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Ableitung von Donatorwerten fuer cadmiumbelastete Ackerboeden im Hinblick auf Weizenanbau

Die haeufigste Strategie zur Berechnung von Schwellenwerten zum Ausschluss von gesundheitlichen Risiken durch Umweltbelastungen besteht in der Verwendung von Sicherheitsfaktoren. Ausgehend von der Kritik an dem Konzept der Sicherheitsfaktoren, wird als eine Alternative zur Erfassung der verschiedenen Unsicherheiten bei der Risikoabschaetzung und -bewertung die induktiv-stochastische Risikoabschaetzung vorstellt und am Beispiel der Berechnung von Donatorwerten fuer cadmiumbelastete Weizenackerboeden konkretisiert. Auf der Basis eines integrativen Donator-Akzeptor-Modells wird der Transferpfad vom Ackerboden (Donator) ueber den Transfer in die Weizenpflanze und den Konsum von Weizenprodukten zum Menschen (Akzeptor) beschrieben, wobei auch andere umweltbedingte und individuelle (durch Rauchen) Cd-Belastungen beruecksichtigt werden. Ausgehend von der taeglich aufgenommenen Cd-Gesamtmenge wird mittels eines toxikokinetischen Modells die Akkumulation des Cd in der Niere, die das kritische Organ bei chronischer Cd-Belastung ist, beschrieben. Die Verteilungen der Modellparameter zB fuer den Transferfaktor Boden-Pflanze, die Konsummenge von Weizenprodukten und die Eliminationshalbwertszeit fuer Cd sind zum Teil zusammen mit Experten und zum Teil aus Literaturangaben konstruiert worden. Mit Hilfe eines Simulationsprogramms ist dann in Abhaengigkeit von verschiedenen Cd-Konzentrationen in Ackerboeden die Verteilung der Cd-Konzentrationen in der Nierenrinde berechnet worden. Die berechneten Verteilungen erscheinen im Vergleich zu tatsaechlich gemessenen Cd-Konzentrationen im Nierencortex plausibel und auch im Hinblick auf den Einfluss des Rauchens realistisch...

Ein künstlicher Kreislauf als Ersatzmethode zur Biokompatibilitätstestung von Membranoxygenatoren und zur Transplantationssimulation - Teilprojekt 2^Alternativmethoden: Entwicklung eines vollautomatisierten in vitro Teststands (Mock Loop), Ein künstlicher Kreislauf als Ersatzmethode zur Biokompatibilitätstestung von Membranoxygenatoren und zur Transplantationssimulation - Teilprojekt 1

Vorhabenziel: In diesem Vorhaben soll ein voll automatisierter Teststand (Mock Loop) als Ersatzmethode für Tierversuche entwickelt werden. Mit diesem künstlichen Kreislauf soll die Langzeit-Biokompatibilitätstestung extrakorporaler Lungenassistenzsysteme (ECLAs) ermöglicht, sowie ein verlängerter Funktionserhalt zur Transplantation vorgesehener Organe erreicht werden. Experimentelle Ansätze zur Langzeittestung auf diesen Gebieten basieren ausschließlich auf in vivo Modellen in Großtieren (Schweine / Schafe). Etablierte in vitro Modelle sind auf wenige Stunden begrenzt und verwenden häufig Blutersatzlösungen. Beides limitiert die klinische Relevanz und Übertragbarkeit. Trotz stetiger Verbesserungen auf beiden Forschungsgebieten muss eine hohe klinische Komplikationsrate bei ECLA Anwendung, sowie ein Mangel an hochwertigen Spenderorganen konstatiert werden. Die Entwicklung dauerhaft biokompatibler ECLAs, sowie die stetige Qualitätssteigerung von Spenderorganen sind somit zwingend erforderlich und der Bedarf an Versuchsmodellen zur Langzeittestung neuer Technologien wird wachsen. Die Kliniken für Anästhesiologie, Thorax-, Herz-, und Gefäßchirurgie, sowie das Institut für Versuchstierkunde und der Lehrstuhl Informatik 11 der RWTH Aachen streben die Entwicklung eines vollautomatisierten Mock Loops an, der die in vitro Perfusion eines ECLA Systems oder eines Spenderorgans mit Vollblut über mehrere Tage ermöglicht. Diese Experimental-Plattform ersetzt Tierversuche (TV) auf beiden Forschungsgebieten (Replace) und ermöglicht die gezielte Analyse relevanter pathophysiologischer Vorgänge (Gerinnungs-, Thrombozyten-, Leukozytenaktivierung), sowie daraus resultierende Komplikationen (Blutgerinnsel-Bildung, Entzündungsreaktion, Organschädigung) ohne erforderlichen TV (Reduce). In strikter Umsetzung des 3R Konzepts, werden für den Aufbau und die Etablierung des automatisierten Teststandes keine zusätzlichen Tiere für dieses Projekt beantragt, sondern das Blut und die Organe ohnehin verwendeter Versuchstiere genutzt (Refine).

