Neue Forschungsprojekte in FISA http://www.fisaonline.de/ Hier finden Sie die 20 neuesten Projekte, die in das Forschungsinformationssystem Agrar / Ernährung (FISA) eingetragen wurden. en-en Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) TYPO3 Verbesserung Ökologischer Fruchtfolgen mit Transfermulch für ein Regeneratives Angepasstes Nährstoffmanagement Viehlose und vieharme Betriebe sind im Ökolandbau zur Absicherung der Nährstoffversorgung, Beikrautregulierung und Bodenfruchtbarkeit auf den Anbau von Futterleguminosen angewiesen, ohne diese direkt nutzen zu können. Praxisüblich ist ein Belassen des Schnittgutes auf den Futterflächen mit der Folge von Nährstoffverlusten für das Fruchtfolgesystem. Ziele des dreijährigen Projektes VORAN sind die Entwicklung eines Anbausystems zur Verbesserung der Ertragshöhe, Resilienz und Ökosystemleistung durch den Transfer von Leguminosenschnittgut als Mulch (cut and carry) zu den Kulturen Mais und Kartoffel in viehlosen Betrieben. Die Arbeitsschwerpunkte der Universität Kassel liegen in der Projektkoordination, der Datenauswertung, einem Feld- und zwei Onfarmversuchen sowie in der Untersuchung der Wirkung von Zwischenfrüchten vor Kartoffeln, der Wirkung des transferierten Mulches auf Mikroklima, Bodenleben und Schaderreger/Krankheiten der Kartoffel sowie auf die Nährstoffdynamik. In Sachsen werden durch das LfULG in zwei Feldversuchen sowie einem Gefäßversuch die Effekte des Mulchtransfers auf den Empfängerflächen hinsichtlich Nährstoffdynamik (Schwerpunkt N), Bodenwasserhaushalt, Erosionsschutz und Regenwurmbesatz untersucht werden. In einem der Feldversuche wird darüber hinaus die Kombination mit pflugloser Bodenbearbeitung und Pflug sowie der Einsatz von Getreidestroh als Mulch zu Ackerbohnen untersucht. Über Feldtage, Fachveranstaltungen und Veröffentlichungen sowie einer Verknüpfung der Öffentlichkeitsarbeit mit dem bundesweiten Demonstrationsnetzwerk FENLEG (EPS, Start ebenfalls 2019) wird ein zeitnaher Wissenstransfer und eine Einbindung der Praxis in das Projekt gewährleistet. Zum Projektabschluss wird über ein Video zum Mulchtransfer sowie zwei Workshops die Überführung der Projektergebnisse in die Praxis realisiert. Erkenntnisse aus den Untersuchungen fließen in das Projekt 'Webbasiertes Nährstoff-Management im Ökologischen Landbau' (FKZ 2818OE050) ein.

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Verbesserung Ökologischer Fruchtfolgen mit Transfermulch für ein Regeneratives Angepasstes Nährstoffmanagement Viehlose und vieharme Betriebe sind im Ökolandbau zur Absicherung der Nährstoffversorgung, Beikrautregulierung und Bodenfruchtbarkeit auf den Anbau von Futterleguminosen angewiesen, ohne diese direkt nutzen zu können. Praxisüblich ist ein Belassen des Schnittgutes auf den Futterflächen mit der Folge von Nährstoffverlusten für das Fruchtfolgesystem. Ziele des dreijährigen Projektes VORAN sind die Entwicklung eines Anbausystems zur Verbesserung der Ertragshöhe, Resilienz und Ökosystemleistung durch den Transfer von Leguminosenschnittgut als Mulch (cut and carry) zu den Kulturen Mais und Kartoffel in viehlosen Betrieben. Die Arbeitsschwerpunkte der Universität Kassel liegen in der Projektkoordination, der Datenauswertung, einem Feld- und zwei Onfarmversuchen sowie in der Untersuchung der Wirkung von Zwischenfrüchten vor Kartoffeln, der Wirkung des transferierten Mulches auf Mikroklima, Bodenleben und Schaderreger/Krankheiten der Kartoffel sowie auf die Nährstoffdynamik. In Sachsen werden durch das LfULG in zwei Feldversuchen sowie einem Gefäßversuch die Effekte des Mulchtransfers auf den Empfängerflächen hinsichtlich Nährstoffdynamik (Schwerpunkt N), Bodenwasserhaushalt, Erosionsschutz und Regenwurmbesatz untersucht werden. In einem der Feldversuche wird darüber hinaus die Kombination mit pflugloser Bodenbearbeitung und Pflug sowie der Einsatz von Getreidestroh als Mulch zu Ackerbohnen untersucht. Über Feldtage, Fachveranstaltungen und Veröffentlichungen sowie einer Verknüpfung der Öffentlichkeitsarbeit mit dem bundesweiten Demonstrationsnetzwerk FENLEG (EPS, Start ebenfalls 2019) wird ein zeitnaher Wissenstransfer und eine Einbindung der Praxis in das Projekt gewährleistet. Zum Projektabschluss wird über ein Video zum Mulchtransfer sowie zwei Workshops die Überführung der Projektergebnisse in die Praxis realisiert. Erkenntnisse aus den Untersuchungen fließen in das Projekt 'Webbasiertes Nährstoff-Management im Ökologischen Landbau' (FKZ 2818OE050) ein.

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Optimierung der internen Kleegrasverwertung in viehlosen Öko-Betrieben Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Optimierung der innerbetrieblichen Kleegrasverwertung viehloser Biobetriebe entlang der Bereitstellungskette vom Schnitt bis zur Anwendung. Im Zentrum sollen die verlustarme Konservierung des Kleegrases, die effiziente Verwertung der Nährstoffe und die wirtschaftliche Bewertung von Kleegras-Transferverfahren stehen. Daher hat sich im vorliegenden Vorhaben ein Konsortium aus Praxis, Beratung und Wissenschaft die wissenschaftlichen und technischen Ziele gesetzt, (i) einen Kompostierung-Prozess für Kleegras mit dem Schwerpunkt der Minimierung von Stickstoffverlusten zu entwickeln, (ii) die Düngerwirkung der Komposte vergleichend mit anderen Kleegras-Transferverfahren in mehrjährigen Feldversuchen zu ermitteln und (iii) die wirtschaftliche Bewertung (Leitungs-Kosten-Rechnungen) verschiedener Kleegras-Düngungs-Strategien zur Verbesserung des Nährstoffmanagements auf Basis von praxisrelevanten Herstellungs- und Einsatzverfahren vorzunehmen und für die Praxis zu Verfügung zu stellen.

