatz zu anderen biologischen Kontrollsystemen, bei denen Einzelisolate oder Konsortien verwendet werden, hier das vollständige Mikrobiom der resistenten Bäume übertragen werden soll. Die Wirkung der Mikrobiom-Übertragung soll durch Resistenztests mit den entsprechenden Erregern bewertet werden. Neben der phänotypischen Bewertung werden Untersuchungen der DNA Aufschluss darüber geben, ob die Mikrobiom-Übertragung epigenetische Veränderungen an den einheimischen Baumarten ausgelöst hat, die zur Resistenz führen.
a) Zielstellung:
In diesem Forschungsprojekt sollen die Mechanismen der Wirkung von Feinstäuben mit einer neuen epigenetischen Methode untersucht werden. Diese Kenntnisse sind in der Zukunft erforderlich, auch längerfristige Wirkungen (z.B. Lungenkrebs) frühzeitig abzuschätzen. Dieses Vorhaben schafft die Grundlagen dafür, das HBM durch einen neuen Wirkungsparameter zu ergänzen und somit eine Risikobeurteilung in Zukunft möglich zu machen.
b) fachliche Begründung:
Dass eine erhöhte Feinstaubbelastung zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen kann, ist bekannt. Auch sind einige epigenetische Veränderungen (DNA-Methylierungen, miRNAs) in Blutzellen bekannt, die mit einer erhöhten Feinstaubbelastung assoziiert sind. Wichtig sind aber besonders die Wirkungen an den Zellen, die in direktem Kontakt mit den Luftschadstoffen stehen. Diese Zellen der oberen und unteren Atemwege kommen im Sputum (abgehusteter Auswurf) und in der Nasallage (Nasenspülung) vor und können daher einfach gewonnen werden.
c) Herangehensweise:
Es soll eine Probandenstudie durchgeführt werden, in der zwei Kollektive miteinander verglichen werden: Probanden, die einer hohen Feinstaubbelastung ausgesetzt sind und solche mit einer niedrigen Belastung. Zunächst soll die Nasallavage auf epigenetische Veränderungen hin untersucht werden: zum einen sollen DNA-Methylierungen (Veränderungen an der DNA selbst) und zum anderen microRNAs (regulieren die Genexpression auf RNA-Ebene) analysiert werden. Zum anderen sollen Blutproben und Sputumproben gewonnen werden, die zu einem späteren Zeitpunkt auch epigenetisch analysiert werden sollen.
d) Output:
Erstmalig wird eine umfassende epigenetische Analyse von Veränderungen von Zellen, die mit der auslösenden Noxe Feinstaub direkt in Berührung kommen, möglich sein.