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Charakterisierung von Bioaerosolen in der Feinstaubfraktion von Innenräumen

Bioaerosole (z.B. luftgetragene Schimmelpilze, Bakterien, Viren, Hausstaubmilben, Pollen oder deren Bruchstücke) als Bestandteil des Feinstaubs von Innenräumen können im privaten und öffentlichen Bereich aufgrund ihres allergenen und infektiösen Potentials eine hohe gesundheitliche Bedeutung aufweisen. Die Charakterisierung solcher komplexen Mischungen inklusive deren Bewertung ist mit bisherigen Analysemöglichkeiten nur unzureichend möglich. Dies soll mit Hilfe dieses Vorhabens durch die Etablierung zeitgemäßer Sammel- und Analysemethoden geändert werden. Dazu sollen zunächst Innenraumfeinstäube unbekannter Zusammensetzung auf DNA-Ebene ungezielt analysiert werden. Durch den Vergleich der so erhaltenen Ergebnisse mit Datenbanken kann ein umfassendes Bild der Bioaerosol-Bestandteile gewonnen werden. Darauf aufbauend sollen durch ungezielte Untersuchungen auf Protein-Ebene potentiell gesundheitsschädigende Komponenten wie Pollen-Allergene, Schimmelpilz-Toxine oder Milbenbestandteile erfasst und diese Kandidaten anschließend gezielt detektiert und quantifiziert werden. Zur Optimierung der Untersuchungsmethoden ist zunächst vorgesehen, leicht erhältliche PM10-Feinstaubproben aus 'unauffälligen' Innenräumen (z.B. Privathaushalte, Einzelbüros) zu verwenden, die mit Kleinfiltergeräten gesammelt werden. Für die Darstellung der praktischen Relevanz sollen im weiteren Verlauf gleichermaßen gesammelte Proben aus Innenräumen mit verschiedenen klimatischen und baulichen Bedingungen hinzukommen. Hierzu zählen z.B. Proben aus Wohnungen mit Feuchteschäden, Kellern, Großraumbüros mit Klimaanlagen oder Räumen inner- und außerhalb der Pollensaison. Auch für zukünftige GerES Proben könnte diese Art der Analyse Anwendung finden. Das Vorhaben schafft die Voraussetzung, Bioaerosole in Innenräumen umfänglich zu beschreiben und eröffnet damit die Möglichkeit von Wirkungsanalysen und der Beantwortung der Frage welche Bestandteile der biogenen Feinstaubfraktion besonders schadhaft sind.

Aetiologie und Diagnostik der Virushepatitis

Ziel: Isolierung hepatitis-assoziierter Viren und Pruefung auf aetiologische Beziehungen mit dem Endziel der Erfassung von Dauerausscheidern.

Strahlenbehandlung von Klaerschlamm und Abwasser

Mittels einer Kobalt-60-Bestrahlungsanlage (80000 Curie) werden Klaerschlaemme und Abwaesser keimfrei gemacht; das Verhalten von Parasiten, Mikroorganismen und Viren wird untersucht. Schwer abbaubare Abwasserinhaltsstoffe sollen mittels Gamma-Bestrahlung einer Reinigung zugaenglich werden.

