Das Projekt "Experimentelle Untersuchungen zur Verbreitung von Transgenen durch Tiere ueber pflanzliche Verbreitungseinheiten nach Magen-Darm-Passage und ueber horizontalen Gentransfer (Keim- und Auflauffaehigkeit)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung (ZIEL), Abteilung Physiologie durchgeführt. Allgemeines: Das FuE-Vorhaben wird in zwei Teilprojekte untergliedert. a) Experimentelle Untersuchungen zur Verbreitung von Transgenen ueber pflanzliche Verbreitungseinheiten nach Magen-Darm-Passage: Auf der Basis des im Auftrag des UBA erstellten Gutachtens 'Haltbarkeit pflanzlicher Verbreitungseinheiten nach Magen-Darm-Passage' sollen experimentelle Untersuchungen zum Thema durchgefuehrt werden. Als Ergebnis des Gutachtens, das auf einem Studium der Literatur zur Thematik beruht, stellte sich heraus, dass systematisch angelegte Untersuchungen bzgl. Keim- und Auflauffaehigkeit von mit den Exkrementen ausgeschiedenen pflanzlichen Verbreitungseinheiten bislang fehlen. Die in der Literatur verfuegbaren Angaben beziehen sich in der Regel nur auf Magen-Darm-Inhaltsuntersuchungen und partiell angelegte Keimfaehigkeitsbestimmungen unter standardisierten Bedingungen. Ziel dieses Teilprojektes ist es daher, an repraesentativen Tierarten moeglichst unter naturnahen Bedingungen die Risiken von ausgeschiedenen pflanzlichen Verbreitungseinheiten abzuschaetzen. Dabei sind die bereits in o.g. Gutachten bearbeiteten, in Deutschland vorkommenden relevanten Kulturpflanzenarten zu beruecksichtigen. b) Experimentelle Untersuchungen zu horizontalem Gentransfer im Magen-Darm-Trakt von Tieren: Es soll untersucht werden, ob die durch Tiere aufgenommene DNA von transgenen Pflanzen im Magen-Darm-Trakt von Tieren wie z.B. Voegel, Kleinsaeuger, Nutztiere auf Darmmikroorganismen oder auf Darmzellen uebergeht und diese transformiert. Weiterhin soll abgeschaetzt werden, welche Auswirkungen dies fuer die Tiere selbst bzw. fuer die Umwelt haben kann. Begruendung des Vorhabens: Die Untersuchung der o.g. Fragestellungen steht in Zusammenhang mit der Freisetzung von gentechnisch veraenderten Pflanzen und der Moeglichkeit einer Verbreitung durch Tiere. Wenn freilebende Tiere pflanzliche Verbreitungseinheiten fressen, dann besteht u.U. die Moeglichkeit, dass diese den Verdauungsprozess unbeschadet ueberstehen und an anderer Stelle, d.h. also nicht am Ort einer genehmigten Freisetzung, mit dem Kot ausgeschieden werden. Wenn die Umweltbedingungen an dieser Stelle guenstig sind, dann keimen die Samen aus und eine Pflanze waechst heran, die wiederum gentechnisch veraendert ist. Diese kann sich dann ggf. vermehren und weiter verbreiten. Horizontaler Gentransfer im Magen-Darm-Trakt von Tieren soll untersucht werden, weil dies moeglicherweise ein potentielles Risiko fuer die Umwelt und die Gesundheit von Mensch und Tier darstellt, insbesondere wenn es sich um Antibiotikaresistenzgene handelt, die als Marker in gentechnisch veraenderten Pflanzen Anwendung finden.
Das Projekt "GeoKernels: Kernel-Based Methods for Geo- and Environmental Sciences - Phase2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universite de Lausanne, Institut de geomatique et d'analyse du risque durchgeführt. This proposal is a continuation of the project 'GeoKernels': Kernel-Based Methods for Geo- and Environmental Sciences (200021-113944/1). The projects deal with the fundamental developments in the field of intelligent geospatial data analysis and modelling using Machine Learning algorithms. The first phase of the GeoKernels project provided a general methodology for using the state-of-the-art models in machine learning (where kernel methods establish one of the main successful areas) for spatio-temporal data analysis and modelling. Real life data lie on some lower-dimensional manifolds in the original high-dimensional geo-feature space. For environmental data these natural low-dimensional geo-manifolds are induced by rivers, relief features, urban structures, hydro-geological formations, etc. During PhaseI in the GeoKernels methodology, semi-supervised learning was applied to the stated problems in an efficient and elegant manner. The continuation of the project (Phase2) is aimed at advancing the data-driven GeoKernels modelling methodology, bringing it closer to the need of real-life operational use, from one side, and developing new methods concerned with geomanifold modelling by feature extraction and interpretable predictions with multiple kernel learning. The new developments will provide more transparency to the data-driven methods and will bring more flexibility for modelling complex environmental processes. The methods are particularly targeted at applications in natural hazards assessments and forecasting, topo-climatic modelling and renewable resources evaluation. Due to the established collaboration, the results of this multidisciplinary project will improve spatial data collection and management process in different scientific fields, will develop new procedures of environmental pattern recognition and modelling approaches using recent achievements in machine learning. The main results will be presented at the international conferences and workshops and published in scientific journals and books. The results, including the software modules (Machine Learning Office) and online interactive case studies will be available at the website of the project for the research and educational purposes (www.geokernels.org).
