This subproject aims at the development of spectral electrical impedance tomography (EIT) as a non-destructive tool for the imaging, characterization and monitoring of root structure and function in the subsoil at the field scale. The approach takes advantage of the capacitive properties of the soil-root interface associated with induced electrical polarization processes at the root membrane. These give rise to a characteristic electrical signature (impedance spectrum), which is measurable in an imaging framework using EIT. In the first project phase, the methodology is developed by means of controlled rhizotron experiments in the laboratory. The goal is to establish quantitative relationships between characteristics of the measured impedance spectra and parameters describing root system morphology, root growth and activity in dependence on root type, soil type and structure (with/without biopores), as well as ambient conditions. Parallel to this work, sophisticated EIT inversion algorithms, which take the natural characteristics of root system architecture into account when solving the inherent inverse problem, will be developed and tested in numerical experiments. Thus the project will provide an understanding of electrical impedance spectra in terms of root structure and function, as well as specifically adapted EIT inversion algorithms for the imaging and monitoring of root dynamics. The method will be applied at the field scale (central field trial in Klein-Altendorf), where non-destructive tools for the imaging and monitoring of subsoil root dynamics are strongly desired, but at present still lacking.
ExITox-2 hat zum Ziel eine integrierte Teststrategie (IATA) zu entwickeln, die Tierversuche mit wiederholter inhalativer Verabreichung ersetzt. Der in ExITox-1 entwickelte Read across Ansatz soll weiterentwickelt werden. Neben der Gruppe der Vinylester sollen in ExITox-2 vier neue Gruppen, die Lungenfibrose bzw. Lungenentzündung verursachen, getestet werden. Neue Aspekte sind: i) Integration von in vitro Daten aus Toxv21; ii) Abschätzung der Toxikokinetik mit Hilfe von PBPK- und QSAR Modellen; iii) Unterscheidung von Genexpressionsveränderungen bei geringen und hohen Dosen; iv) Analyse der microRNA; v) Bestätigung der Genexpressionsänderungen durch RTqPCR. Zur besseren Darstellung der Ergebnisse werden Mastersignalwege entwickelt, um zellspezifische Antworten von generellen Stressantworten zu unterscheiden. Die Integration dieser Ergebnisse in eine Test- und Bewertungsstrategie (IATA) soll zur Einschätzung der Toxizität einer inhalierbaren Chemikalie ohne Tierversuch führen. AP1 Stoffauswahl: Zwei Stoffgruppen sollen zu 'Fibrosis' und 'Inflammation' ausgewählt werden (M1.2), sowie Literaturdaten zu den Leitstoffen und Analoga identifiziert werden (M1.3). AP5 Bioinformatik Für 'Hyperplasie', 'Fibrose' und 'Entzündung' werden master pathways erstellt (M 5.1). Differentiell exprimierte Gene (DEG) werden bestimmt (M 5.2). Mit Hilfe der upstream Analyse werden gewebespezifische Masterregulatoren identifiziert (M 5.5). Daraus werden RAX spezifische Profile erstellt (M 5.6). AP6: Transfer der experimentellen Daten und Modelle in die IATA. Es werden die biologischen Profile innerhalb der Stoffgruppe (intra-group) und unter den Stoffgruppen (inter-group) verglichen (M 6.2), sowie zur Ermittlung von AOP und generellen Stressantworten die Stoffgruppen-spezifischen Profile mit den Daten aus M5.1 abgeglichen (M 6.3). Die Ergebnisse des Projektes werden in eine Bewertungsstrategie (IATA) integriert (M 6.4).