Das Virom der Birke (Betula sp.) - Veränderungen durch den Klimawandel

Das Absterben der Bäume in verschiedenen Ökosystemen erfordert umfangreichere Forschungen zu verursachenden Krankheitserregern und auslösenden interagierenden Prozessen als bisher. Innerhalb des Ursachenkomplexes nehmen Pflanzenviren eine besondere Stellung ein, wobei zu Pflanzenviren wenig bekannt ist. Erst in den letzten Jahren ließen Fortschritte in der methodischen Vorgehensweise, insbesondere die Hochdurchsatzsequenzierung, die Entdeckung einer Reihe neuer Viren zu. Die genaue Charakterisierung der bekannten Viren in Bäumen wurde dadurch intensiviert. Dieses Projekt wird umfangreiche Informationen über die Auswirkungen eines natürlichen Viroms bei Laubbäumen unter sich verändernden klimatischen Bedingungen liefern. Im Fokus steht hier eine simulierte Erhöhung der Lufttemperatur sowie ein Trockenstress. Mit unseren langjährigen Studien bestätigen wir, dass Viren in Stadt- und Waldbäumen stärker verbreitet sind, als vermutet. Inwieweit die Viren mit anderen Stressoren interagieren, ist bisher in Bäumen nicht untersucht. Um die komplexen Prozesse der Virus- und Pflanzeninteraktion zu untersuchen, werden transkriptomische und proteomische (Stress-) Reaktionen untersucht. Wir verfolgen die Hypothese, dass bestimmte virale Kombinationen in Betula sp. das Pflanzenproteom derart verändern können und dies mit degenerativen Prozessen und frühzeitigem Altern des Baumes korreliert. Insbesondere der Einfluss des Klimawandels, d.h. Erwärmung und Trockenstress, auf das Pathosystem der Virus infizierten Pflanzen wird in diesem Projekt mit einem umfassenden Ansatz erstmalig untersucht. Eine Empfindlichkeit der Bäume gegenüber Erwärmung und Trockenheit - abhängig von der viralen Kombination in der Koinfektion - wird zudem hypothetisiert. tdecktes Das kürzlich entdeckte Virom der Birke dient hierbei als Modellsystem. Die Untersuchung eines bisher unbekannten Baumviroms und dessen Einflüsse auf das Baumtranskriptom und -proteom in Samenplantagen im Zusammenspiel mit sich ändernden klimatischen Eigenschaften ist neu. Da Samenplantagen lebende Sammlungen der fittesten Klone sind, die uns zur zukünftigen Kultivierung von Stadt -und Waldbäumen zur Verfügung stehen, ist der Status von Virusinfektionen in diesen und deren Interaktion im System Virus/Pflanze unter Klimawandelbedingungen von essenziellem Interesse für die zukünftige Wiederaufforstung. Vor diesem Hintergrund wollen wir verschiedene akademische Denkansätze miteinander verbinden - Pflanzenvirologie und Pflanzenphysiologie. Die fachliche Kompetenz auf beiden Gebieten und ein Systemdenken soll in diesem interdisziplinären Team gestärkt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), 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)

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.

Viren pro- und eukaryotischer Algen

Viren pro- und eukaryotischer Algen sind in aquatischen Habitaten weit verbreitet. Das Projekt bearbeitet ihre Klassifizierung, Struktur, Eindringmechanismen in die Wirtszellen und ökologische Bedeutung für die natürliche Regulation von Algenpopulationen.

Detektion und Identifikation von phytopathogenen Viren in forstwirtschaftlich relevanten Baumarten und Erfassung der Abundanz der Viren als Grundlage der Resistenzforschung, Teilvorhaben 1: Anlage einer Klonsammlung und phylogenetische Analysen der Viren

Sonderforschungsbereich (SFB) 1076: Forschungsverbund zum Verständnis der Verknüpfungen zwischen der oberirdischen und unterirdischen Biogeosphäre, Teilprojekt A 06: Virale Diversität, Viren-de novo-Assemblierung und Viren-Halbwertzeit in Grundwasser

Dieses Projekt wird die Diversität derzeit bekannter Viren durch Hochdurchsatzsequenzierung viraler Genome im Grundwasser ermitteln. Eine offene virologische Fragestellung ist das Finden unbeschriebener Viren. Wir werden unsere kürzlich neu entwickelte Methode nun auch für Viren im Grundwasser weiterentwickeln. Ergänzend werden wir die verschiedenen Metatranskriptome der verschiedenen Standorte im Hainich vergleichen. Weiterhin werden wir die weitgehend unbekannte Halbwertszeit von Viren im Grundwasser ermitteln um somit Rückschlüsse auf die Kommunikationsunterbrechungen mit anderen Organismen machen zu können.

