Biosynthetische Polymere werden in zunehmender Zahl und Menge eingesetzt und sind aus vielen Bereichen des Alltags nicht mehr wegzudenken. Waren es frueher vorwiegend von hoeheren Lebewesen synthetisierte Polymere, so gewinnen nun von Mikroorganismen synthetisierte Polymere als Werkstoffe sowie als Hilfs- und Nebenstoffe an Bedeutung. Mikroorganismen synthetisieren in vielfaeltiger Form Polymere fuer technische Anwendungen. Die meisten technisch genutzten mikrobiellen Polymere werden heute als Hilfs- und Nebenstoffe eingesetzt, einige auch direkt zu Werkstoffen verarbeitet. Mikrobielle Polymere werden als Rohstoffe zu anderen Werkstoffen oder Hilfs- und Nebenstoffen verarbeitet oder dienen als Ausgangsmittel fuer weitere chemische Synthesen. Der Einsatz von Mikroorganismen bei der biotechnologischen Produktion von Polymeren ermoeglicht haeufig die Nutzung nachwachsender Rohstoffe als Substrate und Kohlenstoffquelle fuer die Produktion wie zB die Nutzung pflanzlicher Photosynthetate, die von der Land- und Forstwirtschaft in grossen Mengen bereitgestellt werden koennen. Die Kenntnis der Biosynthesewege fuer Polymere in Bakterien in Verbund mit der Gentechnik ermoeglicht zudem die Erzeugung transgener Pflanzen, die zur Produktion neuer Polymere anstelle von Bakterien herangezogen werden koennen. 1) Biosynthese von Polyestern: Mikrobielle, aus Hydroxyfettsaeuren aufgebaute Polyester (PHF) machen seit einigen Jahren als neue biologische abbaubare Werkstoffe von sich reden. Neben 3-Hydroxybuttersaeure sind mittlerweile mehr als 100 verschiedene Hydroxyfettsaeuren als Bausteine von PHF bekannt. Seit ca 10 Jahren wird in der Arbeitsgruppe die Biosynthese dieser wasserunloeslichen Polyester untersucht. Als Modellorganismen dienten zunaechst Alcaligenes eutrophus und Pseudomonas aeruginosa; Rhodococcus ruber und zahlreiche anoxygene phototrophe Bakterien wie zB Chromatium vinosum wurden spaeter ebenfalls untersucht. Diese Untersuchungen haben zur Aufklaerung von Biosynthesewegen der PHF und zur Entdeckung neuer Bausteine von PHF sowie zur Klonierung und Ermittlung der Primaerstrukturen des Schluesselenzyms PHF-Synthase aus ca 20 Bakterien beigetragen. Durch Screening nach neuen Wildtypen, durch Verwendung von Mutanten und mit gentechnischen Methoden gelang es, Polyester mit ungewoehnlichen Hydroxyfettsaeuren aus einfachen Kohlenstoffquellen verfuegbar zu machen. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern und gefoerdert durch das BMBF und das BML sollen Reststoffe, Kohlen und nachwachsende Rohstoffe fuer die Produktion dieser Polyester erschlossen werden. Ein Biotechnikum mit Bioreaktoren von 1 bis 20 l Nutzvolumen, welches demnaechst durch einen Anbau und einen Bioreaktor von 450 L Nutzvolumen erweitert wird, erlaubt die Herstellung von Polymermustern zur Ermittlung der Materialeigenschaften durch hieran interessierte Kooperationspartner. Ferner kommt der Zusammenarbeit mit Pflanzengenetikern, die Gene fuer PHF Biosynthese aus Bakterien in Pflanzen ...
Das Tumorgen Tu der lebendgebaerenden Zahnkarpfen wird im krebsfreien Organismus durch Regulationsgene (R) kontrolliert. Die Kontrolle, die diese Regulationsgene ausueben, ist gewebs- und herkunftsspezifisch (Art, Unterart usw.), wobei die Zahl der Regulationsgene von einem bis zu vielen variiert und die Lage der Regulationsgene verschieden sein kann: gekoppelt oder ungekoppelt mit dem Tumorgen. Das Ziel ist, die Sensitivitaet der jeweiligen Kontrollsysteme gegenueber verschiedenen karzinogenen Einfluessen naeher zu untersuchen und Genotypen herauszuarbeiten, die dann als Testorganismen allgemein eingesetzt werden koennen. Erste Versuche sind mit karzinogenen Agenzien (Roentgen- und UV-Strahlen; N-Methyl-N-Nitrosoharnstoff) durchgefuehrt worden. Dabei sind Stammzellen der verschiedenen Gewebe neoplastisch transformiert worden, wobei epitheliale, mesenchymale und neurogene Neoplasmen entstanden sind. Die Dereprimierung des Tumorgens durch carcinogene Einfluesse verspricht ein allgemein verwendbares Testsystem zu sein.