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Etablierung verschiedener Zelllinien zur Detektion epigenetischer Veränderungen in Einzelzellauflösung Epigenetische Mechanismen sind besonders in der frühen Embryonalentwicklung von entscheidender Bedeutung. Und auch wenn das Verständnis um die molekularen Grundlagen wächst, sind wir noch weit davon entfernt, zu verstehen, welche Konsequenzen aus einer Fehlregulation entstehen können. Obwohl toxikologisch hochrelevant gibt es bisher weder ein in vivo- noch ein in vitro-Testsystem, um auf epigenetische Noxen zu testen. Dies liegt v. a. daran, dass bisher noch kein hinreichend eindeutig und universeller Endpunkt/Biomarker für epigenetische Störungen identifiziert werden konnte. Ziel dieses Projektes ist es daher Indikatorzelllinien zu entwickeln mit deren Hilfe spezifische epigenetische Prozesse während der Differenzierung auf Einzelzellbasis aufgeklärt und untersucht werden können, um so zusammen mit den anderen Arbeiten am BfR eine molekulare Grundlage für die Identifizierung und Abfrage eines solchen Endpunktes zu schaffen. Die zwei am besten untersuchten epigenetischen Mechanismen umfassen DNA-Methylierung und Histonmodifikationen. In beiden Fällen ist die Analyse sehr arbeitsaufwendig und invasiv, so dass jeweils nur ein momentaner Zustand betrachtet und analysiert werden kann. Besonders bei der Differenzierung erschwert zudem die Entstehung komplexer Zellgemische die Interpretation der Daten. Die beiden Ansätze sollen im Folgenden erklärt und der momentane Stand der Arbeiten umrissen werden. Zwei kürzlich in Cell erschienene Arbeiten zeigen, dass Reportermäuse in denen die Expression eines fluoreszierenden Proteins durch die Methylierung einer spezifischen endogenen DNA-Sequenz gesteuert wird, dazu genutzt werden können in lebenden Mäusen den endogenen Methylierungszustand der entsprechenden Regionen zu betrachten (Stelzer et al. 2015 und 2017). Im vergangen Jahr wurde ausgehend von diesen Arbeiten am BfR die Idee eines Reportersystems entwickelt und entsprechenden Konstrukte stabil in embryonale Stammzellen eingebracht. Dabei handelte es sich um 400 bis 500bp große Fragmente eines konstitutiv aktiven Promotors des Gens Pgk1 und den starken, normalerweise inaktiven Promoter des Intracisternen A-Partikel (IAP). Die stabile Integration zeigte leider, dass die Inaktivierung des IAP-Konstruktes nicht zuverlässig funktionierte, vermutlich aufgrund einer zu kurzen endogenen Sequenz (Lienert et al., 2011). Die Arbeiten sollen daher nun mit auf 1000 bp verlängerten Fragmenten fortgeführt werden. Der zweite Ansatz ist die Sichtbarmachung spezifischer Histonmodifikationen, welche zumeist die Zugänglichkeit der DNA beeinflussen. DNA ist im Zellkern immer um Histone gewunden. Diese globulär aufgebauten Proteine haben lange N-terminale Enden an denen verschiedenste Proteinmodifikationen, wie zum Beispiel Phosphorylierung, Methylierung und Acetylierung wirken können. Auf die umliegenden Genbereiche wirken diese Modifikationen, je nach Position und Art, aktivierend oder reprimierend. Klassische Vertreter sind zum Beispiel die Histonmodifikation H3K4me3, die hauptsächlich in der Promoterregion aktiv abgelesener Gene zu finden ist, und H3K27me3, die die Expression der entsprechenden Gene reprimiert. Interessanter weise schließen sich diese Modifikationen in allen somatischen Zellen gegenseitig aus. In embryonalen Stammzellen finden sich dagegen auch sogenannte bivalente Promotoren, welche beide Histonmodifikationen aufweisen, sich in einem geöffneten, leicht zugänglichen Zustand befinden aber dennoch transkriptionell inaktiv sind. Der komplexe Zusammenhang verschiedener Histonmodifikationen und ihrer übergeordneten Wirkung auf die Transkription wird auch der Histon-Code genannt und die Zellen besitzen viele verschiedene Reader-Proteine, welche spezifische Histonmodifikationen erkennen können. Es wurden daher nun Fusionsproteine kreiert, die durch ein Reader-Protein (bzw. der entsprechenden Domäne), die entsprechenden Modifikationen erkennen, und an ein rotfluoreszierendes Protein, mCherry, gekoppelt sind. Erste Proof-of-Concept-Analysen mit parallel durchgeführte Antikörperfärbungen zeigen die Funktionstüchtigkeit und Spezifizität des Konzeptes. Lediglich das H3K4me3-erkennenden Protein hat derzeit noch einen relativ hohen Fluoreszenzhintergrund. Eine entsprechende Optimierung ist für das laufende Jahr vorgesehen. Grundsätzlichen sollen nun auch die Langzeitstäbilität des Systems untersucht und analysiert werden ob die Konstrukte mit der Zellviabilität interferieren, ferner ob eine Detektion in lebenden Zellen über einen längeren Zeitraum möglich ist. Für die eigentlichen Zelllinien soll dann das mCherry durch bipartite Fluoreszenzproteine ersetzt werden, die entsprechend auch die direkte räumliche Nähe der Histonmodifikationen anzeigen. Anschließend sollen stabile Zelllinien generiert werden, mit deren Hilfe zum Beispiel der Einfluss potentieller epigenetischer Noxen auf die betrachteten Histonmodifikationen funktionell analysiert werden kann.