Mechanisms of oxidative stress tolerance in rice and their application in the molecular breeding of genotypes adapted to stress environments

Abiotic environmental stresses are among the major factors limiting agricultural productivity in many developing countries. A common feature of various environmental stresses is the excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) in the leaf tissue leading to 'oxidative stress' and in turn visible leaf lesions, reduced growth, and in severe cases plant death. This project aims at identifying molecular mechanisms associated with oxidative stress tolerance in rice (Oryza sativa L.) under three different environmental conditions: (i) high tropospheric ozone concentration, (ii) zinc deficiency, and (iii) iron toxicity. This is achieved by dissecting naturally occurring genotypic variability in oxidative stress tolerance into distinct quantitative trait loci (QTL). Physiological mechanisms and genes underlying such tolerance QTL are identified by adopting an interdisciplinary approach including biochemical characterization of the antioxidant systems, transcriptome profiling, and experiments with gene knock-out mutants for candidate genes. Theoretical understanding of stress tolerance mechanisms obtained from laboratory experiments would be validated in field experiments together with international research institutions and partners in developing countries. At a later stage, the project strives to adopt emerging techniques in gene discovery such as single nucleotide polymorphism (SNP) based association mapping, and apply lessons learned from studying the 'model cereal crop' rice to other species such as barley (Hordeum vulgare L.). The project is expected to contribute to world-wide efforts in adapting crop production to stress environments by specifically advancing the understanding of oxidative stress tolerance.

Verbesserung der biotischen Stresstoleranz in Weizen durch mlo-basierte Mehltau-Breitspektrumresistenz zur nachhaltigen Ethanolproduktion

Ziel des Projektes ist die Verbesserung der Mehltauresistenz von hexaploidem Weizen für eine nachhaltige und umweltschonende Ethanolproduktion. Hierzu soll eine Weizenlinie mit mlo-basierter Mehltau-Breitspektrum- Resistenz generiert werden. Mehltau-Resistenz auf der Basis eines defekten (mutierten) Mlo-Gens ist seit langem in diploider Gerste bekannt und entsprechende mlo-Mutanten werden seit mehr als 25 Jahren erfolgreich in der Gerstezüchtung bzw. im Gerstenanbau verwendet. Auf Grund des hexaploiden Genoms ist die Erstellung entsprechender mlo-Mutanten in Weizen bisher nicht möglich gewesen. Es wird ein Ansatz auf Basis der sogenannten TILLING (Targeting Included Local Lesions in Genomes)-Technologie vorgeschlagen, um Weizenlinien zu selektieren, die jeweils einzelne Mutationen im Mlo-Gen des A-, B- oder D-Genoms haben. Durch Kreuzung sollen schließlich Linien erhalten werden, die Mutationen in allen drei (Sub-)Genomen tragen und daher voraussichtlich Mehltau-Breitspektrumresistenz aufweisen. Der Arbeitsplan sieht vor, mittels TILLING-Technologie Mutanten in einzelnen Mlo-Homeologen (A-,B-und D-Genom) des hexaploiden Weizens zu identifizieren. Hierzu werden zunächst DNA-Pools einer mutagenisierten Population per TILLING durchmustert und dann Einzelpflanzen identifiziert und die Mutationsereignisse per PCR und DNA-Sequenzierung verifiziert.

Identifying and exploiting cereal genes for resistance to root diseases and abiotic stress

The focus and unique feature of this project is the investigation of the GRAMINEOUS ROOT. The consortium combines breeding, phytopathological and physiological expertise of the highest international standard, which, in a synergistic way, will enable to tackle the important questions of root stress biology with a present focus on enhancing root disease resistance and salt tolerance. Plant growth and development are entirely dependent on an intact root system, primarily ensuring water and mineral supply. Beside nutrient allocation, the plants health status is strongly influenced by the quality of the root - soil interface. Biotic and abiotic stresses affect efficient root operation and thus threaten biomass formation and yield. Hence, the consortium centers on complementary research strategies to identify and exploit genes that protect roots from biotic and abiotic stresses. Given the high risk of emergingdiseases due to atmospheric and soil temperature changes, one key issue of the proposal is the question how increasing abiotic stress may impinge on plant performance against emerging root pathogens. The specific goals of this proposal are: (1) Isolation of genes conferring resistance to root diseases. (2) Identification of genes conferring improved salt tolerance. (3) Elucidation of effects from saline soils on pathogen resistance mechanisms to identify genes that are protective in combined stress situations. Salt stress is known to cause significant transcriptional changes in roots. Some of these changes include genes associated with general stress responses. To validate the possible impact of increasing salinity on pathogen resistance, global transcript and metabolite profiles of barley varieties treated with i. salt, ii. a pathogen-associated fungal PAMP, iii. the root lesion nematode Pratylenchus, and iv. combinations thereof will be compared to identify differentially expressed genes which will functionally be validated in plant assays. Complementary, PIs will use a direct candidate approach: A functional group list for cereal chitin-binding related PRR with LysM domains will be completed based on rice genome and fragmentary information on other Gramineae, and validated in plant assays. In analogy PIs will select from literature genes associated with salt tolerance. Backcross lines and transgenic plants with improved performance under combined stresses will be validated under green house and field conditions and serve as base breeding material for commercialisation.

