Humanpathogene Bakterien, die Resistenzen gegen mehrere Antibiotikaklassen aufweisen, stellen ein Risiko für die öffentliche Gesundheit dar und werden als eine der größten globalen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts betrachtet. Einige der Resistenzgene dieser Bakterien wurden im Boden, der ein großes Reservoir von Antibiotikaresistenzen darstellt, aufgespürt und könnten z.B. über das Grundwasser oder Wildtiere verbreitet werden. In diesem Projekt soll die Dynamik des Antibiotikaresistenzpools im Boden entlang eines breiten Spektrums von Landnutzungstypen und -intensitäten innerhalb der drei Biodiversitäts-Exploratorien untersucht werden. Um eine robuste Abschätzung von Landnutzungseffekten auf die Abundanz von Antibiotikaresistenzgenen zu erlangen, wird Boden-DNA von allen Grünland-EP Und Wald-VIP Plots mittels quantitativer Echtzeit-PCR analysiert. Landnutzungsinduzierte Veränderungen von Gemeinschaftsprofilen antibiotikaresistenter Bodenbakterien werden innerhalb eines Mikrokosmenexperimentes aufgedeckt. Dieses Experiment schließt die Quantifizierung und Erfassung der zeitlichen Dynamik bakterieller Gemeinschaften ein. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erfassung landnutzungsbedingter Variationen des Vorkommens von Plasmiden, da diese mobilen genetischen Elemente eine wesentliche Quelle für Antibiotikaresistenzgene sind und zu deren Verbreitung beitragen. Diesbezüglich wird die Abundanz von IncP-1 Plasmiden, die mehrere Antibiotikaresistenzen kodieren können und Gentransfer zwischen entfernt verwandten Bakterien erlauben, bestimmt. Die Gesamtdiversität Antibiotikaresistenz-vermittelnder zirkulärer Plasmide wird unter Verwendung einer long-read-Sequenzierungstechnologie abgeschätzt. Außerdem wird eine funktions-basierte Durchmusterung von zuvor konstruierten Bodenmetagenombanken vorgenommen. Dadurch werden Unterschiede der Vielfalt von Antibiotikaresistenzgenen und -mechanismen zwischen analysierten Landnutzungsintensitäten enthüllt. Kenntnisse über Antibiotikaresistenz in Böden, die unterschiedlichen Landnutzungstypen und -intensitäten ausgesetzt sind, werden dringend benötigt, um Konsequenzen anthropogener Aktivitäten bzgl. der Ausbreitung von multiresistenten Bakterien vorhersagen zu können. In diesem Projekt werden Auswirkungen von Landnutzung auf das Antibiotikaresistenz-Reservoir und -Transferpotential des Bodens untersucht. Zudem werden Korrelationen zwischen der Antibiotikaresistenz im Boden und abiotischen (z.B. Konzentrationen von Schwermetallen) sowie biotischen Faktoren (z.B. Abundanz pilzlicher Taxa) aufgedeckt.