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Epidemiologische Studie zur Human- und Tierbrucellose in Kenia Die Brucellose ist eine häufige bakterielle Zoonose, die durch Bakterien der Gattung Brucella verursacht wird. In Endemiegebieten verursacht die Krankheit eine hohe Morbidität bei Menschen und eine sinkende Produktivität von Nutztieren, was zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen kann. Die Weltgesundheitsbehörde klassifiziert die Brucellose als vernachlässigte Zoonose, die vor allem in einkommensschwachen Ländern der Tropen und Subtropen vorkommt und überwiegend ärmere Gemeinden betrifft. Die Krankheit wurde in Kenia bisher kaum erforscht. In den bis heute veröffentlichten Studien wurden vor allem serologische Tests zum Nachweis der Brucellose bei Tier und Mensch eingesetzt. Molekulare Methoden kommen nur selten zum Einsatz. Dies führt dazu, dass wir die phylogenetische Vielfalt des Erregers in der Region und mögliche Übertragungswege nur teilweise verstehen. Außerdem helfen molekulare Untersuchungen, die Eigenschaften des Erregers (z. B. Virulenzfaktoren) besser zu charakterisieren. Die Hauptziele unserer Studie sind, die Seroprävalenz und die Inzidenzrate der Brucellose bei Nutztieren zu bestimmen, die Ursachen von Fieber unklarer Genese bei Patienten, die nicht an Malaria leiden, zu untersuchen und vollständige Genomsequenzen von Isolaten zu generieren, um eine Idee davon zu bekommen, welche Brucella-Spezies in Kenia verbreitetet sind und welche Virulenzfaktoren diese prägen.

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Mikrobielle Kontamination von Küchenschwämmen Lebensmittelbedingte Erkrankungen werden am häufigsten durch Mikroorganismen verursacht, wobei die Gründe für den Eintrag von Krankheitserregern in das Lebensmittel vielfältig sind. So können Bakterien über kontaminierte Lebensmittel (tierischen und pflanzlichen Ursprungs) und Materialien in die Küche gelangen oder auch durch Familienmitglieder und Haustiere eingetragen werden. Ein Erkrankungsrisiko entsteht dann, wenn Personen eine bestimmte Menge der Krankheitserreger zu sich nehmen. Deshalb ist es von höchster Bedeutung durch die Einhaltung adäquater Küchenhygiene dafür zu sorgen, dass in die Küche eingetragene Mikroorganismen nicht in der Küche verteilt werden, sich nicht ungehindert vermehren können und nicht auf Lebensmittel übertragen werden (z.B. während der Zubereitung). Dafür ist unter anderem eine gründliche und regelmäßige Reinigung der Arbeitsflächen und Küchenutensilien notwendig, wozu in der Regel Küchenschwämme und Abwaschlappen (neben Spülmaschinen) genutzt werden. Bei der Untersuchung verschiedener Oberflächen, Orte und Materialien in der Küche von Privathaushalten wurde gezeigt, dass insbesondere Schwämme und Lappen stark mit Bakterien besiedelt sind. Die Kolonisierung von Küchenschwämmen erfolgt nicht homogen. Stattdessen sind insbesondere auf der Schwammoberfläche dichte, biofilm-ähnliche Bakterien-Cluster nachweisbar. Solche Cluster wurden in vorangegangenen Studien mittels Elektronenmikroskopie sowie FISH-Hybridisierung visualisiert. Schwämme aus unterschiedlichen Haushalten weisen eine ähnliche Mikrobiota auf. Cardinale et al. bestimmten Vorkommen und Häufigkeit von Bakterien in 14 Schwämmen aus verschiedenen Haushalten mittels Metagenomanalyse. Gammaproteobacteria dominierten innerhalb der Schwamm-Mikrobiota und fünf der zehn häufigsten taxonomischen Einheiten waren nahe verwandt mit Risikogruppe 2-Spezies (z.B. Chryseobacterium sp., Moraxella sp., Acinetobacter sp.). In den 14 Schwämmen aus verschiedenen Haushalten wurden am häufigsten operational taxonomic units (OTU) mit hohem Verwandtschaftsgrad zu Moraxella osloensis, Chryseobacterium hominis, Acinetobacter johnsonii, Acinetobacter pitii, Acinetobacter ursingii, Pseudomonas cremoricolorata, Agrobacterium tumefaciens, Sphingobium yanoikuyae, Brevundimonas diminuta und Chryseobacterium haifense nachgewiesen. Diese OTUs wurden in unterschiedlicher Kombination in allen oder fast allen untersuchten Schwämmen identifiziert. Interessanterweise wurden in der untersuchten Stichprobe bakterielle Erreger, die mit lebensmittelbedingten Erkrankungen assoziiert sind, nur selten (z.B. Enterobacteriaceae, Staphylococcus sp. und Streptococcus sp.) beziehungsweise gar nicht nachgewiesen (z.B. Salmonella sp., Proteus sp. und Campylobacter sp., Listeria sp.). In anderen Studien erfolgte allerdings ein mikrobiologischer Nachweis dieser klassischen mit Lebensmittelausbrüchen assoziierten bakteriellen Erreger in Küchenschwämmen und -lappen. Schwämme bilden nicht nur einen idealen Nährboden für die Ansiedlung und Vermehrung von Bakterien, sondern tragen zusätzlich zu einer Verbreitung dieser innerhalb der Küche bei. In experimentellen Settings wurde gezeigt, dass die Nutzung kontaminierter Schwämme zur Reinigung von Küchenoberflächen zu einer Kreuzkontamination führt. Insbesondere durch die Zubereitung von rohem Hähnchenfleisch erfolgt häufig ein Eintrag von Lebensmittel-assoziierten Krankheitserregern in die Küche. Der Bericht zum Zoonosenmonitoring 2016 belegt, dass Hähnchenfleisch häufig mit Campylobacter sp. (47,2%), ESBL-/AmpC-produzierenden E. coli (49,8%) bzw. Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (13%) kontaminiert ist. Salmonellen wurden in 4.7% der untersuchten Proben detektiert. Im Rahmen dieses Projekts sollen die Besiedlungsfähigkeit und Vermehrung relevanter Lebensmittel-assoziierter Krankheitserreger in dem Umwelthabitat Schwamm unter Berücksichtigung folgender Aspekte untersucht werden: a. Generelle Möglichkeit der Besiedlung sowie Überlebensfähigkeit in Abhängigkeit von der Zeit (Darstellung mittels FISH-CLSM) b. Lokale Verteilung im Schwamm in Abhängigkeit von der Zeit (Darstellung mittels FISH-CLSM) c. Änderung der quantitativen Zusammensetzung der Mikrobiota über einen längeren Besiedlungszeitraum (Metagenom-Analyse) Darüberhinaus soll die potenzielle Übertragbarkeit bakterieller Infektionserreger durch die Nutzung von kontaminierten Küchenschwämmen während der Reinigung von Oberflächen untersucht werden.