Zielsetzung: Die Degradation von Ökosystemen und der Verlust der Biodiversität sind zwei der drängendsten Probleme unserer Zeit. Die EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 sieht vor, geschädigte Ökosysteme zu restaurieren und die Natur langfristig zu schützen. Für Waldökosysteme wurden bereits verschiedene Naturschutzkonzepte erarbeitet und etabliert, um Waldwirtschaft nachhaltig und in Einklang mit Biodiversitätsförderung zu gestalten. Unter anderem soll der Anteil von Totholz gesteigert werden sowie die strukturelle Vielfalt durch den Erhalt alter Bäume und der Schaffung von Lichtungen. Neben der Steigerung der Habitatqualität muss jedoch auch gewährleistet sein, dass bedrohte und seltene Arten die neu geschaffenen Lebensräume besiedeln können, was insbesondere bei Arten mit Individuen-armen Populationen und stark eingeschränktem Verbreitungsarealen kaum möglich ist. Im Projekt „Wiederansiedlung vom Aussterben bedrohter Pilze in Mitteleuropäischen Wäldern“ sollen seltene Pilzarten, die sich vom Abbau organischer Substanz ernähren, durch gezielte Wiederansiedlung gefördert werden. Pilze sind bisher im institutionellen Naturschutz sowie in den gängigen Naturschutzgesetzgebungen unterrepräsentiert. Ziel des Projektes ist es, ausgewählte Naturnähezeiger verschiedener Lebensräume erfolgreich im Labor zu kultivieren, in geeigneten Habitaten anzusiedeln und Artenschutzkonzepte für diese Arten zu entwickeln. Die Relevanz, für welche Arten Schutzkonzepte und Wiederansiedlungen durchgeführt werden sollen, basieren hierbei auf verschiedenen Kriterien, wie der Listung als Naturnähezeiger, der allgemeinen Seltenheit sowie der Isoliertheit bestehender Vorkommen. Es sollen gleichermaßen Arten berücksichtigt werden mit einem sehr engen und weiterem Wirtsspektrum. Die ermöglicht, Erkenntnisse darüber zu gewinnen wie sich Wirtsspektren durch die Forstwirtschaft im Klimawandel (z.B. Nutzung von klimawandelresistenten Baumarten als Wirt) verändern könnten. Die ausgewählten Pilzarten habe große naturschutzfachliche Relevanz über das Projektgebiet Bayerischer Wald hinaus in ganz Deutschland und stellen somit geeignete Modelorganismen dar. Übergeordnetes Ziel ist es, ein wissenschaftlich fundiertes Modellkonzept zur Erhaltung besonders seltener, wirtsgebundener Baumpilze zu entwickeln. Die im Anschluss und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ausgearbeiteten Artenhilfsprogramme sollen ein Zeichen zur stärkeren Beachtung des Reiches der Pilze im Naturschutz setzen.