Das Projekt "Untersuchungen zum horizontalen Gentransfer in der Umwelt durch Transduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH durchgeführt. Die Transduktion ist ein wichtiger Mechanismus des horizontalen Gentransfers. In der Studie soll untersucht werden, ob ein phagenvermittelter DNA-Transfer unter Umweltbedingungen realisiert ist. Nachweis transduzierender Phagen in Umweltisolaten, Isolierung und Charakterisierung der Phagen; Aufbau eines Modellsystems fuer die Transduktion unter Laborbedingungen, Entwicklung eines neuartigen Gentransfer-Expressionssystems; Entwicklung von Mikrokosmos-Systemen und die Etablierung der gewaehlten Transduktionssysteme darin; Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Parameter in den Mikrokosmen auf die Transduktion, die Etablierung und Expression der transferierten Gene in den Rezipienten.
Das Projekt "Teilprojekt: Der Einfluss von Landnutzungsintensitäten auf die Diversität von Viren in Grünlandböden und deren Bedeutung als Steuergrösse für die Zusammensetzung mikrobieller Populationen und deren Funktion (KiWion)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltmikrobiologie durchgeführt. Unser Wissen zur Ökologie und Bedeutung von Mikroorganismen in Böden ist umfassend. Dies gilt im Gegensatz dazu nicht für die Ökologie der Viren. Erkenntnisse dazu hinken dem Kenntnisstand aus aquatischen Lebensräumen weit hinterher. Böden beherbergen eine große Anzahl an Viren und das Viren - Wirt Verhältnis liegt meist deutlich über jenem in aquatischen Systemen. Unterschiede in den Virenpopulationen können teilweise auf unterschiedliche Bodencharakteristika (pH, Wassergehalt, Anteil an organischem Material) erklärt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass Unterschiede in der Landnutzung entsprechend die Virenabundanz als auch Viren - Wirt Interaktionen beeinflussen. In Böden tragen bis zu 68% aller Bakterien induzierbare Prophagen, ein Hinweis darauf, dass die Heterogenität im Boden und die ungleiche Verteilung der Mikroorganismen eine lysogene Vermehrung von Viren selektiert. Dies hat zur Folge, dass der Austausch von genetischer Information zwischen Virus und Wirt vorwiegend durch Transduktion stattfindet. Bis dato analysierte Virenmetagenome aus dem Boden bestanden bis zu 50% aus transduzierten Genen prokaryotischen Ursprungs. Obwohl davon ausgegangen werden kann, dass Viren im Boden, wie für aquatische Lebensräume gezeigt, einen signifikanten Einfluss auf die räumliche und zeitliche Dynamik ihrer Wirte (Killing the Winner Hypothese) und deren kontinuierliche Anpassung (Red Queen Hypothese), wichtige Ökosystemfunktionen und biogeochemische Prozesse haben, kennen wir die Art und Häufigkeit der Interaktionen nicht und empirische Daten fehlen. Wir postulieren, dass Transduktion eine wichtige Rolle für die Resilienz von Böden unter intensiver Landnutzung spielt, da in diesen Böden i) die mikrobielle Diversität vergleichsweise niedrig ist, was zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber Veränderungen in den Umweltbedingungen führt. Andererseits, ii) hat die durch Düngung erhöhte spezifische Aktivität von Mikroorganismen eine erhöhte Transduktionsrate zur Folge, da Viren für ihre Vervielfältigung auf metabolisch aktive Wirte angewiesen sind. Um unsere Hypothese zu überprüfen, werden wir an 150 Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien und im Detail an einer Auswahl an Grünlandstandorten mit unterschiedlicher Intensität der Bewirtschaftung Untersuchungen durchführen. Analysiert wird die Beziehung zwischen Virenabundanzen und VBRs mit der Bewirtschaftung, der Vegetationsperiode und den vorherrschenden Umweltbedingungen. Zusätzlich untersuchen wir mit Hilfe moderner molekularer Methoden die Zusammensetzung der Virengemeinschaften und ihre Diversität, sowie viren-assoziierte Funktionen prokaryotischen Ursprungs. Experimente zu Virus-Wirt Interaktionen und die Analyse von CRISPR like structures in den prokaryotischen Wirten werden Erkenntnisse zu der Ökologie bakterieller Gemeinschaften liefern. Nicht zuletzt werden wir Viren von abundanten Bodenbakterien (z.B. Pseudomonaden) für vergleichende Genomanalysen und Kreuzinfektionsversuche isolieren.