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Etablierung von mikrobiologischen und molekularen Methoden zum Nachweis von Kryptosporidien in pflanzlichen Lebensmitteln und im Kot von Wildtieren Weltweit erkranken jährlich mehr als acht Millionen Menschen an der Kryptosporidiose (WHO, 2015). Dabei handelt es sich um eine Infektionskrankheit des Darms von Menschen und Tieren, die durch den einzelligen Parasiten Kryptosporidium (C.) verursacht wird. Von besonderer Bedeutung für den Menschen sind hierbei die Spezies C. hominis und C. parvum, welche den größten Anteil der Infektionen auslösen. Gekennzeichnet ist eine Erkrankung vor allem durch langanhaltenden Durchfall und Bauchschmerzen. In der Regel ist sie selbst-limitierend, kann jedoch speziell bei den Risikogruppen (Kleinkinder bis 2 Jahren und Immunsupprimierte) zu schweren Verläufen oder chronischen Manifestationen führen. Allein in Deutschland wurden für das Jahr 2017 vom Robert Koch Institut 1863 Infektionen gemeldet. Es wird jedoch angenommen, dass die Dunkelziffer deutlich höher liegt, da nur bei einem konkreten Verdacht auf Kryptosporidiose untersucht wird. Die Infektion erfolgt über die Aufnahme der infektiösen Form der Kryptosporidien, den Oozysten. Diese werden mit dem Kot ausgeschieden und können über den Kontakt zu infizierten Personen oder Tieren, vor allem aber durch den Konsum verunreinigten Wassers oder Lebensmitteln, welche einen geringen Verarbeitungsgrad aufweisen, aufgenommen werden. Die Verunreinigung der Lebensmittel kann dabei bei verschiedenen Schritten der Herstellung und Verarbeitung erfolgen. So können die Parasiten bei der Zubereitung, der Verarbeitung aber auch bereits auf dem Feld durch infiziertes Wild auf die Lebensmittel gelangen. Im Rahmen des letztjährigen Forschungsprojektes konnte erstmals für Deutschland gezeigt werden, dass die Prävalenz von Kryptosporidien in Schwarz-, Rot- und Rehwild in Brandenburg mit durchschnittlich 26 %, bei letzteren sogar 42 %, sehr hoch ist. Diese Untersuchungen sollen im Jagdjahr 2018/19 fortgesetzt und mit bestehenden Daten aus 2017/18 verglichen werden. Zusätzlich soll die Spezies der gewonnenen Isolate beider Beprobungsperioden mittels RFLP und Sequenzanalyse bestimmt werden. Aufgrund der schlechten Datenlage in Deutschland sollen außerdem Prävalenzuntersuchungen in Lebensmitteln mit geringem Verarbeitungsgrad (Salate, Beerenfrüchte, frische Kräuter) durchgeführt werden. Dazu soll zunächst die ISO-Methode 18744:2015 auch für den Nachweis von Kryptosporidien in Salaten und Beeren etabliert werden. Zusätzlich sollen aufgrund des Fehlens einheitlicher Nachweismethoden für die molekulare Detektion von Kryptosporidien die Optimierungsversuche des Aufschlusses der Oozysten um zwei weitere Gene (GP60, COWP) erweitert werden.

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Gesamtgenomsequenzierung von S. aureus, B. cereus und Clostridien mittels NGS: Genetische Strukturen von Antibiotikaresistenzen, Virulenz-Faktoren und Speziesabgrenzung Die Gesamtgenomsequenzierung (WGS) wird in der FG 44 angewandt, um Isolate aus den Erregergruppen präsumtive Bacillus (B.) cereus, Clostridien (C.)und Koagulase-positiven Staphylokokken (S.) näher zu charakterisieren. Im Bereich der Bacilli stehen dabei Fragestellungen zur Speziesabgrenzung innerhalb der B. cereus-Gruppe, zur Feintypisierung von Isolaten (z.B. Ausbruchsstämme, Biopestizidstämme) und zu neuen Virulenzmarkern im Vordergrund. Hinsichtlich der Virulenzmarker soll eine Analyse von Gesamtgenomsequenzen, kombiniert mit Erkenntnissen zur Zytotoxizität von Stämmen, neue Erkenntnisse liefern. Im Bereich Clostridien stehen Verwandschaftsanalysen im Vordergrund. Stämme aus Lebensmitteln aber auch aus Bereichen der Humanmedizin sowie dem Tierreich sollen hinsichtlich ihrer genetischen Verwandtschaft untersucht werden. Hierzu werden vornehmlich SNP-basierte Analysen und Typisierungen mittels core genome (cg-) MLST durchgeführt und daraus resultierende Ergebnisse abgeglichen. Im Bereich der Staphylokokken werden auch in diesem Projektjahr Methicillin-resistente S. aureus (MRSA) näher betrachtet, die ungewöhnliche bzw. nicht typisierbare Antibiotika-Resistenzgene (SCCmec-Elemente) aufweisen. Weiterhin werden S. aureus-Isolate analysiert, die eine phänotypische Resistenz gegenüber Cefoxitin aufweisen, deren Resistenzmechanismus jedoch unklar ist. Die gewonnenen Daten und Erkenntnisse können dazu beitragen, Nachweis- oder Typisierungsverfahren für MRSA zu erweitern oder anzupassen. Für die Charakterisierung von Toxinbildnern soll eine Validierung erfolgen, in deren Rahmen die Ergebnisse der Sequenzierung von Stämmen aus der Stammsammlung sowie neuen Eingängen im NRL-Staph mit denen der bislang genutzten Microarray-Analyse verglichen werden. Hiermit soll eine Akkreditierung des Verfahrens vorbereitet werden. In diesem Sinne soll in 2019 auch für die anderen Erregergruppen mit einer Vielzahl von Stämmen ein Abgleich zwischen Ergebnissen bestehender Methoden und Ergebnissen, die auf der WGS basieren, erfolgen. Über diesen Abgleich soll die Methode der WGS im Hinblick auf verschiedene Analysen/Auswertungen validiert werden, um so langfristig bestimmte Methoden gänzlich durch WGS zu ersetzen und ggfs. akkreditieren zu lassen.