Teilprojekt 4^Teilprojekt 2^Teilprojekt 3^Go3R - Entwicklung und Etablierung einer semantischen Suchmaschine für Alternativmethoden zu Tierversuchen, Teilprojekt 1

Teilvorhaben II: Rating Eye exposure by an Advanced self-healing Culture Test (REACT)^Bewertung von Irritation und Toxizität durch Chemikalien an der Hornhaut des Auges mit dem Ex Vivo Eye Irritation Test^Teilvorhaben III: Rating Eye exposure by an Advanced self-healing Culture Test (REACT), Teilvorhaben I: Bewertung der Augenexposition durch einen fortgeschrittenen Selbstheilungskulturtest (REACT) (REACT)

Durch die Weiterentwicklung des Ex Vivo Eye Irritation Test (EVEIT) soll eine allgemein zugängliche in vitro Methode für die Gefährdungsbeurteilung am Auge etabliert werden, welche Tierversuche für diese Fragestellung erstmalig vollständig ersetzen kann. Das hier beantragte Teilprojekt hat die Entwicklung und Erforschung des multilokalen Test im Vergleich zur ECETOC Datenbank zum Ziel. Innerhalb des beantragten Teilprojektes wird das vorhandene EVEIT System in ein mulitlokales Testsystem weiterentwickelt, die Stabilität, analytische Bandbreite und ein Bewertungsschema (SOP) parallel zu den von ECETOX geprüften Substanzen entwickelt und validiert sowie Integration der erweiterten Analytik von OCT und multilokalem Tests durchgeführt. In labortechnischen Untersuchungen werden die Entwicklungsarbeiten der Partner präparatorisch unterstützt, Einweisungsprotokolle erarbeitet und geprüft. Mit Hilfe dieses Analysesystems wird durch das Konsortium ein Bewertungsschema sowie Standardarbeitsanweisungen für den EVEIT erarbeitet und ein Interlaborvergleich des so standardisierten EVEIT-Testsystems durchgeführt, der die Grundlage für die zu beantragende Validierung des EVEIT durch das European Centre for the Validation of Alternative Methods (ECVAM) bildet. Direkt im Anschluss an die Projektlaufzeit ist die Beantragung der Prä-Validierung des EVEIT durch die ECVAM vorgesehen. Diese Ergebnisverwertung im Sinne eines open source Zuganges zur Methodik besitzt große gesellschaftliche Bedeutung aufgrund des hohen Einsparpotentials von Tierversuchen. Darüber hinaus ist eine wirtschaftliche Verwertung der Ergebnisse durch Gründung eines Dienstleistungsunternehmens durch die Projektpartner vorgesehen, welches Konzepte zum Outsourcing sowie zum Insourcing von Untersuchungen - etwa bei der Umsetzung der EU-Chemikalienverordnung REACH - anbietet.

ERANET BONUS: BONUS-114 - BEAST: Biologische Auswirkungen durch anthropogene chemische Belastungen - Werkzeuge für die Bewertung der Gesundheit des Ökossystems, Vorhaben: Teilprojekt 4

Magnetic scaffolds for in vivo tissue engineering (MAGISTER)

Objective: The main driving idea of the project is the creation of conceptually new type of scaffolds able to be manipulated in situ by means of magnetic forces. This approach is expected to generate scaffolds with such characteristics as multiple use and possibly multipurpose delivery in order to repair large bone defects and ostheocondral lesions in the articular surface of the skeletal system. The major limitations of the scaffolds for bone and cartilage regeneration nowadays available in the market are related to the difficulties in controlling cell differentiation and angiogenesis processes and to obtain stable scaffold implantation in the pathological site. . . Several attempts have been performed over the last years in order to provide scaffolds for tissue engineering, but nowadays there is no way to grant that tissue regeneration take place in the pathological site. The provision in vivo of the scaffold with staminal cells or /and growth factors in order to drive the tissue differentiation process and parallel angiogenesis represents nowadays one of most challenging requests (Ref. Nanomedicine roadmap). The Consortium aims to elaborate, investigate and fabricate new kind of scaffolds magnetic scaffolds (MagS) - characterized by strongly enhanced control and efficiency of the tissue regeneration and angiogenic processes. The magnetic moment of the scaffolds enables them with a fascinating possibility of being continuously controlled and reloaded from external supervising centre with all needed scaffold materials and various active factors (AF). Such a magnetic scaffold can be imagined as a fixed station that offers a long-living assistance to the tissue engineering, providing thus a unique possibility to adjust the scaffold activity to the personal needs of the patient.

Bewertung von Irritation und Toxizität durch Chemikalien an der Hornhaut des Auges mit dem Ex Vivo Eye Irritation Test, Teilvorhaben III: Rating Eye exposure by an Advanced self-healing Culture Test (REACT)

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