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Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften; Flexibility Matters: Interplay Between Trait Diversity and Ecological Dynamics Using Aquatic Communities as Model Systems (DynaTrait), Teilprojekt: Indirekte Reaktionen auf externe Störungen in Räuber-Beute Systemen

Das Zusammenspiel von ökologischen und evolutionären Dynamiken ist entscheidend für die meisten ökologischen und evolutionären Prozesse, da es die Koexistenz von Arten und deren Biomassen sowie deren lokale Anpassungen und innerartliche Variation und Polymorphismen bestimmen kann. Über die Bedeutung dieser öko-evolutionären Rückkopplungen zwischen den Dynamiken von Populationen und deren Merkmalen für die Pufferung von externen Störungen ist allerdings wenig bekannt. Wir planen die Entwicklung einer allgemeinen Theorie. Sie soll die Möglichkeit der Pufferung von externen Störungen durch das Zusammenspiel von ökologischen und Merkmalsdynamiken darstellen. Diese sollen dann experimentell überprüft werden. Wir werden die Effekte externer Störungen auf einen Räuber eines Räuber-Beute-Systems mit und ohne öko-evolutionären Rückkopplungen untersuchen. Insbesondere wollen wir die Vorhersage testen, dass erhöhte Mortalität und niedrigere Wachstumsraten des Räubers als Folge einer Umweltänderung indirekt durch Anpassungen in der Beutepopulation abgepuffert werden können. Dies führt dann indirekt zur Rettung und Förderung des Räubers. Wir werden den Umfang und die Geschwindigkeit von indirekter Rettung und Förderung als Funktion eines Trade-offs zwischen Fraßschutz und Konkurrenzfähigkeit untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt zu unserem Verständnis der Bedeutung des Zusammenspiels von Merkmalen und Populationsdynamiken in sich ändernden Umwelten beitragen und damit helfen, mögliche Reaktionen von Artengemeinschaften auf diese Änderungen vorherzusagen.

Untersuchung der Konflikte zwischen geschützten Arten, insbesondere Baltischen Stören, und der Stellnetzfischerei im Oderhaff, Achterwasser und Peenestrom

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt A 02: Auswirkungen von Mikroplastik-Partikel auf bodenlebende terrestrische Modellmakrofauna und deren assoziierte Mikrobiota

Im Projekt A02 sollen die Auswirkungen der Ingestion von Mikroplastik (MP) -Partikeln an zwei terrestrischen Modellorganismen, dem im Boden lebenden und Substrat-fressenden Kompostwurm Eisenia fetida sowie der Boden-nistenden omnivoren Ameisenart Camponotus floridanus, untersucht werden. Ziel ist es eine systematische Untersuchung der Effekte von MP der am weitesten verbreiteten und damit umweltrelevanten Kunststoffsorten mit unterschiedlichen Morphologien, Größe und Konzentration der Partikel mit zwei terrestrischen Modellorganismen durchzuführen, um die Wirkmechanismen besser verstehen zu können. Sowohl für E. fetida als auch C. floridanus soll untersucht werden, inwieweit sich diese Modell-MP-Partikel mit ihren unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften auf die Fitness der Modellorganismen auswirken, und zwar sowohl auf phänotypischer Ebene (Mortalitätsrate, Anzahl Nachkommen) als auch auf Transkriptom-, und Proteomebene untersucht werden, um sublethale Stress- oder Immunreaktionen charakterisieren zu können. Zudem sollen mögliche Effekte von MP auf die Aktivität und Diversität des Darmmikrobioms und der Bereitstellung mikrobiell produzierter Gärungsprodukte und anderer Metabolite für den Wirt untersucht werden, denn solche Veränderungen könnten den Wirt indirekt beeinflussen. Wir erwarten, dass die Wirkmechanismen und biologischen Effekte von den chemisch-physikalischen Eigenschaften sowie der Morphologie der MP-Partikel abhängen.

Abklaerung von Todesfaellen bei Greifvoegeln

1.) Zielsetzung: a) Ermittlung der Todesursachen bei gehaeuften Todesfaellen von Greifvoegeln (primaer Maeusebussarde und Milane) im Fruehjahr in Ackerbaugebieten ('Fruehjahrsvergiftung'). b) Pruefung von moeglichen Wirkungsketten bei Stoffen, die fuer die Ackerbehandlung eingesetzt werden. 2.) Projektplan und Methoden: a) Erfassung der oertlichen Verteilung der Todesfaelle (durch gezielte Umfrage). b) Klassierung der Todesfaelle u.a. mittels toxikologischer und veterinaer-pathologischer Untersuchungen. c) Pruefung des Zusammenhangs Ackerbehandlung und fuer Greifvoegel erreichbares Regenwurmangebot. d) Rueckstandanalytische Untersuchung von Regenwuermern auf behandelten Aeckern. e) Eventuell experimentelle Untersuchung der Wirkung ausgewaehlter Pflanzenschutzmittel auf die Aktivitaet und Mortalitaet von Regenwuermern (Prof.C. Schlatter).