Für eine hohe Ertragsstabilität müssen Kulturpflanzen schnell auf Veränderungen in der Umwelt reagieren und sich wirksam an unterschiedliche, oft gleichzeitig auf sie einwirkende Stressfaktoren anpassen. Dieses Projekts betrifft das RNA/DNA-Bindeprotein WHIRLY1, das auf Grund seiner dualen Lokalisation in den Plastiden und im Zellkern ein idealer Kandidat für die Übertragung von Stress-Signalen an den Zellkern ist. Durch Untersuchungen an Gerstenlinien mit veränderten Mengen an WHIRLY1 konnte gezeigt werden, dass WHIRLY1 die Reaktionsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Änderungen in der abiotischen Umweltsituation sowie die Resistenz gegenüber Mehltau fördert. Genexpressionsanalysen mit hvwhy1 knockout Mutanten der Gerste, die mit der CRISPR RNA/Cas9 Endonuklease-Technologie erzeugt wurden, ergaben, dass WHIRLY1 bekannte Stressgene der Gerste reguliert. Untersuchungen an Mutanten von Mais und Gerste haben gezeigt, dass WHIRLY1 auch für die Entwicklung von Chloroplasten erforderlich ist. Nach der Identifizierung der für die Stressantwort wichtigen Motive des WHIRLY1-Proteins soll versucht werden, die Funktionalität des Proteins für die Chloroplastenentwicklung von der Funktionalität in der Stressanpassung der Pflanzen zu trennen. Im Zellkern ist WHIRLY1 zusammen mit dem NPR1-Protein an der von Salizylsäure abhängigen Aktivierung von PR (pathogen response) -Genen beteiligt. NPR1, der zentrale Regulator SA-abhängiger Genexpression, liegt normalerweise als Oligomer im Cytoplasma vor. Auch WHIRLY1 liegt in den Chloroplasten als Oligomer vor. Bei stressabhängiger Produktion von Salizylsäure in Verbindung mit Redoxänderungen wird NPR1 monomerisiert und wandert dann in den Zellkern. Wenn die Stresswahrnehmung durch WHIRLY1 in den Chloroplasten ähnlich erfolgt wie die durch NPR1 im Cytoplasma, ist anzunehmen, dass eine redoxabhängige Monomerisierung des WHIRLY-Komplexes für den stressabhängigen Transfer aus den Chloroplasten in den Zellkern erforderlich ist. Um zu testen, ob das konservierte Cystein in der WHIRLY-Domäne sowie ein für die Oligomerisierung erforderliches Lysin für die durch WHIRLY1 vermittelte Stressreaktion der Gerste wichtig sind, soll die why1 KO-Mutante mit mutierten HvWHIRLY1-Sequenzen sowie der nicht mutierten Sequenz komplementiert werden. Die transgenen Pflanzen sollen im Hinblick auf ihre Reaktionsfähigkeit gegenüber verschiedenen abiotischen Stressfaktoren sowie Mehltau charakterisiert werden. Aufgrund der Ergebnisse soll Blattmaterial für globale Genexpressionsanalysen mittels RNAseq ausgesucht werden. Ziel dieser Untersuchungen ist die Identifizierung von Zielgenen von WHIRLY1, die in einer Kreuztoleranz-Situation (Mehltauinfektion in Kombination mit abiotischem Stress) entweder aktiviert oder reprimiert werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse soll in der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Humbeck an der MLU Halle untersucht werden, ob WHIRLY1 die Transkription ausgewählter Zielgene über epigenetische Mechanismen beeinflusst.
Die Euglenida sind einzellige Flagellaten mit großer Heterogenität. Die Entstehung der phototrohen Euglenida durch eine sekundäre Endocytobiose ist ein beeindruckendes Beispiel für retikulare Evolution. Eine Besonderheit der plastidären Genome von Euglena gracilis und Euglena longa ist der hohe Anteil an Introns der Gruppen II und III. Da Intronerwerb und -verlust seltene evolutionäre Ereignisse sind, eignen sich Intronsequenzen als molekulare Marker, um die Phylogenese zu rekonstruieren. Hier werden Introns von verschiedenen Genen der Plastiden auf ihre Verteilung innerhalb der phototrophen Euglenida untersucht.