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Charakterisierung und Optimierung der Replikation von Hepatitis E-Viren in der Zellkultur, Projekt im Rahmen der German One Health Initative (GOHI) Die gemeldeten Fallzahlen von Hepatitis E (HEV) in Deutschland nahmen in den letzten Jahren stark zu. Die HEV-Infektion wird zoonotisch durch Kontakt mit infizierten Schweinen und Wildschweinen oder durch den Verzehr von daraus hergestellten Lebensmitteln auf den Menschen übertragen. Aufgrund fehlender effizienter Zellkultursysteme konnten bisher viele grundlegende Abläufe der HEV-Replikation sowie angewandte Aspekte zur Virusstabilität nur schlecht untersucht werden. Die kürzlich erfolgte Isolierung einiger besser replizierender HEV-Stämme sollte nun prinzipiell solche Studien ermöglichen. Im beantragten Projekt soll deshalb die Replikation des am BfR isolierten und Zellkultur-adaptierten HEV-Stammes 47832c in Zellkultur-Systemen genauer untersucht und optimiert werden. Hierzu sollen zunächst grundlegende Aspekte wie die Morphologie der Viruspartikel sowie die Replikations- und Genexpressionskinetik des Virus genauer untersucht werden. Ein reverses genetisches System soll für den HEV-Stamm 47843c entwickelt werden, mit dessen Hilfe die Notwendigkeit der vorhandenen Genominsertion für die Virusreplikation untersucht sowie durch Einfügung von Mutationen und Markern eine Verbesserung und vereinfachte Analyse der Virusreplikation angestrebt werden soll. Das optimierte Zellkultur-System wird nachfolgend zur Klärung spezifischer Fragestellungen von den beteiligten Projektpartnern verwendet. Die Untersuchungen sollen einerseits Einblicke in grundlegende Prozesse des HEV-Replikationszyklus geben, andererseits auch effiziente und robuste Zellkultursysteme zur Untersuchung angewandter Fragestellungen bereitstellen. Dieses Projekt ist ein Kooperationsprojekt innerhalb der German One Health Initiative (GOHI).

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Charakterisierung und Vergleich von Salmonella enterica subsp. diarizonae Isolaten aus Tieren (hauptsächlich aus Schafen), Lebensmitteln und Menschen. Die meisten durch Salmonellen verursachten Krankheiten in Nutztieren werden durch Vertreter der Salmonella enterica subsp. I (enterica) ausgelöst. Es gibt jedoch auch andere Salmonella subsp., die im Tier auftreten können. Dazu gehört zum Beispiel Salmonella enterica subsp. IIIb (diarizonae) Serovar 61:k:1,5,(7), das sehr gut an die Matrix Schaf angepasst ist, aber auch aus anderen Säugetieren, Vögeln, Reptilien und Menschen isoliert wurde. Großangelegte Studien haben gezeigt, das Salmonella 61:k:1,5,(7) in Schafherden in Norwegen, Schweden, Großbritannien, Spanien, Italien, der Schweiz und in den USA vorkommt. Die Kolonisation von Schafen durch Salmonella 61:k:1,5,(7) führt nicht zwangsläufig zur Erkrankung der Tiere, kann aber Diarrhö, Fehlgeburten und Nasenkatarrh auslösen. Obwohl das Serovar eher selten im Menschen auftritt, sind doch einige schwere Krankheitsfälle, besonders in Risikogruppen (Säuglinge, ältere Menschen und immunsupprimierte Patienten), bekannt. Um herauszufinden, ob humane, durch das Salmonella enterica subsp. diarizonae Serovar 61:k:1,5,(7) ausgelöste Krankheitsfälle in Zusammenhang mit der Matrix Schaf gebracht werden können oder eine andere Matrix als Infektionsquelle in Frage kommt, sollen im Rahmen des Projektes ausgewählte Isolate sequenziert und bioinformatisch ausgewertet werden. Isolate aus Schafen, anderen Säugetieren (z.B. Geflügel, Pferde, Ziegen), Lebensmitteln (Hackfleisch, Käse und Wurst), Vögeln und Reptilien aus dem Zeitraum 2005 bis 2018 liegen dem BfR bereits als Teil der Stammsammlung am NRL Salmonella vor. Das Robert Koch-Institut wird darüber hinaus humane Stämme aus den Jahren 2001 bis 2018 zum Projekt beitragen. Ziel des Projektes ist es auch, Mechanismen der Wirtanpassung an die Matrix Schaf anhand von Genomdaten näher zu untersuchen. Interessant dabei ist z.B. die Verbreitung von Virulenzgenen und Virulenzplasmiden. Das Projekt ist auf insgesamt 2 Jahre ausgelegt.

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Charakterisierung von Colistin resistenten Salmonella Stämmen, Untersuchung auf mcr Gene und Erforschung neuer Resistenzdeterminaten Das Polymyxin-Antibiotikum Colistin gehört zu den Reserveantibiotika. Als Liu et al. 2015 das erste Plasmid-kodierte und somit übertragbare Colistin-Resistenzgen (mcr-1) entdeckt haben, ist Colistin-Resistenz in Bakterien aus Patienten, Nutztieren und Lebensmitteln wieder vermehrt in den Fokus des öffentlichen Gesundheitswesens, der Tiergesundheit und der Lebensmittelsicherheit gerückt. Seitdem wurden sieben weitere mcr-Gene (mcr-2 bis mcr-8) beschrieben. Ein umfassendes mcr-1 PCR Screening von 432 Colistin-resistenten Salmonella Isolaten (MIC 2 mg/L) aus Nutztieren und Lebensmitteln, eingesandt ans NRL Salmonella zwischen 2011 und 2018, hat ergeben, dass 47% der Isolate das mcr-1-Gen tragen. Sequenzierung von mcr-1-negativen Isolaten im Rahmen des ENGAGE Projekts hat zudem zur Entdeckung des mcr-5 Gens geführt. Ein erweitertes PCR Screening für die Gene mcr-2 bis mcr-5 hat gezeigt, dass mcr-4 in 13% und mcr-5 in 5% der analysierten Isolate identifiziert werden konnte. Keines der Isolate war positiv für mcr-2 und mcr-3. Die mcr positiven Isolate gehören zu verschiedenen Serovaren und stammen aus der Primärproduktion (Geflügel, Schwein, Rind) und aus Lebensmitteln (Schweinefleisch, Geflügelfleisch). Im Folgenden soll das Screening auf neue mcr Gene (mcr-6 bis mcr-8) erweitert werden. Zudem sollen ausgewählte Salmonella Isolate mittels Gesamtgenomsequenzierung untersucht werden. Ziel dabei ist es, Übertragungswege bekannter mcr Gene entlang der Lebensmittelkette aufzudecken und nach bisher unbekannten Resistenzmechanismen zu suchen. Das Projekt ist auf zwei Jahre ausgelegt.