Das Projekt "Alternativmethoden - Einzelprojekt: PRAEDIKARD - Integration von Feldpotentialen in die automatisierte Messung von Calciumtransienten und Kraft an künstlichen menschlichen Herzgeweben zur prädiktiven kardialen in vitro Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), Institut für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie durchgeführt. Biomedizinische kardiale Forschung ist wichtig, wegen der hohen sozioökonomischen Belastung durch kardiale Erkrankungen. Bislang werden hierfür häufig Tiermodelle eingesetzt. Da Maus- und Rattenmodelle nur geringe Vorhersagekraft haben, kommen auch Meerschweinchen-, Kaninchen-, Hunde- oder Primaten-Modelle zum Einsatz. Kardiomyozyten aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC-CM) haben ein großes Potential, da sie humanen Ursprungs sind, biotechnologisch in unbegrenztem Umfang hergestellt werden können und nicht die Verwendung oder Tötung von Tieren voraussetzen. Im Institut für Experimentelle Pharmakologie und Toxikologie/UKE/Hamburg haben wir ein hiPSC-CM engineered heart tissue (EHT) Modell im 24 well Format entwickelt, in dem sich aus hiPSC-CM in einer Fibrin-Matrix zwischen flexiblen PDMS Posts streifen-förmige, spontan kontrahierende, Kraft-entwickelnde EHTs entwickeln. In einem von uns entwickelten und etablierten Testverfahren können wir automatisiert die Kontraktionskraft mit einem video-optischen Verfahren aber auch Calciumtransienten durch Fluoreszenzmessung nach Transduktion mit genetischen Calciumsensoren messen. Ziel dieses Antrags ist die zusätzliche Integration der Messung von Feldpotentialen als Surrogat für das Aktionspotential und damit die Etablierung eines Testsystems zur automatisierten Analyse der drei Parameter der elektromechanischen Kopplung. Arbeitsschritte sind die Integration von Software und Hardware zur Feldpotentialmessung, Etablierung einer Zellbank an differenzierten hiPSC-CM, und die pharmakologische Analyse des kombinierten EHT Testsystems mit Indikatorsubstanzen, inklusive einer verblindeten Testung von proarrhythmischen Indikatorsubstanzen. Die Einsparungen von Tierversuchen durch dieses vielseitige System wären substantiell. Im Jahr 2016 wurden in Deutschland 127.433 Tiere für kardiale Forschungsprojekte verwendet. Eine Reduktion um 10-20% würde einer Verminderung um 12.617-25.234.