Im letzten Jahrzehnt nahm die Prävalenz Extended-Spektrum Beta-Laktamase (ESBL) (1)- bildender Escherichia coli in Human- und neuerdings auch Tiermedizin dramatisch zu. Phylogenetische Analysen mittels Multilokus-Sequenztypisierung belegen eine Assoziation dieser multiresistenten Bakterien mit bestimmten Sequenztypen (STs). Innerhalb dieser ESBL-STs existieren pandemische klonale Linien, die in unterschiedlichsten Habitaten auftreten. Sie werden in klinischen aber auch in Wildtier- und Umwelt-proben nachgewiesen, somit unabhängig von einem konstanten Antibiotika-Selektionsdruck. Die ESBL-Linien ST131 und ST648 zeigen eine für E. coli ungewöhnliche Kombination von Resistenz und Virulenz. Dies kann der entscheidende Faktor für die pandemische Ausbreitung dieser Sequenztypen sein. Im vorliegenden Antrag sollen die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Phänomens anhand folgender Hypothesen aufgeklärt werden: Stämme der Linien ST131 und ST648 besitzen (i) eine erhöhte-Plasmidaufnahme-Aktivität; (ii) ein phylogenetisch determiniertes Kerngenom, dessen Interaktion mit dem Plasmidgenom in erhöhter Virulenz oder Virulenz-unabhängiger Adaptation an bestimmte Habitate resultiert; (iii) im Kern- bzw. akzessorischen Genom unabhängig vom aufgenommenen Plasmid definierte Metabolismus-/Virulenzfunktionen, die eine erweiterte Habitatfunktion bedingen. Die Veri- bzw. Falsifizierung der Hypothesen erfolgt zunächst auf Basis von in silico-Analysen der DNA-Sequenzen von Plasmiden und Genomen dieser pandemischen ESBL-STs. Mit Hilfe eines in vivo Screenings im natürlichen Habitat Vogeldarm werden Wildtypstämme der ESBL-STs ausgewählt bei denen anschließend Kandidatengene aus den Bereichen Metabolismus und Virulenz deletiert werden. Die Auswahl dieser Kandidatengene wiederum erfolgt auf Transkriptom- (RNA-Sequencing) und Phänotyp-Ebene (phänotypischer Makroarray) sowie basierend auf der Genomanalyse und den in vivo Screenings. Abschließend werden diese Gene auf ihre in vivo-Relevanz mittels Deletionsmutanten in demselben Hühner-Infektionsmodell funktionell analysiert.
Im Anhang II der EG-Richtlinie 90/220 zur Freisetzung gentechnisch veraenderter Organismen (GVO) werden die fuer eine Vorabbewertung des Versuchs geforderten Informationen aufgelistet. Dieser Katalog fuehrt in der Praxis zu verschiedenen Interpretationen, ausserdem bestehen Defizite bei der Abschaetzung oekologischer Auswirkungen und Langzeitfolgen. Die Richtlinie war bereits laut EWR-Vertrag in Oesterreich inhaltlich umzusetzen, es bleibt aber ein gewisser Spielraum in der Vorgangsweise. Als Ergebnis eines Workshops im April 1992 wurden drei Arbeitsgruppen (fuer transgene Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere) gebildet, die einige Organismen, die fuer eine Freisetzung in Frage kommen, anhand des Anhangs II der EG-Richtlinie 90/220 untersuchten. Daneben wurden Moeglichkeiten fuer ein Monitoring, um 'seltene' und Langzeiteffekte besser abschaetzen zu koennen, und Regelungen und Empfehlungen internationaler Organisationen untersucht, um Anhaltspunkte fuer eine oesterreichische Vorgangsweise zu erhalten. Auf der Basis der Ergebnisse der Arbeitsgruppen wurden Vorschlaege fuer Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere erstellt. Aufgrund unterschiedlicher Interpretationen der Freisetzung transgener Mikroorganismen ist es derzeit schwierig, eine einheitliche Vorgangsweise zu empfehlen. Allerdings sollten die Empfaengerorganismen umfassender beschrieben und das genetische Umfeld (Phagen und Plasmide) miteinbezogen werden. Auf die 'Vertrautheit' mit dem Organismus ist mehr Wert zu legen. Die Vorschlaege der Arbeitsgruppe fuer Pflanzen erlaubten eine Interpretation des Anhangs II zumindest fuer transgene Nutzpflanzen. Auch hier soll die Vertrautheit staerker beruecksichtigt werden. Ausserdem ist auf das jeweils neue, charakteristische staerker hinzuweisen. Sich wiederholende Angaben (etwa fuer Empfaengerorganismen) sind durch Literaturverweise zu ersetzen. Daten ueber die Umwelt sollen staerkere Beruecksichtigung finden, charakteristische Biotope in einem Kataster definiert werden. Die Datenanforderungen wurden neu gruppiert und experimentelle Freisetzungen in kleinem Rahmen von solchen in grossem Massstab schaerfer abgegrenzt. Monitoringmassnahmen sollen integraler Bestandteil der Versuchsplanung sein. Die Freisetzung grosser transgener Nutztiere wirft vor allem zuechterische Probleme auf. Die Arbeitsgruppe fuer Tiere legt daher Wert auf eine eindeutige Charakterisierung. Derartige Tiere befinden sich nicht in einem geschlossenen System, obwohl ihre Rueckholbarkeit gesichert ist, weil unbeabsichtigte Fortpflanzung nicht ausgeschlossen werden kann. Anders etwa transgene Fische oder Insekten, deren Rueckholbarkeit aeusserst fraglich ist. Es werden vier Kategorien von Tieren aufgestellt, die unterschiedliche Anforderungen an die Sicherheitsmassnahmen bei Freisetzungen stellen.