Checking the persistence of a chemical in the environment is extremely important. Regulations like REACH, the European one on chemicals, require the measurements or estimates of the half-life of the chemical in water, sediment, and soil. The use of non-testing methods, like quantitative structure-activity relationship (QSAR) models, is encouraged because it reduces costs and time. To our knowledge, there are very few freely available models for these properties and some are for specific chemical classes. Here, we present three new semi-quantitative models, one for each of the required environmental compartments (water, sediment, and soil). Using literature and REACH registration data, we developed three new counter-propagation artificial neural network models using the CPANNatNIC tool. We calculated the VEGA descriptors, and selected the relevant ones using an internal method in R based on the forward selection technique. The best model for each compartment was implemented in two open-source stand-alone tools, the VEGA platform, and the JANUS tool (https://www.vegahub.eu/). These models were also used by ECHA to build their PBT profiler available in the OECD QSAR toolbox (https://qsartoolbox.org/). Screening and prioritization are also our main target. The models perform well, with R2 always above 0.8 in training and validation. The only exception is the validation set of the soil compartment, with R2 0.68, that is above 0.8 only for compounds inside the applicability domain (automatically calculated by the system). The root mean square error (RMSE) is good, 0.34 or less in log units (again, for soil validation it is higher but it reaches 0.21 when considering only the compounds in the applicability domain). Compared with one of the most widely used tools, BIOWIN3, the proposed models give better results in terms of R2 and RMSE. For the classification, the performance is better for water and soil, and comparable or lower for sediment. © 2022 Elsevier
Ziel ist die Entwicklung einer integrierten Teststrategie (ITS) zur Bewertung des menschlichen Gesundheitsrisikos durch Toxizität bei wiederholter inhalativer Exposition. Die ITS wird routenspezifische Biomarker und Ergebnisse von Datenrecherchen und QSAR-Vorhersagen beinhalten. Strukturverwandte Chemikalien werden zusätzlich getestet, um zu prüfen, ob das System Read-Across zulässt. Drei Modellsubstanzen werden ausgewählt, deren In-vivo-Daten (zum Transkriptom und Studien zur wiederholten Verabreichung) unterschiedliche Wirkungsweisen vermuten lassen. Untersucht werden das toxikologische Profil (besonders Zielorgane und Effekte) und die Metabolite dieser Modellsubstanzen. Je Modellsubstanz werden zwei 'ähnliche' Substanzen ausgewählt. Durch ex-vivo-Tests in Lungengewebe (Precision-cut lung slices, PCLS) sollen die Zytotoxizität (z.B. LDH- oder Wst-1-Assay) und pro-inflammatorische Zytokine untersucht sowie genomweite Transkriptomanalysen durchgeführt werden. In Folge wird eine geeignete humane Lungenzellinie für In-vitro-Tests ausgewählt, daran Zytotoxizitätstests zur Dosisfindung und ebenfalls Transkriptomanalysen durchgeführt. Entsprechend der dadurch identifizierten Wirkmechanismen werden anschließend ausgewählte funktionelle Assays zur Validierung durchgeführt (z.B. Entzündung, oxidativer Stress, Transkriptionsfaktoren). Die Erkenntnisse sollen in eine ITS integriert und die Prädiktivität der Biomarker im Hinblick auf regulatorische Entscheidungen evaluiert werden.
Im Rahmen der REACH-VO sind die Mitgliedstaaten aufgefordert mittels Dossiers regulierungsbedürftige Stoffe vorzuschlagen. Dazu müssen aus der Vielzahl der registrierten Stoffe oder noch zu registrierenden Stoffe u. a. jene mit aus Umweltsicht potentiell kritischen Eigenschaften herausgefiltert werden. Hinweise auf kritische Eigenschaften wie etwa Abbaubarkeit, Bioakkumulationspotential und Toxizität oder auch das endokrine Wirkpotenzial eines Stoffes können teilweise mithilfe von (quantitativen) Struktur-Wirkung-Beziehungen (QSAR -Methoden) und sogenannten Strukturalarmen z.T. bereits aus der chemischen Struktur abgeleitet werden. In dem Vorhaben sollen die Ergebnisse eines Vorläuferprojektes weiter ausgebaut werden. In dem 2015 abgeschlossenen Projekt (UFOPlan FKZ 3713 63 414) wurden bisher wenig beachtete Strukturalarme (z.B. für Trinkwasserrelevanz) und QSAR Methoden genutzt, um aus einem großen Stoffpool Stoffe mit potentiell kritischen Eigenschaften herauszufiltern. Hierzu wurde ein sogenanntes Konsensus-Modell entwickelt, welches verschiedene QSAR und Read-across Modelle beinhaltet und zu einem globalen Bewertungsparameter für eine zu testende Substanz zusammenfasst. Dabei liegt ein Schwerpunkt auch in der Dokumentation der QSAR Ergebnisse, da REACH hier hohe Anforderungen stellt. Das hier geplante Vorhaben soll die Modelle des Vorläuferprojektes erweitern (z.B. um Strukturalarme und Modelle zu endokrinen Eigenschaften von Substanzen) und verfeinern und in eine Nutzerplattform integrieren. So soll ein für das UBA nutzbares Tool entstehen, das ein 'multi criteria decision making' bei der Auswahl besonders regulierungsbedürftiger Stoffe unter REACH unterstützt und dabei besonders auf die Vermeidung von 'falsch positiven' Stoffen ausgelegt ist. Solche Stoffe, die fälschlicherweise durch das System als kritische Stoffe identifiziert werden, würden eine effiziente und ressourcenschonende Wahrnehmung der UBA Aufgaben unter REACH behindern. Das Ergebnis ist besonders für die Erfassung von Kandidaten für die Stoffbewertung interessant. Diese wird für Stoffe mit geringeren Tonnagen und dementsprechend begrenzterer Datenlage innerhalb von REACH zunehmend an Bedeutung gewinnen. Außerdem erlaubt die qualifizierte Anwendung geeigneter QSAR-Methoden die Identifizierung von SVHCs anhand eines Weight-of-Evidence-Approachs.
