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Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsklinikum Essen (AöR), Institut für Medizinische Strahlenbiologie durchgeführt. Das Gesamtziel des vorliegenden Vorhabens, das in drei Arbeitspaketen (WP) aufgegliedert ist, ist es, den Beitrag der Komplexität eines durch ionisierende Strahlung induzierten DNA Doppelstrangbruches (DSBs) auf die Auswahl des Reparaturweges, die Erzeugung von Verarbeitungsfehlern, wie auch auf die Aktivierung von Checkpoints im Zellzyklus zu untersuchen. Speziell, wird die Hypothese geprüft, dass DSB-Cluster eine höchst gefährliche Form der DNA-Schädigung darstellen, mit einem besonders hohen Risiko für misrepair, die schließlich zum Zelltod oder genomische Instabilität führt. Weitere Stufen der DSB-Komplexität werden durch kombinierte Behandlung mit ionisierender Strahlung und Cisplatin erreicht. Cisplatin ist eines der erfolgreichsten Chemotherapeutika in der Krebstherapie, das oft mit Bestrahlung kombiniert wird. Cisplatinresistenz stellt ein zentrales Problem in der klinischen Anwendung dar und wird von Faktoren beeinflusst, die hier untersucht werden. WP3: Prof. Iliakis 1. Konstrukt Aufbau zur Untersuchung der Auswirkungen der DSB-Cluster-Komplexität in Bezug auf DSB-Zahl und Entfernung, wie auch auf die Wahrscheinlichkeit für misrepair. 2. Chromosomenaberration und Zellüberleben werden untersucht, und Genomveränderungen durch Next Generation Sequencing (NGS) analysiert. WP4: Prof. Iliakis 1. Zelllinien mit regulierbaren I-SceI Expression werden erzeugt um Zellüberleben und Chromosomenaberrationen zu messen. 2. NGS wird eingesetzt um fehlerhafte Verarbeitung von DSB und DSB-Cluster genauer zu analysieren, und Genexpressionsmuster untersucht. WP5: Prof. Stuschke 1. Wechselwirkungen von Cisplatin und IR in der G1-, S- und G2-Phase des Zellzyklus, wie auch der Einsatz von NHEJ und HRR werden untersucht. Letzteres auch durch den Einsatz I-SceI-induzierten DSB in speziell integrierten Konstrukten 2. Die Wirkung von Cisplatin und IR auf DSB-Resektion, Checkpoint Aktivierung und Chromatinstruktur werden nach einzeln und fraktionierter Bestrahlung untersucht.

Expressed Sequence Tags (ESTS) of Toxic Algae (ESTTAL)

Das Projekt "Expressed Sequence Tags (ESTS) of Toxic Algae (ESTTAL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Harmful algal blooms (HABs) are caused by local proliferation of algae, with deleterious consequences, particularly in coastal waters throughout the world. Negative environmental effects include toxicity to human consumers of seafood, marine faunal mortalities or morbidity, habitat damage, disruption of marine food webs and economic losses to fishing, aquaculture, and tourism. In Europe, socio-economic factors and human health risk have led to comprehensive surveillance programmes for harmful microalgae and their toxins. Among harmful microalgae and cyanobacteria in European marine and brackish waters, many produce potent neurotoxins, ichthyotoxins or hepatotoxins. Although structural elucidation of many of these groups of toxins has advanced, much less is known about biosynthetic pathways and gene regulation in toxigenic species. We propose a limited genomic study of expressed sequence tags (ESTs) for toxigenic representatives of major eukaryotic microalgal groups, including dinoflagellates, raphidophytes, prymnesiophytes and diatoms, and cyanobacteria. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. After cloning of cDNA of toxigenic strains pooled from cultures grown under these different conditions into plasmid vectors, about 10,000 clones from each taxon will be randomly sequenced for ESTs. Our approach is to annotate the ESTs and attempt to identify genes associated with toxin production. DNA microarrays will be developed for screening of toxigenic and non-toxigenic strains. In addition, the sequence data will be analysed to identify other genes that may be involved in cell regulation or growth, cell cycle events, stress response and the induction of sexuality. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. Successful completion of this project will yield new information on microalgal and cyanobacterial genomic sequences for a diversity of taxa and will assist in the diagnosis of genes related to toxin biosynthesis and the formation of toxic blooms.

Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft

Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie, Forschungseinheit biologische Ozeanographie durchgeführt. Within the last 150 years, sea urchins have progressively become important model organisms in the fields of comparative ontogeny, evolutionary biology, systems biology and marine medicine. Vast amounts of information are accessible on embryonic development and the regulation of gene expression in sea urchin early life stages. The enormous interest in these organisms culminated in the sequencing of the complete genome of the California sea urchin, Strongylocentrotus purpuratus, enabling exciting comparative studies on unifying principles in cellular stress responses and the development of immune systems within the animal kingdom. With a large number of human disease gene orthologs present in the sea urchin genome and recent findings of sea urchin embryonic development being highly sensitive to ocean acidification, we propose to establish this animal model system in Kiel to serve both, groups A1 (Ocean acidification) and B2 (Marine medicine). Initial experiments will focus on identifying stressor induced transcriptome variability, with the primary stressors being temperature and CO2.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Identifizierung molekularer Marker zur Detektion von Bioregulatoren, die die Produktivität und Qualität von Pflanzen steigern. Dazu sollen die Effekte bekannter Bioregulatoren auf der Ebene von Genregulation und Expression unter verschiedenen Wachstumsbedingungen untersucht werden. Die Verfügbarkeit umfassender genomischer Daten für den Modelorganismus Arabidopsis ermöglicht dabei die Erstellung von Genexpressions- und Proteomprofilen. Durch Vergleich dieser Profile mit den biochemischen und morphologischen Effekten der Bioregulatoren, können Gene und Proteine identifiziert werden, deren erhöhte oder verringerte Aktivität in direktem Zusammenhang mit dem Wachstum und der Produktivität der Pflanze steht. Basierend auf diesen universellen Marker werden dann Zellassays entwickelt, die zur Identifizierung und Entwicklung neuer Bioregulatoren für den Nutzpflanzenbereich geeignet sind. Bei erfolgreicher Umsetzung liefert das Projekt nicht nur molekulare Marker und Assays für einen nachhaltigen Pflanzenschutz, sondern auch grundlegendes Wissen über zelluläre Abläufe bei Pflanzen, die für nachfolgende systembiologische Ansätze genutzt werden können.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayer CropScience AG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Identifizierung molekularer Marker zur Detektion von Bioregulatoren, die die Produktivität und Qualität von Pflanzen steigern. Dazu sollen die Effekte bekannter Bioregulatoren auf der Ebene von Genregulation und Expression unter verschiedenen Wachstumsbedingungen untersucht werden. Die Verfügbarkeit umfassender genomischer Daten für den Modellorganismus Arabidopsis ermöglicht dabei die Erstellung von Genexpressions- und Proteomprofilen. Durch Vergleich dieser Profile mit den biochemischen und morphologischen Effekten der Bioregulatoren können Gene und Proteine identifiziert werden, deren erhöhte oder verringerte Aktivität in direktem Zusammenhang mit dem Wachstum und der Produktivität der Pflanze steht. Basierend auf diesen universellen Markern werden Zellassays entwickelt, die zur Identifizierung und Entwicklung neuer Bioregulatoren für den Nutzpflanzenbereich geeignet sind. Bei erfolgreicher Umsetzung liefert das Projekt nicht nur molekulare Marker und Assays für einen nachhaltigen Pflanzenschutz, sondern auch grundlegendes Wissen über zelluläre Abläufe bei Pflanzen, die für nachfolgende systembiologische Ansätze genutzt werden können.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Zellbiologie und Epigenetik, AG Cardoso durchgeführt. Das solare Spektrum enthält unterschiedliche spektrale Komponenten: UVA, -B, sichtbares Licht und Infrarot, die jeweils ein unterschiedliches biologisches Wirk- und Schädigungsprofil aufweisen. Für das Verständnis der schädlichen Wirkung für den Menschen und für eine daraus resultierende relevante Risikoabschätzung ist es essentiell, die kombinierte Aktion von UV- bis IR-Strahlung in ihrer biologischen Wirksamkeit in Modellsystemen der Haut zu untersuchen. Durch die Analyse unterschiedlicher Parameter in 2D- wie auch in speziellen, Gewebe-relevanten 3D-organotypischen Kulturen zur Identifizierung und Langzeitregeneration der epidermalen Stammzellen und der in vivo Maushaut soll es ermöglicht werden, die Wirkmechanismen kombinierter Strahlung auf zellulärer und (epi)-genetischer Ebene aufzuklären. Dafür wird eine kombinierte und bezüglich UVA und -B Strahlenintensität variable Strahlenquelle, für alle AGs entwickelt. Die Forschungsschwerpunkte der Verbundpartner sind: Gewebe- und Telomerregulation (AG1); epigenetische Kontrolle zellulärer Funktionen auf DNA- bzw. Histon-Ebene (AG2); IR-Signaling / Mitochondrienintegrität und AhR-Signaling (AG3); DNA Reparatur und Damage Signaling (AG 4). Die enge Zusammenarbeit der interdisziplinär aufgestellten AGs schafft Synergieeffekte, die neben der wissenschaftlichen Diskussion den Austausch von Methoden und Materialien, gemeinsame Publikationen sowie die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern betreffen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IUF - Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung GmbH durchgeführt. Das solare Spektrum enthält unterschiedliche spektrale Komponenten: UVA, -B, sichtbares Licht und lnfrarot, die jeweils ein unterschiedliches biologisches Wirk- und Schädigungsprofil aufweisen. Für das Verständnis der schädlichen Wirkung für den Menschen und für eine daraus resultierende relevante Risikoabschätzung ist es essentiell, die kombinierte Aktion von UV- bis IR-Strahlung in ihrer biologischen Wirksamkeit in Modellsystemen der Haut zu untersuchen. Durch die Analyse unterschiedlicher Parameter in 2D- wie auch in speziellen, Gewebe-relevanten3D-organotypischen Kulturen zur ldentifizierung und Langzeitregeneration der epidermalen Stammzellen und der invivo Maushaut soll es ermöglicht werden, die Wirkmechanismen kombinierter Strahlung auf zellularer und (epi)-genetischer Ebene aufzuklären. Dafür wird eine kombinierte und bezüglich UVA und -B Strahlenintensität variable Strahlenquelle für alle AGs entwickelt. Die Forschungsschwerpunkte der Verbundpartner sind: Gewebe- und Telomerregulation (AG1); epigenetische Kontrolle zellulärer Funktionen auf DNA- bzw. Histon-Ebene (AG2); IR-Signaling/ Mitochondrienintegrität und AhR-Signaling (AG3); DNA Reparatur und Damage Signaling (AG 4) . Die enge Zusammenarbeit der interdisziplinär aufgestellten AGs schafft Synergieeffekte, die neben der wissenschaftlichen Diskussion den Austausch von Methoden und Materialien, gemeinsame Publikationen sowie die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern betreffen.