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Charakterisierung von Vibrio cholerae non-O1, non-O139 Stämmen aus Seafood durch Genomsequenzierung und Virulenz-assozierter phänotypischer Eigenschaften Das Vibrio-Referenzlabor erhielt in den letzten Jahren regelmäßig non-O1, non-O139 Vibrio cholerae Isolate. Diese Bakterien stammten aus Seafood und wurden von amtlichen Lebensmittellaboren in Deutschland isoliert. Die non-O1, non-O139 Vibrio cholerae Isolate sind sehr divers und gehören mehr als 200 Serogruppen an. Sie sind in Gewässern weltweit verbreitet und sind daher häufig in Fischprodukten und Meeresfrüchten zu finden[1]. In einer Reihe von Berichten wurde nachgewiesen, dass Stämme dieser Serogruppen Durchfall- erkrankungen oder lokale Infektionen verursachen können. Jedoch besitzen sie nicht die Fähigkeit, Cholera-Ausbrüche zu verursachen [2]. Die wichtigsten Virulenzfaktoren der pandemischen V. cholerae O1 und O139 Stämme sind das Choleratoxin und der toxin-koregulierte Pilus. Diese Virulenzfaktoren sind in den non-O1, non-O139 V. cholerae Stämmen nicht vorhanden Es können jedoch eine Reihe von Virulenzfaktoren in diesen Stämmen vorkommen, die auf synergistische Weise zum Infektionsprozessen beitragen. Zu diesen Virulenzfaktoren zählen der Mannose-empfindliche Hämagglutinin-Pilus (MSHA), verschiedene Hämolysine,die RTX-Toxin-Cluster (Repeats-in-Toxin) und Proteine der äußeren Membran [3]. Das Vorkommen dieser Faktoren ist jedoch in den Stämmen unterschiedlich. Einige Virulenzfaktoren sind nur in wenigen non-O1, non-O139 V. cholerae Stämmen vorhanden und tragen wesentlich zur Pathogenität dieser Stämme bei. Ein Typ-III-Sekretionssystem (TTSS) erwies sich im Tierversuch als notwendig für die Kolonisation und für Durchfallerkrankungen [4]. Ziel dieser Studie ist es, non-O1, non-O139 V. cholerae Stämme durch Sequenzierung des gesamten Genoms zu charakterisieren und phänotypische Tests durchzuführen, von denen bekannt ist, dass sie mit Virulenz assoziiert sind (hämolytische Eigenschaften, Resistenz gegen Humanserum, Biofilmbildung). Die kombinierten Ergebnisse dieser Untersuchungen ermöglichen eine Bewertung des potenziellen Risikos, das mit dieser Bakterien verbunden ist. [1] Chatterjee et al. (2009) J Clin Microbiol 47(4):1087-1095 [2] Ceccarelli et al. (2015) Appl Enviro Microbiol. 81, 1909-1918. [3] Schirmeister ... Strauch (2014) Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 33:767-78. [4] Shin et al.(2011) MBio 2:e00106-11

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Next Generation Sequencing (NGS) für Lebensmittel-assoziierte Viren Viren in pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln gewinnen zunehmend an Bedeutung für die Lebensmittelsicherheit. Wie ein Norovirus-Ausbruch in 2012 gezeigt hat, kann es nach dem Verzehr von mit Viren kontaminierten Lebensmitteln zu Krankheitsausbrüchen mit hohen Fallzahlen und einem starken öffentlichen Interesse kommen. Weiterhin steigt die Zahl der humanen Erkrankungsfälle durch Hepatitis E Viren (HEV), die unter anderem mit ungegarten Schweinefleischprodukten assoziiert sind. Auch andere Viren wie das Hepatitis A-Virus und Rotaviren können durch Lebensmittel übertragen werden. Next Generation Sequencing (NGS) ermöglicht die Sequenzierung von vollständigen Pathogen-Genomen, die in einer Probe vorhanden sind. Dementsprechend kann NGS dazu beitragen, aktuelle Fragen zur Sicherheit bestimmter Lebensmittel, zum Beispiel bezüglich des Vorkommens von Viren zu beantworten. Darüber hinaus kann eine Feintypisierung der Viren vorgenommen werden, die zu einer zweifelsfreien Identifizierung von Übertragungswegen, beispielsweise in Ausbruchssituationen, beitragen kann. Allerdings gestaltet sich die Entwicklung der NGS-Technik für Viren als herausfordernd, da virale Genome oft anders aufgebaut sind und für viele der interessierenden Viren keine Reinkulturen vorhanden sind. In Vorversuchen unserer Arbeitsgruppe wurde kürzlich demonstriert, dass eine Metagenomanalyse Noroviren in natürlich kontaminierten Erdbeerproben aus einem Ausbruchsgeschehen identifizieren kann. Weiterhin konnten wir zeigen, dass sich NGS prinzipiell für die Gesamtgenom-Sequenzierung von Rotaviren aus Zellkulturen eignet. Zielstellung des Projekts ist die Weiterentwicklung und Optimierung dieser Methoden zur Metagenom- und Gesamtgenom-Analyse für die Identifizierung, Feintypisierung und Genomcharakterisierung von Viren. Die entwickelten Methoden sollen dazu beitragen, Viren in Lebensmitteln zu identifizieren, Übertragungswege von Viren aufzudecken und Virus-Eigenschaften wie zum Beispiel Virulenzmarker zu analysieren.