Risikoanalyse zu Exposition gegenüber Fall-out durch sowjetische Kernwaffentests auf Basis des NIIRME-Registers (Risk analysis for exposure to fallout from Soviet nuclear weapons testing based on the NIIRME register)

Wismut Uranbergarbeiter-Kohortenstudie

Wismut Uranbergarbeiter-Kohortenstudie Die Wismut-Studie ist eine der weltweit größten Kohortenstudien zu Bergarbeitern, die beruflich Radon und seinen Folgeprodukten ausgesetzt waren. Das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) führt diese Studie seit 1993 durch mit dem Ziel, die gesundheitlichen Folgen der beruflichen Strahlen- und Staubbelastung wissenschaftlich aufzuarbeiten. Zahlreiche Ergebnisse dieser Studie wurden publiziert ( z.B. Kreuzer et al. 2023; Kreuzer et al. 2021 ; Kreuzer et al.,2018 ; Walsh et al. 2015 ). Öffnung der Wismut-Daten für externe Wissenschaftler: Das BfS stellt die Daten auf Antrag externen Wissenschaftlern zur Bearbeitung eigener Fragestellungen zur Verfügung (Einzelheiten siehe Opening of the Wismut Data for External Researchers; Call for Proposals , in englischer Sprache). Bergarbeiter unter Tage beim Bohren im Wasser stehend Die Wismut-Studie ist eine der weltweit größten Kohortenstudien beruflich radonbelasteter Bergarbeiter. Sie umfasst knapp 59.000 männliche Beschäftigte, die im Uranbergbau in der Deutschen Demokratischen Republik ( DDR) zwischen 1946 und 1990 tätig waren. Das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) führt diese Studie seit den 1990er Jahren durch mit dem Ziel, die gesundheitlichen Folgen der beruflichen Strahlen- und Staubbelastung wissenschaftlich aufzuarbeiten. Aufgrund ihres Umfangs, des langen Beobachtungszeitraums und der Fülle vorhandener Informationen ist die Studie einzigartig. Sie ermöglicht die Bearbeitung vieler verschiedener Fragestellungen. Die bisherigen Ergebnisse wurden in zahlreichen Publikationen veröffentlicht. Ergebnisse der Kohortenstudie Ausblick Aktuell werden die Risiken für andere Erkrankungen als Lungenkrebs durch Radon sowie für Erkrankungen durch Quarzfeinstaub in der Wismut-Kohorte mit den Daten des Beobachtungszeitraums 1946 - 2018 untersucht. Außerdem wird erforscht, wie robust die Risiken für Lungenkrebs durch Radon bei Berücksichtigung möglicher Unsicherheiten in der Berechnung der Radonexposition sind. Dazu wurde eine Methode speziell für die Daten der Wismut-Kohorte entwickelt, mit der Expositionsunsicherheiten bei der Risikoschätzung berücksichtigt werden können ( Ellenbach et al. 2023 ). Die Wismut- Kohorte ist auch Teil zweier weltweiter Poolingprojekte ("PUMA" – Pooled Uranium Miners Analysis, Rage et al. 2020 , Richardson et al. 2021 ; Richardson et al. 2022 , Kelly-Reif et al. 2023 ) und "iPAUW" - International Pooled Analysis of Uranium Processing Workers ) mit zahlreichen Uranbergarbeiter- und Uranaufbereiter- Kohortenstudien aus verschiedenen Ländern (Deutschland, Frankreich, Kanada, Tschechien, UK und USA ). Auch am europäischen Radon-Forschungsprojekt RadoNorm ist die Wismut-Kohorte beteiligt. Geplant ist auch die Auswertung der Daten zu den Frauen in der Wismut-Kohorte. Da von diesen nur sehr wenige unter Tage gearbeitet haben und damit strahlenexponiert waren, wurden sie bei den bisherigen Analysen nicht berücksichtigt. Darüber hinaus werden derzeit Lebenszeitrisiken für Krebserkrankungen basierend auf Ergebnissen der Wismut-Kohortenstudie systematisch untersucht und Methoden zur Berücksichtigung von Unsicherheiten bei der Berechnung der Lebenszeitrisiken entwickelt. Das Lebenszeitrisiko spielt zum Beispiel eine zentrale Rolle dabei, wie man die Exposition durch Radon umrechnen kann in eine effektive Dosis, die die Wirkung der Strahlung auf den Körper beschreibt. Fazit Die Zusammenhänge zwischen verschiedenen beruflichen Expositionen im Uranbergbau und gesundheitlichen Risiken werden anhand der deutschen Uranbergarbeiterstudie untersucht. Dadurch lassen sich neue Erkenntnisse für den Strahlenschutz und den Arbeitsschutz gewinnen und die wissenschaftlichen Grundlagen für die Anerkennung von Berufskrankheiten erweitern. Sowohl die berufliche Radon - als auch die Quarzfeinstaubexposition führen bei den Wismut-Beschäftigten zu einer deutlichen Erhöhung des Lungenkrebsrisikos, auch im Niedrigdosisbereich. Der radonbedingte Risikoanstieg hängt zusätzlich ab von Faktoren wie der Zeit seit Exposition , dem Alter bei Exposition und der Expositionsrate. Die Lungenkrebsrisiken durch Rauchen und Radon addieren sich nicht nur, sondern verstärken sich wechselseitig. Das heißt, das gemeinsame Vorliegen der beiden Risikofaktoren erhöht das Lungenkrebsrisiko besonders stark. Auch das Risiko, an einer Leukämie zu sterben, steigt mit der Strahlenexposition an, dieser Anstieg ist jedoch nicht signifikant. Für einzelne Leukämie -Subtypen ergeben sich signifikante Zusammenhänge. Des Weiteren zeigt sich ein sehr starker Anstieg der Sterblichkeit an Silikose mit zunehmender Belastung durch Quarzfeinstaub. Hinsichtlich der anderen untersuchten Todesursachen wurden bisher keine statistisch signifikanten Risikoerhöhungen beobachtet. Mit zunehmendem Beobachtungszeitraum ist mit wertvollen Erkenntnissen auch für Erkrankungen zu rechnen, die in der Kohorte eher selten auftreten. Stand: 02.02.2026