Das Projekt "Molekulare Biologie und Funktion der cytosolischen Phospholipase A in der pflanzlichen Signaltransduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsanstalt Geisenheim, Institut für Biologie, Fachgebiet Phytomedizin durchgeführt. Die pflanzlichen Phospholipase A2 wurde im Labor des Antragstellers entdeckt, und ist ein Enzym in der Signaltransduktion der Pflanzen, das die Lipidbruchstücke Fettsäure(n) und Lysophospholipid(e) als potentielle Second Messenger herstellt. Die Schritte zwischen der Bindung von Auxin oder Elicitor an den Rezeptor und den physiologischen Reaktionen sollen aufgeklärt werden. Sequenzen für eindeutig cytosolische pflanzliche Phospholipasen A (iPLA) sind gefunden worden, und zwar offenbar zwei Typen, eine ohne calcium-bindendes Motiv und eine mit einem solchen Motiv, die sich entsprechend im Aktivierungsmechanismu unterscheiden könnten. Um dies mit molekularbiologischen Methoden zu untersuchen, sollen als Funktionstests eine Serie von Hefe-Komplementationen mit in vitro mutierten iPLA-Genen durchgeführt werden. Parallel dazu sollen die enzymatischen Eigenschaften der entsprechenden iPLAs aus Expressions- systemen untersucht werden. Mit Transformation von Arabidopsis mittels Sense- und Antisense-, Grün-Fluoreszenz-Protein- und GUS-Reporter-Gen-Konstrukten und der Untersuchung von Genexpression und Phänotypen soll die Funktion der iPLA-Gene weiter nachgeprüft werden. Hand in Hand mit den molekularbiologisch orientierten Methoden soll die Biochemie und Physiologie der Lipid-Metabolite, die im Zuge der Signaltransduktion gebildet werden, untersucht werden. Dabei ist jetzt schon klar, daß der Lipid-Metabolismus, den wir mithilfe einer neuen Methodik in Zellkulturzellen (Petersilie) beobachten können, nach dem Signal Auxin anders verläuft als nach dem Signal Elicitor. Bei Elicitor-Behandlung treten zusätzliche Metabolite auf, die untersucht werden sollen bzw. die dahinter steckenden enzymatischen Regulationen. Es ist durch die Arbeit anderer Arbeitsgruppen bekannt, daß sich nach Elicitor-Stimulierung das cytosolische Calcium erhöht. Wir vermuten, daß einerseits die verschiedenen Rezeptoren die Verschiedenheit im Lipid-Metabolismus bewirken, aber auch, daß nach Auxin Stimulierung das cytosolische Calcium nicht erhöht wird.In den molekularbiologischen Arbeiten kooperieren wir mit Prof. M. Sussmann (Madison, USA) und Alan Jones (Chapel Hill, NC, USA), in den biochemischen mit Prof. A. Pugin (Dijon, Frankreich).
Das Projekt "Magnetfeld-gesteuerte Gravirezeption in Pilzen und Höhere Pflanzen: die Wirkung der Schwerkraft und des Erdmagnetfeldes auf frühe Signalschritte und Genexpression" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachbereich Biologie, Fachgebiet Pflanzenphysiologie und Photobiologie durchgeführt. 1. Vorhabenziel - Das Projekt zielt auf die Aufklärung der Mechanismen, die Pflanzen und Pilze in die Lage versetzen, das Erdschwerefeld und das Erdmagnetfeld wahrzunehmen. Die experimentellen Untersuchungen erfordern erdgebundene Experimente und solche, die in Schwerelosigkeit durchgeführt werden. Es soll aufgeklärt werden, welche gravirelevanten Gene durch Beschleunigungs- und Magnetreize kontrolliert werden und welchen Einfluss die Mobilisierung von Ione, speziell Calcium, dabei spielt. Zentral ist die Frage nach der biologischen Wirkung des Erdmagnetfeldes mit und ohne Erdschwerefeld, d.h. auf der Erde und im Weltraum. 2. Arbeitsplanung - Das Projekt gliedert sich in drei Typen von experimentellen Tätigkeiten: (i) erdgebundene Experimente (Physiologie und Molekularbiologie), (ii) Experimente in Schwerelosigkeit und (iii) Experimente unter Hypergravitation. In der letzten Förderperiode wurden die Einflüsse von Beschleunigungsreizen und Magnetfeldern auf die frühen Signalschritte der Gravirezeption getrennt analysiert. Jetzt sollen beide Reize gleichzeitig moduliert werden, um besser die Interaktion der beiden Tansduktionsketten zu verstehen. Die erdgebundenen Experimente werden von zwei Doktoranden und Masterstudierenden durchgeführt. Die Experimente unter Schwerelosigkeit und Hypergravitation werden von Prof. Schmidt, dem Projektleiter und Studierenden durchgeführt. Hierbei handelt es sich um Parabelflüge, Fallturmexperimente an der Humanzentrifuge des DLR.
