FENOMENO (ERA-NET SIINN Antrags: Fate and effect of wastewater-borne manufactured nanomaterials in aquatic ecosystems) stellt ein integriertes, multidisziplinäres Projekt dar, das ein grundlegendes Verständnis der Auswirkungen von synthetischen Nanomaterialien (manufactured nanomaterials, MNMs) am Ende ihres Verwendungszyklus auf die Umwelt erzielen soll. Obwohl ein Teil der MNMs während der Abwasserbehandlung in Klärwerken aus dem Abwasser entfernt wird, bleiben doch signifikante Mengen darin vorhanden und können aufgrund von Modifikationen durch die Abwasserbehandlung eine signifikant erhöhte Toxizität für Organismen im Wasser aufweisen. In FENOMENO wird der Verbleib von Silber (Ag) und Titandioxid (TiO2) Nanopartikeln als relevante MNMs aus Kläranlagenausflüssen und deren biologische Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme aufgeklärt. Die Auswirkungen der MNMs auf die aquatische Nahrungskette werden sowohl im Labor als auch parallel in einer bisher in dieser Form, Zielsetzung und Relevanz einzigartigen Feldstudie am Mondsee in Österreich untersucht und Frühwarnsysteme entwickelt Das Projekt wird in zwei Szenarien angegangen: (1) chronische Toxizitätstests und Etablierung einer 3-stufigen Nahrungskette im Labor, mittels Ag und TiO2 MNMs aus Modelklärwerksausflüssen, (2) Feldstudien, die am Mondsee als einem idealen See für die Bestimmung der Wirkung einer echten Kläranlage auf ausgewählte Biomarker und zur Untersuchung der Anreicherung von MNMs in der aquatischen Nahrungskette durchgeführt gesammelt werden. Die Arbeit sich auf die Weiterentwicklung neuartiger analytisch-chemischer Analysen von und Mikroskopie an MNMs mit Einzelpartikelempfindlichkeit in realistischen Feldproben. Verhaltensbiologische Studien, auch mittels automatischer Erkennung von Verhaltensänderungen an Modellorganismen durch ein neues 3D-Computervisualisationssystems und die Analyse von Biomarkern komplementieren das Vorhaben, das in eine abgesicherte Gesamtrisikobetrachtung mündet.
Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung spezifischer und sensitiver Diagnostikverfahren, welche die sichere Diagnose der beiden Infektionskrankheiten Amerikanische- (AFB) und Europäischen Faulbrut (EFB) der Honigbiene auf Basis von spezifischen Markerproteinen ermöglichen. Im Fokus des Projektes steht die Entwicklung eines Vor-Ort-Analysekits zur sicheren Diagnose der Infektionskrankheiten und somit zur Überwachung und Diagnostik, welche zur Bekämpfung und Eindämmung der Infektionskrankheiten notwendig sind, um wirtschaftliche Schäden zu reduzieren. Durch Analyse des Proteoms werden differentiell exprimierte Gene identifiziert und hinsichtlich ihres diagnostischen Potentials charakterisiert. Spezifische Markerproteine werden dann für die Entwicklung von hochspezifischen Antikörpern und schnellen Antigen-Nachweisen eingesetzt. Für die Vor-Ort-Analyse wird ein Lateral Flow Assay entwickelt, wobei neuartige Silbernanopartikel-basierte Detektionskonjugate, Sensitivitäten und Spezifitäten des LFA ermöglichen, welche mit herkömmlichen visuell auswertbaren Detektionskonjugaten nicht erreicht werden.
Innerhalb des Forschungsvorhabens soll ein neues Testsystem entwickelt werden, dass die besonderen Eigenschaften nanoskaliger Materialien berücksichtigt. Mit Hilfe der Testsysteme soll das Gefährdungspotential für Organismen in Kläranlagen sowie mögliche Einträge in die Umwelt abgeschätzt werden. Es werden Effekte von Nanomaterialien auf Mikroorganismen in Einzelartenexperimenten untersucht.. Als Basis wird ein akuter Toxizitätstest zur Untersuchung der Wirkung von Silber-Nanopartikeln auf Bakterien- und Ciliatenkulturen etabliert. Weiterhin wird die Wirkung der Nanomaterialien auf die Interaktion für Kläranlagen relevanter Organismen untersucht. Mittels einer Modellkläranlage soll in einer höheren Organisationsebene untersucht werden, in welchem Maße die festgestellten Effekte aus einfachen Laborexperimenten im realen System auftreten. Die Ergebnisse sollen als Grundlage einer Risikobewertung von Nanomaterialien nutzbar sein.
1. Vorhabenziel Ziel des Vorhabens ist es, für Silbernanopartikel (Ag-NP) grundlegende Daten zu Verhalten, Verbleib und Wirkung in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen zu erarbeiten sowie unter Berücksichtigung der Vorgehensweise nach REACH eine exemplarische Risikoabschätzung durchzuführen. Hierzu werden parallel freie Ag-NP mit klar definierten Eigenschaften und reale Ag-NP enthaltende Produkte (Beispiel: Textilien) in exemplarischen Nutzungsszenarien untersucht, um in einer Risikoanalyse zusammengeführt zu werden. Im Rahmen des Vorhabens werden zudem Methoden entwickelt, die den Nachweis von Ag-NP sowie die Beurteilung ihres ökotoxikologischen Gefährdungspotenzials in relevanten Umweltmedien bzw. 'kompartimenten ermöglichen. Das HI liefert die Datenbasis zu Ag-NP haltigen Textilien, Veränderungen in der Gebrauchsphase durch Reibung und Wäschepflege und stellen Referenztextilien her. 2. Arbeitsplanung Die Ag-NP haltigen Textilien werden charakterisiert (REM, AFM) und der Ag-Gehalt mit ICP-MS und AAS bestimmt. Die antimikrobielle Wirksamkeit wird im Neu- und gealterten Zustand mit Wirksamkeitstests bestimmt. An der Beschichtungsanlage und dem Laborfoulard werden Referenztextilien unter Variation der Verfahrensparameter hergestellt. Die Textilien werden gebrauchsspezifisch im Xenotester gealtert und die Veränderungen charakterisiert. Die Entstehung von Abrieb bei der Wäschepflege und die Veränderungen werden systematisch nach Haushalts- und industrieller Wäsche untersucht.
FENOMENO is an integrative projeto aiming at an understanding of the impact of end-of-life manufactured nanomaterials (MNMs) on the environment. Even though MNMs are mostly removed during wastwaer treatment (WWT), the remaining MNM levels in the effluents are sgnificant and MNMs may show an incresed toxicity for aquatic organisms due to their modification during the WWT. With innovative analytical approaches we will study the fate and effects of wastewater-borne MNMs in an aquatic ecosystem, develop the basis for robust evaluation systems, and design analytical sensor systems for quantitative nanoparticle detection using biochemical markers and Daphnia and fish as sensors. We will use cutting edge approaches to analyse and monitor the biological impact of TiO2 and Ag MNMs on different trophic levels within a relevant food chain (algae-Daphnia-fish) at different levels, from behavioural to biochemical, from laboratory to complementary field studies.