Erarbeitung neuer Methoden fuer den Wasserschutz und die Abfallbeseitigung

Ziel: Erarbeitung neuer Messmethoden; Aufstellen von Messwertkatastern; Interpretation der Messergebnisse in bezug auf Morbiditaet und Mortalitaet.

Mögliche Prädisposition von Rotbuche und Weißtanne für Trockenschäden als Folge von Durchforstungsmaßnahmen

Trockenheitsrisiken im Wald unter Klimawandel, Teilvorhaben 2: Ableitung von trockenstress-bedingten abiotischen und baumartenspezifischen Schadpotentialen (Vitalität, Wachstum und Mortalität) auf Basis von Wasserhaushaltsindikatoren und deutschlandweiter Monitoring- und Inventurdaten

Die Sommertrockenheit in den Jahren 2003, 2013, 2015, 2018 und 2019 verdeutlichen, dass die Häufung und Intensität katastrophaler Trockenheitsereignisse durch den Klimawandel wahrscheinlich deutlich ansteigen werden. Zur deutschlandweiten Echtzeitbewertung der Wasserverfügbarkeit und von Dürrerisiken in Waldflächen soll im Rahmen des Projektes TroWaK ein hochaufgelöstes Wasserhaushaltsmodell entwickelt werden. Die Ergebnisse des Wasserhaushaltsmodells bilden die Grundlage für neue Methoden zur Abschätzung des Risikos für abiotische und biotische Folgeschäden in trockenheitsbeeinflussten Wäldern. Das Thünen-Institut arbeitet gemeinsam mit der NW-FVA und dem DWD an der Weiterentwicklung und Parametrisierung des Modells LWF-Brook90 (Wasserhaushaltsmodell) für verschiedene Baumarten. Hierfür werden Forstliche Monitoring- und Inventurdaten genutzt. Mit den Wasserhaushaltsmodellierungen werden baumspezifische abiotische Stressfaktoren abgeleitet. Diese reichen von Wachstums- über Vitalitätseinbußen, bis zur Mortalität. Damit wird zur Erstellung routinemäßiger Karten zur aktuellen Bodenfeuchtesituation und zum aktuellem Schadensrisiko von Waldbeständen beigetragen. Deutschlandweit kann so eine einheitliche Bewertung der Risiken für Waldbestände in Abhängigkeit von Klima, Baumartenzusammensetzung und Boden erfolgen. Aus den Ergebnissen sollen deutschlandweit einheitliche forstliche Standortskarten abgeleitet werden.

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