Das Projekt "Gesundheitseffekte durch inhalierbare Feinstäube aus technischen Verbrennungsanlagen: In vitro Untersuchungen zur Wirkung feiner und ultrafeiner Partikel auf kultivierte Lungenzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Toxikologie und Genetik durchgeführt. Trotz verbesserter Luftqualität wurde in den letzten Jahren eine Zunahme der Häufigkeit von Atemwegserkrankungen festgestellt. Epidemiologische Untersuchungen zeigten, dass die lungengängigen Schwebstaubfraktionen PM1o oder PM2,5 (particulate matter weniger 10 My oder 2,5 My) schon bei niedrigen Konzentrationen mit unerwünschten gesundheitlichen Effekten in der Bevölkerung korrelieren. Es wird außerdem vermutet, dass die ultrafeine Fraktion im Größenbereich Pfund 0,1 My zu einem beträchtlichen Teil mitverantwortlich für diese Effekte ist. Solche Partikel werden bei allen Verbrennungsprozessen in Verkehr, Hausbrand und Industrie in unterschiedlichen Anteilen freigesetzt. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, umweltrelevante Partikel aus einer industriellen Verbrennungsanlage (in diesem Fall eine Müllverbrennungsanlage als Modell) hinsichtlich ihres toxischen Potentials in Zielzellen der Lunge zu untersuchen. Die Zellen werden mit den physikalisch und chemisch charakterisierten Filterproben exponiert (resuspendiert in Medium oder in Luft), um zunächst Dosis-Wirkungsbeziehungen wichtiger biologischer Endpunkte wie Zelltod (Nekrose/Apoptose), morphologische Veränderungen, Aktivierung von Signaltransduktionswegen und Bildung von proinflammatorischen Mediatoren zu bestimmen. Diese Experimente sind Voraussetzung für die Identifizierung von kritischen Partikelparametern, die wiederum Grundlage für wirkungsvolle Minderungsstrategien bei industriellen Verbrennungsprozessen sind. Darüber hinaus wird in Kokultursystemen (z.B. Makrophagen/Epithelzellen) untersucht, wie sich die verschiedenen Zelltypen bei Schadstoffeinwirkung über Signalstoffe gegenseitig beeinflussen. Dieser Ergebnisse sollen zur Erarbeitung einer mechanistischen Grundlage für die Entstehung komplexer Lungenerkrankungen beitragen.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Untersuchungen an Insekten-IR-Rezeptoren, Sensormodelle, Konzepte für Sensordesign" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Zoologie durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Die Entwicklung und die Herstellung von neuartigen ungekühlten Infrarot-(IR)-Sensoren für ein breites Anwendungsspektrum ist das Hauptziel des beantragten Vorhabens. Dabei sollen in einem bionischen Ansatz spezielle biologische IR-Rezeptoren von Insekten als Vorlage dienen, deren Funktionsprinzip in der Technik bisher nicht genutzt wird. Diese sog. 'photomechanischen' IR-Rezeptoren wurden bisher nur bei sog. pyrophilen ('feuerliebende') Käfer und Wanzen gefunden. Im Unterschied zu ungekühlten technischen IR-Sensoren, die in der Regel als Bolometer funktionieren, setzt ein photomechanischer IR-Detektor absorbierte IR-Strahlung sehr schnell in ein mikromechanisches Ereignis um, welches von einer mechanosensitiven Sinneszelle gemessen wird. Die diesem Transduktionsprozess zugrunde liegenden Prinzipien sollen im Rahmen des Verbundprojektes zur Herstellung technischer IR-Sensoren verwendet werden. Arbeitsplanung: Vergleichende Untersuchungen zur Struktur und Funktion photomechanischer IR-Rezeptoren, Erstellung dreidimensionaler Modelle für die Simulation und Rapid Prototyping. Sensorkonzeption und Entwurfsoptimierungen einschließlich Erstellung von alternativen Konzepten für das Sensordesign. Aufbau- und Verbindungstechnik und Verkappung der vom FZ caesar gelieferten Sensoren. Aufbau kompletter Demonstratoren und ihre messtechnische Bewertung. Test von Sensoren in Hauhaltsgeräten und bei der Branddetektion. Einsatz der Sensoren bei Brandversuchen und Umwelttests.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Oberflächenmodifikation, Assayentwicklung und optische Transduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Abteilung Analytische Chemie durchgeführt. In der dreijährigen Projektphase soll ein Demo-Gerät zur automatisierten Analyse von Mikroverunreinigungen wie z.B. Pestiziden in Fließgewässern entwickelt und im Feldeinsatz getestet werden. Als Testverfahren findet ein Immunoassay auf TIRF-Basis Anwendung. Hierzu soll eine leistungsfähige Fluidik entwickelt werden und mit einer im Vorfeld dieses Vorhabens entwickelte Detektionseinheit integriert werden. Dabei soll das komplette System den Ansprüchen eines automatisierten, flexiblen Einsatzes im Feld angepasst sein. Hierzu werden die Entwicklungen im Feldversuch getestet. Schwerpunkte liegen u.a. in der Entwicklung einer störungsfreien Fludik, einer robusten Transduceroberfläche, einer empfindlichen Detektionsmöglichkeit zur Multispotmessung und eines Testformates zur Multianalytbestimmung. Weitere Aufgaben der Partner liegen in der Durchführung von Realmessungen, der Verminderung von Hintergrundstörungen und der Datenanalyse und Datenvalidierung mit Rückkopplung auf den Messzyklus und der Rekalibrierung.
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| Förderprogramm | 21 |
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