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.

Teilvorhaben B

Das Projekt "Teilvorhaben B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RLP AgroScience GmbH durchgeführt. Die Kartoffel (Solanum tuberosum) ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Welt. Ihre Knollen sind eine wichtige Quelle für Stärke und enthalten Mineralien, Vitamine und essenzielle Aminosäuren. Der Knollenertrag ist jedoch anfällig gegenüber hohen Temperaturen, die die Knollenbildung hemmen oder sogar aufheben können, wenn sie in frühen Entwicklungsstadien auftreten. In Anbetracht des zu erwartenden globalen Temperaturanstiegs besteht ein großer Bedarf hitzebeständige Kartoffelsorten zu züchten, die auch bei Hitze noch hohe Erträge liefern. Deshalb schlagen wir vor, hitzetolerante Kartoffelgenotypen zu entwickeln, indem wir natürliche epigenetische Marker bestimmen oder neue künstlich einführen, die für die Hitzeanpassung relevant sind. Pflanzen begegnen ungünstigen Umweltbedingungen häufig durch epigenetische Genregulation. Die epigenetische Genregulierung ist mit DNA- und Histonmodifikationen verbunden. In Pflanzen wird die de-novo DNA-Methylierung durch RNA-gesteuerte DNA-Methylierung (RdDM) ausgelöst. Ob epigentische Veränderungen für die Stressanpassung der Kartoffel relevant sind und ob sie für die Kartoffelzüchtung genutzt werden können, ist derzeit unbekannt. Daher werden wir die mögliche Rolle von Epiallelen bei der Thermotoleranz von Kartoffelgenotypen entschlüsseln und die gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um die Thermotoleranz von ansonsten anfälligen Kartoffelgenotypen zu verbessern. Zusätzlich werden wir künstliche Systeme erforschen, um neuartige Epiallele zu entwickeln, die den Kartoffelpflanzen helfen, mit dem erwarteten Klimawandel fertig zu werden.

Teilvorhaben C

Das Projekt "Teilvorhaben C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Solana Research GmbH durchgeführt. Die Kartoffel (Solanum tuberosum) ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Welt. Ihre Knollen sind eine wichtige Quelle für Stärke und enthalten Mineralien, Vitamine und essenzielle Aminosäuren. Der Knollenertrag ist jedoch anfällig gegenüber hohen Temperaturen, die die Knollenbildung hemmen oder sogar aufheben können, wenn sie in frühen Entwicklungsstadien auftreten. In Anbetracht des zu erwartenden globalen Temperaturanstiegs besteht ein großer Bedarf hitzebeständige Kartoffelsorten zu züchten, die auch bei Hitze noch hohe Erträge liefern. Deshalb schlagen wir vor, hitzetolerante Kartoffelgenotypen zu entwickeln, indem wir natürliche epigenetische Marker bestimmen oder neue künstlich einführen, die für die Hitzeanpassung relevant sind. Pflanzen begegnen ungünstigen Umweltbedingungen häufig durch epigenetische Genregulation. Die epigenetische Genregulierung ist mit DNA- und Histonmodifikationen verbunden. In Pflanzen wird die de-novo DNA-Methylierung durch RNA-gesteuerte DNA-Methylierung (RdDM) ausgelöst. Ob epigentische Veränderungen für die Stressanpassung der Kartoffel relevant sind und ob sie für die Kartoffelzüchtung genutzt werden können, ist derzeit unbekannt. Daher werden wir die mögliche Rolle von Epiallelen bei der Thermotoleranz von Kartoffelgenotypen entschlüsseln und die gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um die Thermotoleranz von ansonsten anfälligen Kartoffelgenotypen zu verbessern. Zusätzlich werden wir künstliche Systeme erforschen, um neuartige Epiallele zu entwickeln, die den Kartoffelpflanzen helfen, mit dem erwarteten Klimawandel fertig zu werden.

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