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Nachweis und Physiologie von Shiga-Toxin bildenden E. coli (STEC) in Mehl und Mehlprodukten Shiga Toxin produzierende E. coli (STEC) können beim Menschen schwere Erkrankungen wie hämorrhagische Colitis und das lebensbedrohliche hämolytisch urämische Syndrom (HUS) verursachen. Sie kommen natürlicherweise in der Darmflora meist gesunder Wiederkäuer (z.B. Rinder und Schafe) vor, und können über deren Kot in die Umwelt und in die Lebensmittelkette gelangen. Häufig werden STEC-Infektionen mit Lebensmitteln tierischen Ursprungs aber auch mit frischen pflanzlichen Produkten (z.B. Blattsalate und Sprossen) assoziiert. Zuletzt wurden STEC-Ausbrüche in den USA und Canada mit Mehl in Zusammenhang gebracht. Seither, und verstärkt durch die Publikation von Mäde et al. (2017), die eine STEC-Prävalenz von ca. 40 % in Mehl-Proben (vornehmlich Sachsen-Anhalt) beschreibt, wächst das wissenschaftliche und mediale Interesse in Deutschland und Europa an Mehl als Vehikel der STEC-Übertragung. Allerdings sind Daten hinsichtlich dem Überleben und der Verteilung von STEC in Mehl sowie deren Detektion und Isolation rar. Tatsächlich konnten bei der Studie von Mäde et al. aus nur knapp der Hälfte der STEC-positiven Mehlproben STEC isoliert werden. Dies deutet auf nicht adaptierte Kulturmethoden und/oder physiologische Zustände der Bakterien hin, unter denen sie sich nicht bzw. nur schwer kultivieren lassen. Darüber hinaus ist sehr wenig hinsichtlich der Anpassung bestimmter STEC-Stämme an Mehl als Habitat bekannt, was eine Risikoabschätzung erschwert. Auch Kontaminations- bzw. Eintragsquellen von STEC in Mehl konnten bislang nicht identifiziert werden. Angesichts dessen ist geplant, STEC-Isolate aus Mehl zu sequenzieren und die gewonnenen Genomdaten mit Sequenzdaten anderer STEC-Isolate zu vergleichen, um mögliche Kontaminationswege zu identifizieren. Die Untersuchung von Virulenz-, Fitness- und Resistenz-assoziierten Genen soll Aufschluss über die Anpassung von STEC an Mehl liefern. Im zweiten Schritt soll das Überleben prävalenter STEC-Serogruppen in Mehl untersucht werden. Hierzu sollen, auch zur Etablierung eines Modells, verschiedene Methoden zur artifiziellen Kontamination erarbeitet und charakterisiert werden. Abschließend werden kulturelle und molekulare Methoden zur Isolation und Quantifizierung von STEC in Mehl betrachtet und hinsichtlich Sensitivität, Spezifität und Durchführbarkeit bewertet.

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Simultane Bestimmung von Hämoglobin-Addukten hitzebedingter Nahrungsmittelkontaminanten mit dem modifizierten Edman-Abbau Das Vorkommen von gentoxischen Substanzen in Nahrungsmitteln in Form von prozessbedingten Kontaminanten macht gezielte regulatorische Maßnahmen schwierig. Wegen der gentoxischen und kanzerogenen Wirkung ist es außerdem oft nicht möglich, einen Grenzwert für die tägliche Aufnahme festzulegen. Es ist wichtig zu klären, ob die Aufnahme dieser Substanzen ein Risiko für den Menschen darstellt. In diesem Zusammenhang ist die schwierige Abschätzung der Exposition problematisch, weil Gehalte in industriell hergestellten Lebensmitteln stark schwanken. Außerdem entstehen viele Kontaminanten bei der Hitze-Behandlung in der Küche der Verbraucher. Eine Lösung wäre die Bestimmung von Biomarkern der internen Exposition, z. B. von Reaktionsprodukten der reaktiven Metaboliten. Dazu eignen sich Addukte an Aminosäureseitenketten von Proteinen gut, wobei insbesondere die Blutproteine Serum Albumin (SA) und Hämoglobin (Hb) zu nennen sind. Diese sind besonders gute molekulare Dosimeter, da sie in relativ großen Mengen verfügbar sind. Außerdem ist die Lebensdauer der Proteine klar definiert und aktive Reparatursysteme für Addukte existieren nicht. Die in der Protein-Adduktanalytik am häufigsten angewandte Methode ist der Edman-Abbau, bei dem das modifizierte Valin am N-Terminus von Hämoglobin abgespalten wird. In der FG54 wurden bereits analytische Methoden publiziert zur Quantifizierung der Hämoglobin-Addukte der hitzebedingten Kontaminanten Furfurylalkohol und Glycidol. Weiterhin wird daran gearbeitet, auch die Addukte von Acrylamid und Glycidamid sowie von Methylglyoxal am N-Terminus von Hämoglobin zu analysieren. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, eine analytische Methode zur massenspektrometrischen Bestimmung aller fünf Biomarker der internen Exposition zu entwickeln. Es ist zu erwähnen, dass es eine ähnliche Methode von M. Törnqvist schon gibt (Carlsson, H. (2017) Chem. Res. Toixcol. 30, 1157). In dieser werden mehrere Addukte mittels UPLC-MS/MS über den Einsatz nur einer einzigen deuterierten Substanz als internem Standard quantifiziert. Vom analytischen Standpunkt her ist dieses Verfahren als ungenau zu bewerten. Wir visieren eine Methode an, bei der alle Addukte mit Hilfe spezifischer isotopen-markierter Substanzen quantifiziert werden. Das ist aufwändiger; die Resultate sind dafür aber belastbarer. Für die Entwicklung der Technik müssen insbesondere zwei Schritte der Analytik so optimiert werden, dass sie für alle anvisierten Addukte