Seit Beginn der 80er Jahre wird in der Ursachenforschung der Waldschaeden bestimmten Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle beigemessen. Aus diesem Grund wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Wuerttemberg ein Pilotprojekt begonnen. Ziel dieses Vorprojektes war die Entwicklung und Erprobung einer Grosskammer zur Untersuchung von Filterwirkung, Wintertauglichkeit und Kammerklima. Solche 'oben offenen Experimentierkammern' bieten die Moeglichkeit, Luftschadstoffe der Umgebungsluft auszuschliessen. Aus den Kontrollen mit den jeweiligen Freiluftbaeumen lassen sich dann Rueckschluesse auf die Auswirkungen der verschiedenen Schadstoffe ziehen. Dieses Pilotprojekt wurde im Muenstertal im Suedschwarzwald in 850 m ue NN durchgefuehrt. Die praktische Erprobung waehrend zweier Betriebsjahre zeigte einen weitgehend stoerungsfreien Kammerbetrieb. Die hoelzerne Konstruktion und die Folienbespannung widerstanden allen Belastungen durch Wind und Schnee. Lueftungs- und Filterungssystem arbeiteten befriedigend. Im Gegensatz zum technischen Kammerbetrieb bleiben die qualitativen Kammerbedingungen hinter den Erfordernissen zurueck. Eine wesentliche Abweichung von den Freilandbedingungen stellten die fehlenden Nebel- und Tauereignisse dar. Aus immissionsoekologischer Sicht entfielen hierdurch Depositionen, die fuer das aktuelle Schadensphaenomen der montanen Nadelvergilbung von besonderer Bedeutung sein koennten. Die nahezu lueckenlosen Messreihen der Klimawerte belegten ferner, dass die grundlegende Forderung nach einem freilandaehnlichen Kammerklima in den getesteten Kammern nur bedingt erfuellt werden konnte. Dies traf insbesondere fuer Luft- und Bodentemperaturen, fuer die relative Luftfeuchtigkeit und die Strahlungsverhaeltnisse zu. Aufgrund der beobachteten Klimaeffekte sowie des Fehlens wesentlicher immissionsoekologischer Feuchtefaktoren lassen die Testpflanzen sowohl kurz- als auch langfristig Wuchs- und Symptomreaktionen erwarten, die nicht mit denen des Freilandes vergleichbar sind. Unter diesen Bedingungen ist nur der Vergleich von Kammer zu Kammer statthaft. Die Durchfuehrung spezieller Kurzzeitexperimente (zB waehrend einer Vegetationsperiode) mit den Behandlungsvarianten Rein- und Umgebungsluft scheiterte an der relativ geringen Luftschadstoffbelastung des Projektstandortes. Gegen Langzeit-Experimente sprachen die nicht vergleichbaren Wachstumgsbedingungen innerhalb und ausserhalb der Kammern. Um uebertragbare Kammerergebnisse zu erzielen, muessten kostenintensive Optimierungsmassnahmen vorgenommen werden. Vorrangige Verbesserungen waeren im Bereich der Lichtbedingungen und der Temperaturreduktion angezeigt. Die Steuerungsgruppe kam zu dem abschliessenden Ergebnis, dass das Projekt im Vorprojektstadium abgeschlossen und am Standort 'Muenstertal' nicht in ein langfristiges Abschlussprojekt uebergeleitet werden sollte.
Die mikrobielle Umsetzung von organischem Material zu dem erneuerbaren Energieträger Methan ist eine bewährte und verbreitete Strategie der effektiven Abfallwirtschaft. In einem solchen methanproduzierenden Milieu nutzen elektrisch verbundene Bakterien und Archaeen direkten Interspezies-Elektronentransfer (DIET), als Alternative zum Interspezies-Formiat- und Wasserstofftransfer (IHT). Grundlegende Aspekte der mikrobiellen Ökologie in Bezug auf DIET sind dabei jedoch noch unerforscht, insbesondere der Stellenwert für die Biogasproduktion. Bis jetzt haben sich Studien zum Großteil auf DIET in Ko-Kulturen von wenigen Modellorganismen beschränkt, die für die Abwasserbehandlung in UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) eine Rolle spielen. Wir beabsichtigen weithin anwendbare Erkenntnisse über die Zusammenhänge der syntrophen mikrobiellen Gemeinschaft und dessen Funktion in mesophilen und thermophilen Biogasreaktoren mit Hilfe moderner molekularbiologischer und mikrobiologischer Methoden zu generieren, um letztendlich eine höhere Prozessstabilität und Effizienz zu ermöglichen. Zentrale Ziele sind die Identifizierung neuer Organismen die an DIET beteiligt sind und das Verständnis der zugrundeliegenden genetischen Mechanismen. Der Schwerpunkt wird auf Bioabfall vergärende Anlagen liegen, die sich wesentlich von mesophilen UASB Reaktoren durch Konstruktion, Betriebsweise, Temperatur und Substratzusammensetzung unterscheiden. Wir vermuten, dass DIET ein weit verbreiteter Alternativprozess zum IHT bei der anaeroben Vergärung von Biomasse ist, wobei beide Prozesse wahrscheinlich parallel ablaufen. In dem vorgeschlagenen Projekt wird DIET erstmals in thermophilen aber auch in mesophilen Systemen Gegenstand der Forschung sein. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung neuer Substrate, die von den syntrophen Konsortien während DIET umgesetzt werden können. Hier wird der Fokus auf syntrophe Propionat- und Butyratoxidierer liegen, die für den anaeroben Abbau von organischem Material eine Schlüsselrolle spielen. Mittels Metagenomik wird das Stoffwechselpotential rekonstruiert und Genexpressionsmuster im Zusammenhang mit IHT und DIET werden mittels Transkriptomik untersucht. DIET ist möglicherweise vorteilhaft für die Stabilität des Vergärungsprozesses, da die Produktion von Wasserstoff umgangen wird, welcher schon in geringer Konzentration die Oxidation von kurzkettigen Fettsäuren inhibieren kann. Deshalb planen wir physiologische Vorteile von DIET gegenüber IHT in Anreicherungskulturen zu untersuchen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind essentiell um das Potential der Biogasproduktion im vollen Umfang auszuschöpfen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse auch für andere Forschungsgebiete relevant sein, wo elektrisch verbundene Mikroorganismen eine Rolle spielen, beispielsweise bei der Minimierung von Treibhausgasemission in methanogenen Habitaten oder bei der Nutzung in mikrobiellen Brennstoffzellen.
Die Raupe des Tabakschwärmers wird weltweit in vielen Instituten als Objekt der Entwicklungsbiologie, Neurophysiologie und Molekularbiologie intensiv erforscht. Das Insekten-Infektionsmodell soll vor allem in mikrobiellen Genomprojekten (Erforschung der Erbsubstanz von Erregern) den Einsatz von den sonst üblichen Wirbeltieren (Maus und Ratte) deutlich reduzieren und kann auch zur Validierung antibakteriell wirksamer Substanzen (Bewertung neuer Antibiotika) als Tiermodell verwendet werden. Als primärer Testorganismus sollen zunächst verschiedene Stämme und Mutanten des Bakteriums Streptococcus pneumoniae verwendet werden. In einem zweiten Schritt soll das Testsystem auf andere pathogene Keime erweitert werden. Im Sinne der Drei-R-Richtlinie (reduction, refinement, replacement) bieten Vorab-Testsysteme, die mit dem Tabakschwärmer Manduca sexta durchgeführt werden könnten, eine ideale Basis zur drastischen Reduktion von Versuchen mit Wirbeltieren.
Verschiedene Enzyme werden auf ihre Eignung als Indikatorenzyme im Laborversuch getestet. Im Industriegebiet von Stuttgart werden Testpflanzen in Expositionskammern den Immissionen fuer jeweils 4 Wochen ausgesetzt. Die Aenderung der Enzymaktivitaeten und des Chlorophyllgehaltes gibt einen Hinweis auf die Immissionsbelastung.
Die OECD Test Guidelines (TGs) 208 und 227 (beide von 2006) dienen als Grundlage für die Risikobewertung von terrestrischen (Nichtziel-) Pflanzen. Anders als z.B. in den TGs zu aquatischen Studien werden die Testbedingungen in den TGs 208 und 227 nicht als Validitätskriterien, sondern lediglich als Empfehlungen angegeben. In zahlreichen eingereichten NTTP-Studien wird dieser Spielraum genutzt, um von den Empfehlungen abzuweichen. So werden z.B. mehr Testpflanzen pro Topf eingesetzt als empfohlen, was sich bereits negativ auf das Wachstum der Kontrollpflanzen auswirkt. Weitere Testbedingungen sind in Abhängigkeit von den Stoffeigenschaften relevant, z.B. der Corg-Gehalt oder der pH-Wert des Bodens. Letzterer wird zurzeit gar nicht berücksichtigt, hat aber einen großen Einfluss auf die Aufnahme und Toxizität von ionisierbaren Stoffen. Zunächst soll daher eine Literaturrecherche zu dem wissenschaftlichen Stand der Auswirkungen der Testbedingungen auf die Effektwerte durchgeführt werden. Im Rahmen von Gewächshausversuchen (angelehnt an das Test Guideline-Design) soll dann ermittelt werden, wie hoch der Einfluss der Testbedingungen, z.B. die Dichte der Pflanzen pro Topf, auf die bewertungsrelevanten Effektwerte ist. Dadurch liefert das Vorhaben eine wichtige experimentelle Basis für die Überarbeitung der TGs bezüglich der Testbedingungen und Validitätskriterien. Ein Ziel ist daher die Erarbeitung von Vorschlägen zur textuellen Überarbeitung der TGs, um eine Präzisierung der Studienberichte zu erreichen. Ferner sollen die bisherigen Empfehlungen der TGs konkretisiert werden und, wo nötig, bestimmte Kriterien (z.B. die Akzeptabilität der Studien) überarbeitet werden. Mit den Ergebnissen soll am Ende die Initiierung eines OECD Review Prozesses zu beiden TGs stehen.
Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Historischer Landnutzungswandel kann erheblichen Einfluss auf die aktuelle Komposition, Struktur und Funktion von Ökosystemen haben. Frühere lokale Landnutzung kann z.B. durch Standortveränderungen, Samenbank oder überdauernde Arten anhaltende Effekte auf Artengemeinschaften haben. Auf der Landschaftsebene kann es durch Landnutzungswandel zu drastischen Veränderungen der räumlichen Konfiguration von Habitaten, z.B. Patchgrößen, Gesamtfläche und Konnektivität, kommen. Die Habitatkonfiguration hat bekanntermaßen Einfluss auf die Entstehung und die Diversität von Artengemeinschaften. In Fällen, in denen sich die Habitatkonfiguration aufgrund von Landnutzungswandel erheblich verändert hat, kann die historische Konfiguration signifikanten Einfluss auf die aktuellen Artengemeinschaft haben.Wir werden Daten zu Pflanzen und Arthropoden der Grünland-EP und Landnutzungskarten von 1870-2010 (die in diesem Projekt erstellt werden) der drei Exploratorien verwenden, um Auswirkungen früherer Landnutzung und historischer Habitatkonfiguration auf Artenreichtum und Traits der Gemeinschaften zu modellieren. Die Landnutzungskarten und daraus abgeleitete Landschaftsmaße werden allen AGs in den Biodiversitätsexploratorien über BExIS zur Verfügung gestellt, um weitere Studien zu Auswirkungen historischer Landnutzung zu unterstützen.Ziele: 1.) Historische Landnutzungs- und Landschaftsanalyse: wir werden Landnutzung von historischen Karten abdigitalisieren, Landnutzungstrajektorien auf der lokalen und landschaftlichen Ebene analysieren und Maße der historischen Landschaftstruktur berechnen. Für Hainich-Dün ist dies bereits durchgeführt worden. 2.) Modellierung der Auswirkungen historischer Landschaftsdynamik auf Artenreichtum der Pflanzen und Arthropoden: wir werden testen, ob sich die historische Habitatkonfiguration auf den aktuellen Artenreichtum auswirkt und dabei wichtiger als die aktuelle Konfiguration ist, wenn es starke Veränderungen der Grünlandfläche gegeben hat (Zu-/ Abnahme). Des Weiteren werden wir spezifischere Analysen von EP mit neu entstandenem Grünland (z.B. in Hainich-Dün) sowie mit Grünlandfragmentierung durchführen und bei Letzterem auch Aussterbeschuld untersuchen. 3.) Modellierung der Auswirkungen früherer Landnutzung und historischer Habitatkonfiguration auf die Trait-Zusammensetzung von Artengemeinschaften: unter diesem Objective werden wir historische Effekte auf die multivariate Trait-Zusammensetzung, die Anteile bestimmter Artengruppen (z.B. Habitatspezialisten) und Trait-Mittelwerte der Gemeinschaften modellieren. 4.) Quantitative Modellierung der Interaktionen zwischen Traits und früherer Landnutzung und historischer Habitatkonfiguration: hierfür werden wir einen neuen Modellierungsansatz verwenden, der auf Verallgemeinerten Linearen Gemischten Modellen basiert, um zu quantifizieren, wie stark bestimmte Traits die Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen von Arten und früherer Landnutzung sowie historischer Konfiguration modifizieren.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 513 |
| Land | 4 |
| Wissenschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 2 |
| Ereignis | 2 |
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| Text | 11 |
| unbekannt | 17 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 29 |
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|---|---|
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 338 |
| Lebewesen und Lebensräume | 511 |
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