Die vorgeschlagenen Arbeiten befassen sich mit der Rolle von hydrothermalen Fluiden für den Transport von Material und Energie von der ozeanischen Kruste in die ozeanische Wassersäule, in die Biosphäre und in die mineralische Ebene. Es handelt sich um eine Fortsetzung der Arbeiten aus den ersten beiden Teilen des SPP-Projektes. Die Zeitreihenstudien werden sich dieses Mal stärker auf den südlichen MAR konzentrieren, da die bisherigen Daten die einzigartige Rolle der dort neu entdeckten jungen post-eruptiven Systeme dargelegt haben, in denen wir die höchsten bisher in Hydrothermalfluiden gemessenen Temperaturen gefunden haben. Der Vergleich des ultramafischen Logatchev-Feldes mit den basaltischen Systemen bei 5 S ermöglicht eine Abschätzung der entsprechenden Rolle der beiden Systemtypen für den jeweiligen Elementeintrag. Die Teilnahme an vier weiteren Forschungsfahrten wird die notwendigen Proben zur Charakterisierung der anorganischen und organischen Fluidgeochemie, verschiedener chemischer Spezies in den Fluiden und ihrer Rolle für Geo-Bio-Schnittstellen liefern. Weiterhin werden Sieden und Phasenseparation und die Charakterisierung der superheißen (464 Grad C) überkritschen Dampfphase in den 5 Grad S-Fluiden untersucht. Die geochemische Kartierung der Plumes wird um die numerische Modellierung von Wärme und Massentransport von den Vents in die ozeanische Wassersäule erweitert.
Glaciers around the world have retreated over the 20th century, which is also true of tropical glaciers. Although the characteristics of tropical glaciers (a high sensitivity to moisture-related climate variables) also apply to the glaciers on Kilimanjaro (Equatorial East Africa), studying their behavior requires a special view. This is because different glacier systems exist on Kilimanjaro: tabular-shaped ice bodies on the summit plateau, and slope glaciers below the summit plateau on the mountains steep flanks. The plateau glaciers are margined by vertical ice cliffs that - once they are established - lead to an irreversible areal recession of the plateau glaciers, regardless of the mass balance on the plateau glaciers horizontal surface. A preceding project could demonstrate that the main climatic reason of the current glacier retreat on Kilimanjaro (which commenced around 1880) is a regionally drier climate since the late 19th century, and that the glaciers show a much higher sensitivity to precipitation fluctuations than to air temperature changes. It also became clear that current climate pushes the glaciers close to disappearance, which raises the question under which climate conditions those glaciers could form and exist at all. The present project therefore aims at reconstructing at least 500 years of glacier history on Kilimanjaro and climate change in the tropics, to identify potential phases of an ice-free summit of Africas highest mountain. Since other precipitation-sensitive proxies (particularly lake levels) indicate greater climate fluctuations before 1880 than afterwards, it is likely that glacier existence on Kilimanjaro summit follows a relatively short-term cycle. On-site meteorological measurements with automatic weather stations will continue in the proposed project, in order to run.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 44 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 42 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 1 |
| offen | 42 |
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| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 35 |
| Englisch | 19 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 28 |
| Webseite | 16 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 29 |
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| Weitere | 44 |