The DSMZ is the most comprehensive biological resource center worldwide. Being one of the world's largest collections, the DSMZ currently comprises more than 73,700 items, including about 31,900 different bacterial and 6,600 fungal strains, 840 human and animal cell lines, 1,500 plant viruses and antisera, 700 bacteriophages and 19,000 different types of bacterial genomic DNA. All biological materials accepted in the DSMZ collection are subject to extensive quality control and physiological and molecular characterization by our central services. In addition, DSMZ provides an extensive documentation and detailed diagnostic information on the biological materials. The unprecedented diversity and quality management of its bioresources render the DSMZ an internationally renowned supplier for science, diagnostic laboratories, national reference centers, as well as industrial partners.
Mit der bodenbezogenen Verwertung von Klärschlämmen als Dünger sind Risiken verbunden. Zum einen enthalten diese eine hohe Vielfalt an Bakterien (einschließlich Pathogenen), zum anderen sind sie mit einer Vielzahl an Schadstoffen verunreinigt, von denen einige Gruppen (z.B. Schwermetalle, Antibiotika und Desinfektionsmittel) selektiv auf Antibiotika-resistente Bakterien wirken. Da in Kläranlagen Bakterien aus unterschiedlichen Einspeisungsquellen unter hoher Nährstoffverfügbarkeit und in Gegenwart dieser selektiven Substanzen inkubiert werden, stellen Kläranlagen sogenannte "hotspots" für horizontalen Gentransfer dar. Dieser Gentransfer erfolgt über mobile genetische Elemente, welche den Austausch von genetischem Material (einschließlich von Resistenzgenen) zwischen unterschiedlichen Bakterienarten ermöglichen. Entsprechend gelten Klärschlämme als eine der Haupteintragsrouten von Schadstoffen, Antibiotika-resistenten Bakterien, Antibiotika-Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen in den Boden. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der Konzentration von selektiven Substanzen in Klärschlämmen aus Abwasserbehandlungsanlagen kleiner bis mittlerer Ausbaugröße auf das Auftreten von Antibiotika-Resistenzgenen, mobilen genetischen Elementen und deren Übertragbarkeit auf andere Bakterien, sowie auf das Auftreten von Indikatorbakterien zu untersuchen. Desweiteren wurde das Schicksal von Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen nach Klärschlammausbringung in Bodenmikrokosmen untersucht. Basierend auf den Ergebnissen und der bestehenden Fachliteratur sollen möglichst Grenzwerte für die Konzentration an selektiven Schadstoffen in Klärschlämmen vorgeschlagen werden. Die Ergebnisse der Studie lassen erkennen, dass Klärschlämme aus kleinen Abwasserbehandlungsanlagen ähnlich stark mit Resistenzgenen, mobilen genetischen Elementen und selektiven Substanzen kontaminiert sind wie Klärschlämme aus großen Anlagen. Es ist nicht möglich, aus den gewonnenen Ergebnissen konkrete Grenzwerte für selektive Sustanzen in Klärschlamm abzuleiten. Dennoch lassen sich insbesondere für Fluorochinolone, Doxycylin, Trimethoprim, Triclosan, Kupfer und Zink zahlreiche signifikante und positive Korrelationen zur Abundanz mit Resistenzgenen und mobilen genetischen Elementen feststellen. Diese Substanzen könnten sich als geeignete Kandidaten für die tiefergehende Erarbeitung von Grenzwerten in Klärschlamm dienen. Quelle: Forschungsbericht
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