Die 20-20-20 Ziele der EU sehen eine verstärke Nutzung der Regenerativen Energien in Europa vor. Die größten Potentiale werden im Bereich der Wind- und Solarenergie gesehen, jedoch können diese keine konstante Energiebereitstellung leisten. Kurzfristige Stromspitzen entgegen dem Strombedarf reduzieren die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung sowie die Stabilität der Stromnetze. Entsprechende Kapazitäten an Überschussstrom können über den Weg der Elektrolyse in Wasserstoff konvertiert und somit auf diese Weise speicherbar gemacht werden. Derartige Möglichkeiten sowie auch die H2-Nutzungspfade sind zwar technisch machbar, jedoch nach ökonomischen und energetischen Gesichtspunkten nicht realistisch. Ziel des Projektes Hydrofinery ist die mikrobiologische Verwertung von H2 und CO2 zu gasförmigen und flüssigen Energieträgern. Darüber hinaus soll auch eine alternative Speichermöglichkeit von H2 bzw. CO2 über das Intermediat Acetat in Aussicht gestellt werden. Aufbauend auf einer Literaturrecherche (TLR1) wird ein detailliertes Versuchssetup erstellt (TLR2), dass in einem umfangreichen Screening (TLR3) mündet, wo gezielt homoacetogene Mikroorganismen, Clostridien und methanogene Archaeen selektiert und ihre Stoffwechselvarianten nach verschiedenen Gesichtspunkten wie bspw. Biomassekinetik, Umsatzraten und Produkthemmung ausgelotet werden. Die Prozesskaskade besteht im Wesentlichen aus 2 Stufen. In der ersten Stufe werden mittels homoacetogenen Mikrooganismen H2 und CO2 zu Acetat, einem speicherbaren Intermediat, umgesetzt. In der zweiten Stufe werden 2 fermentative Folgeprozesse in Betracht gezogen. Einerseits kann ein gasförmiger Energieträger, Biomethan, durch die Umsetzung von Acetat durch acetoklastische Archaeen gebildet werden. Andererseits können flüssige Energieträger, in erster Linie Biobutanol, Bioethanol und Bioaceton, durch den ABE-Prozeß (Clostridien) hergestellt werden. Alternativ wird auch eine direkte Verwertung von H2 und CO2 zu Biomethan durch hydrogenotrophe Mikroorganismen eingehend beleuchtet. Das Projekt ist durchzogen mit vielen innovativen Elementen, wobei die größten Herausforderungen im Bereich der Mikroorganismen-Immobilisierung zur technischen Lösung der Produkthemmung sowie der Auslotung einzelner Stoffwechselvarianten der untersuchten Mikroorganismengruppen gesehen werden.
Die Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen (GVO) in die Umwelt erfordert eine vorsorgliche Analyse möglicher ökologischer Risiken. Zur Erhebung von Basisdaten einer Freisetzung von GVO wurden die leuchtmarkierten S. meliloti-Stämme LI (RecA-) und L33 (RecA+) an zwei Standorten in Deutschland Freigesetzt und das Verhalten der Bodenbakterien in ihres natürlichen Habitat über mehrere Jahre verfolgt. Ein wesentlicher Aspekt waren dabei Analysen zur Sanierung der Böden mittels der in der landwirtschaftlichen Praxis üblichen Methoden wie der Behandlung mit dem Herbizid Glufosinat. Die Leuchtmarkierung erlaubte die zweifelsfreie und sensitive Identifizierung der freigesetzten Stämme und ermöglichte so das Studium ihres Verhaltens im Boden. Die Untersuchungen ergaben, dass die freigesetzten Stämme an beiden Standorten von der endogenen S. meliloti Population verdrängt wurden. Eine horizontale Verbreitung der GVO bei Abwesenheit der Wirtspflanze Luzerne wurde nicht beobachtet. Das vorgeschlagene Containment-Konzept, die Verwendung RecA-defekter Stämme, konnte im Freiland nicht demonstriert werden. Auf den nicht beimpften Parzellen konnten allerdings nur der RecA-intakte Stamm L33, nicht jedoch der RecA-defekte Stamm L1 nachgewiesen werden. Die recA-Mutation beeinträchtigt also die Ausbreitung dieses Stammes. Die Behandlung des Bodens mit dem Herbizid Glufosinat erwies sich als effektive Sanierungsmassnahme.
Die Freisetzung von gentechnisch modifizierten Organismen - sei es beabsichtigt (in der Schaedlingsbekaempfung, zur Degradation schwer abbaubarer Chemikalien etc.) oder nach einem Stoerfall (z.B. Auslauf eines Grossfermenters) - stellt eine Reihe von umweltrelevanten Fragen auf. Die Probleme des Nachweises, der Identifizierung und des Monitoring des betreffenden Organismus im Freien sowie der Lebensdauer seiner DNA (oder RNA), falls sie in Zellen von Nichtzielorganismen gelangt, werden in diesem Vorhaben angesprochen. Der Antrag umfasst folgende Punkte: - Verfolgung der Ausbreitung von AcNPV im Freiland nach Infektion von Apfelwicklerlarven mit Autographa californica-Kernpolyedervirus (AcPNV) mit Hilfe eines vorab erarbeiteten Hybridisationsverfahrens mit Larvenextrakten. - Entwicklung eines Protokolls zur Bestimmung der Halbwertszeit viraler DNA (RNA) in Nichtzielorganismen nach Infektion oder nach Transfektion von Zellkulturen.