Modes of vector transmission of Cherry leaf roll virus (CLRV) - molecular basis and potential arthropod vector species

Cherry leaf roll virus (CLRV) is a plant pathogen of economic and ecologic importance. It is globally distributed in a wide range of forest, fruit, and ornamental trees and shrubs. In several areas of cherry and walnut production CLRV causes severe losses in yield and quality. With current reference to the rapid dissemination and strong symptom expression in Finnish birches and the Germany-wide distribution of CLRV in birches and elderberry, we continuously investigate and gradually reveal CLRV transmission pathways as by pollen, seeds or water. However, modes and interactions responsible for the wide intergeneric host transmission as well as for the exceptional CLRV epidemic in Fennoscandia still remain unknown. In this project systematic studies shall investigate biological vectors as a causal agent to finally derive control mechanisms and strategies to avoid new epidemics in different hosts and geographic regions. Detailed monitoring of the invertebrate fauna of birch stands/forests and elderberry plantations in Germany and Finland shall reveal potential vectors to subsequently study them in detail by approved virus detection methods and transmission experiments. Molecular analyses of the CLRV coat protein shall prove its role as a viral determinant for a virus/vector interaction. Consequently, this project essentially will contribute important answers on the CLRV epidemiology, and this will be a key element within the first network of research on plant viral pathogens in forest trees.

Charakterisierung eines hypovirulenten Chrysovirus aus Fusarium graminearum: Prozessierung der viralen Proteine, Replikation und Infektion

Das Isolat Fusarium graminearum China 9 (Fg-ch9) zeigt nach Infektion auf Weizen und Mais gegenüber anderen Isolaten, wie dem Wildtyp Fg-PH1, eine verringerte Virulenz. Dieses Phänomen der Hypovirulenz ist von einigen filamentösen phytopathogenen Pilzen beschrieben worden und wird durch Mykoviren verschiedener Genera verursacht. Auch aus dem Fg-ch9 konnte ein isometrisches 35 bis 40 nm Mykovirus isoliert werden (V-ch9), dessen Sequenz eine hohe Ähnlichkeit mit Chrysoviren (Familie Chrysoviridae) aufweist. Das Genom dieses Mykovirus ist auf fünf dsRNAs verteilt, auf welchem jeweils ein Offenes Leseraster (ORF) für Proteine zwischen 79 und 127 kDa kodiert. Das 127 kDa Protein des ORF von RNA 1 kodiert für die RNA-abhängige RNA Polymerase, welche Bestandteil des Partikels ist. Die Translationsprodukte der ORFs von RNA 2 und RNA 3 bilden als prozessierte Derivate das Kapsid. Das Translationsprodukt von RNA 5 ist nicht Bestandteil des Partikels und weist Zink-Finger Motive auf. Für dieses Protein wurde die Fähigkeit zur Suppression von gene silencing nachgewiesen. Ob das Translationsprodukt von RNA 4 prozessiert wird und welche Funktion es hat, ist gegenwärtig unklar. Das Interesse an Mykoviren ist erst in den letzten Jahren gestiegen, so dass die Replikation und Interaktionen zwischen Pilz und Virus wenig erforscht sind. Nach der Sequenzierung und Klonierung der viralen RNAs des V-ch9 und ersten Analysen zur Funktion der von den ORFs exprimierten Proteine und deren Prozessierung sollen deswegen im nächsten Schritt die Prozessierung sowie das zeitliche Auftreten während der Replikation genauer untersucht werden. Aus diesen Daten können möglicherweise Rückschlüsse auf deren Funktion(en) gezogen werden. Die genaue Analyse der Funktion muss dann in einem weiteren Schritt mit Hilfe der Reversen Genetik analysiert werden. Da dsRNA Viren für ihre Replikation ihre RNA-abhängige RNA Polymerase und eine schützende Hülle benötigen, ist für das V-ch9 und alle anderen dsRNA Mykoviren die Reverse Genetik zwar prinzipiell möglich, jedoch ungleich aufwändiger als für ssRNA Viren, bei denen eine virale RNA infektiös ist. Neben dem System an sich fehlen für das Virus aus Fg-ch9 eine einfache Methode der Infektion und ein Wirt, in dem das Virus stabil repliziert. Hier sollen über die Testung der Infektion über Anastomosen und die Etablierung eines geeigneten Wirtes für die Replikation über Eliminierung des Virus aus Fg-ch9 bzw. Modifikation eines Laborstammes von F. graminearum weitere Voraussetzungen für das Etablieren eines Systems zur Reversen Genetik geschaffen werden.Bei Kenntnis der Replikation und Kenntnis der Funktion der viralen Proteine können Konzepte für den Einsatz der Hypovirulenz in der Praxis entwickelt werden.

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