Das beantragte Vorhaben soll zur biologischen Sicherheit und genetischen Stabilitaet bei rekombinanten Staemmen von grampositiven Bakterien, besonders bei Produktionsstaemmen von Bacillus amyloliquefaciens fuer extrazellulaere Enzyme, beitragen. Ausgehend von eigenstaendigen Plasmidkonstruktionen sind Vektoren fuer beide alternative Methoden der Genamplifikation (extrachromosomal, chromosomal integriert) zu entwickeln, die alle Anforderungen der biologischen Sicherheit und genetischen Stabilitaet erfuellen. In besonderem Masse koennen diese Anforderungen durch eine wiederholte chromosomale Genintegration erfuellt werden, wozu eine selektive Methode zur ausschliesslichen Integration von erwuenschter (chromosomaler) DNA etabliert werden soll. Die vorzugsweise Nutzung von Wirtsstaemmen von Bacillus amyloliquefaciens erfolgt wegen ihrer Unbedenklichkeit und hohen genetischen Potenz zur Produktion von extrazellulaeren Enzymen.
Im Rahmen des Projektes sollen für bereits patentierte apathogene Verticillium-Stämme kleintechnische Produktionsverfahren und Formulierungen entwickelt werden, welche für einen Praxiseinsatz in der Erdbeerproduktion geeignet sind. Die Produktmuster werden in Gewächshaus- und Freilandversuchen auf ihre Wirksamkeit gegen die Erreger der Verticillium-Welke bei Erdbeeren geprüft. Verschiedene Applikationszeitpunkte, -methoden und -dosierungen sollen unter künstlich infizierten und praktischen Befallsbedingungen auf ihre Effektivität und Integrationsfähigkeit in normale Produktionsabläufe überprüft werden.
Black carbon (BC) residues from the incomplete combustion of vegetation and fossil fuels are ubiquitous in soil, sediment and water. Due to its stability, BC is an important component of the slow cycling global carbon pool. Analysis of BC in environmental matrices such as soils and sediments is complicated by its diverse nature. Sediments are the quantitatively most important sink in the global black carbon cycle and represent archives of BC deposition on local and regional scales, but the identification and apportionment of the BC sources (fossil fuel combustion versus vegetation fires) remain unclear to date. Benzene polycarboxylic acids (BPCA) are molecular markers specific for BC and are used to measure quantity and quality of BC. The method provides information about the degree of condensation and allows characterization of different forms of BC (e.g. charcoal, soot). Recent advances in BPCA analysis improved the method in terms of sample preparation and made analyses faster and more accurate. Compound specific radiocarbon (14C) dating is a powerful tool in geochemistry and archaeological sciences to trace the fate of specific molecules in soils and sediments. Up to now, 14C measurements are inaccurate for BC, as established methods measure 14C contents of oxidation resistant bulk carbon. In the proposed research project, I will follow a novel approach for BPCA separation with subsequent determination of its 14C contents. This technique will allow to precisely estimate the apportionment of sources of BC found in sediments and the age of black carbon in soils. In this project I will take advantage of an existing set of well-dated lake sediment samples. These sediment cores feature undisturbed lamination, thus providing a high-resolution record of BC depositions over more than two centuries. Analyzing this unique sample set, the qualitative and quantitative information yielded by the BPCA method and the novel approach for radiocarbon dating of BC molecular markers will be used to construct a historical record of black carbon emissions. The data will be used to apportion the measured BC concentrations to either fossil fuel or biomass burning since pre-industrial times and to identify the type of BC being preferentially preserved in aquatic sediments. The outcome of the project will help to elucidate the environmental fate of BC and will be an important contribution to the accurate calculation of a global BC budget.
Die Funktion von zellulären Pathways, die die DNA-Reparatur und DNA-Stabilität regulieren, wird im Verlauf des Auftretens einer genetischen Instabilität von bestrahltem Gewebe untersucht. Speziell werden wir uns auf die Retinoblastom- und Brca1/FancA Signalwege konzentrieren. Diese experimentellen Untersuchungen werden komplementiert durch epidemiologische Studien an Strahlen-assoziierten Mammatumoren aus einer schwedischen Kohorte sekundärer Krebsfälle nach Strahlentherapie und aus einem Kollektiv weiblicher Tschernobyl-Liquidatoren. Mathematische Modelle sollen entwickelt werden, um aus dem dabei gewonnen Daten Vorhersagen zur Rolle einer induzierten genomischen Instabilität bei der Strahlen-karzinogenere zu treffen.
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