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Identifizierung von molekularen Effektmarkern toxikologisch relevanter Substanzen zur Unterstützung des humanen Biomonitorings Das humane Biomonitoring ist eine Strategie zur Messung der tatsächlichen, inneren Exposition gegenüber Umweltfaktoren, zu denen auch die Ernährung gehört. Ziele sind dabei der Nachweis von Belastungen, die Untersuchung der Auswirkungen der Belastungen auf die Gesundheit, sowie die Erkennung von schadstoffbedingten Erkrankungen mit Hilfe von Biomarkern. Da der Mensch über verschiedene Expositionspfade, vor allem aber auch über die Nahrung, permanent einer Vielzahl von genotoxischen Umweltfaktoren ausgesetzt ist, ist die Etablierung einer umfassenden Screeningmethode sinnvoll, um alle relevanten Faktoren sowie mögliche Kombinationseffekte von Mischungsexpositionen gegenüber Genotoxinen wirkungsbezogen erfassen zu können. Als neuer Ansatz des Effektmonitorings bieten sich dabei Genexpressionsanalysen an. In der Medizin werden mRNA-Transkripte bereits als Biomarker für die Diagnose und Behandlung einiger Krankheiten verwendet und Toxikologen konnten zeigen, dass sich unterschiedliche Klassen toxischer Verbindungen anhand ihrer Transkriptmarker-Profile unterscheiden. In Lebensmitteln findet sich eine Vielzahl von genotoxischen Kanzerogenen. Häufig werden diese auch zusammen aufgenommen, etwa beim Verzehr von Grillfleisch. Bei der Zubereitung von fleischhaltigen Nahrungsmitteln entstehen verschiedene Klassen genotoxischer Kanzerogene als Prozesskontaminanten, wie etwa Nitrosamine, heterozyklische aromatische Amine oder polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Zahlreiche Vertreter werden als (mögliche) Humankanzerogene geführt. Daneben gibt es aber auch Kanzerogene pflanzlichen Ursprungs: In Gewürzen finden sich sekundäre Pflanzenstoffe, die sich im Tierversuch als krebserzeugend gezeigt haben. Phenylpropanoide wie Eugenol, Methyleugenol, Estragol oder Safrole kommen in ätherischen Ölen in Fenchel, Basilikum oder Muskatnuss vor. Auch Pyrrolizidinalkaloide wirken lebertoxisch. Ein prominentes kanzerogenes Mykotoxin ist Aflatoxin B1, produziert vom Pinselschimmel Aspergillus flavus, der vor allem Nussarten befällt und Lebertumore auslösen kann. Ziel des Projekts ist die Etablierung von RNA-Effektmarker- Mustern in Leber- und Blutzellen zur Unterstützung des humanen Biomonitorings. Diese Effektmarker-Muster sollen helfen, Fragen zur Korrelierbarkeit von Effekten in Blutzellen und Zielorgan (Leber) zu beantworten. Sie sollen zudem auf ihre Eignung zur Vorhersage genotoxischer Mischungseffekte im Zielorgan anhand der beobachteten Effekte in Blutzellen getestet werden. Als Beispielsubstanzen zur Untersuchung werden Vertreter der oben genannten lebensmittelrelevanten Substanzklassen verwendet.

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Mikrobiologische Sicherheit von vorverpacktem Frischfleisch Frischfleisch wird im Einzelhandel im Selbsbedienungsbereich (SB) verpackt an den Endverbraucher abgegeben. Übliche Verpackungsformen sind die Vakuumverpackung oder die Verpackung unter modifizierter Atmosphäre (Synonyme: Schutzatmosphäre, modified atmosphere packaging / MAP). Diese Verpackungstechnologien dienen dem Erhalt der Fleischqualität und ermöglichen eine verlängerte Lagerfähigkeit der Produkte. Zur Stabilität tragen die Atmosphäre sowie die Lagertemperatur bei. Über die Lagerdauer kann es zu Veränderungen in der Zusammensetzung der Mikroflora kommen. So entwickelt sich die Verderbnisflora und bestimmt das Ende der Haltbarkeit, was zu sinnfälligen sensorischen Veränderungen führt. Insbesondere Hähnchenfleisch ist ein empfindliches Produkt mit begrenzter Haltbarkeit und in der Regel mit durch Lebensmittel übertragbaren Zoonoseerregern belastet. Die Lagerung im Einzelhandel erfolgt bei max. +4 °C. Im Verbraucherhaushalt ist eine Abweichung der Lagertemperatur nicht ungewöhnlich und höhere Temperaturen sind während der Lagerung im Kühlschrank wahrscheinlich. Ziel dieses Projektes ist es, die Entwicklung ausgewählter lebensmittelassoziierter Pathogene während der Lagerung von Hähnchenfleisch zu untersuchen. Dabei finden die beiden gebräuchlichsten Verpackungstechnologien sowie zwei unterschiedliche Lagerungstemperaturen Anwendung, um die Situation der Lagerung im Handel und beim Endverbraucher bewerten zu können. Während der Kühllagerung wird die Vermehrung der zoonotischen Bakterien unterdrückt. Für verschiedene Bakterien-Spezies wurde eine Filamentierung, ein Zellwachstum ohne Teilung, beschrieben (Salmonella, Mattick et al. 2002; E. coli, Gill et al. 2007), wenn Lebensmittel kühl oder unter Schutzatmosphäre gelagert wurden. Es wird angenommen, dass die Zellen sich unter günstigen Umweltbedingungen wieder teilen und die direkt bestimmte Koloniezahl der herkömmlichen Kulturverfahren die Belastung eines Lebensmittels mit pathogenen Bakterien unterschätzt (Jones et al. 2013). Damit ist die Abschätzung des Erkrankungsrisikos durch den Umgang mit diesen Lebensmitteln bei der anschließenden Zubereitung und dem Verzehr erschwert. Ziel dieses Projektes ist es auch, die quantitative Entwicklung von Campylobacter, E. coli und Salmonellen in Zusammenhang mit der Entwicklung der Verderbnisflora bis zum Ende der Verbrauchsfrist von vorverpacktem Hähnchenfleisch zu untersuchen und die quantitative Analytik zu verbessern. Ziele: - Bewertung der handeslüblichen Verpackungstechnologien in Bezug auf die mikrobiologische Sicherheit. - Optimierung von Untersuchungsverfahren zum Nachweis von Mikroorganismen aus kühl gelagertem verpacktem Geflügelfleisch Literatur: Gill, C.O., Badoni, M., Jones, T.H., 2007. Behaviours of log phase cultures of eight strains of Escherichia coli incubated at temperatures of 2, 6, 8 and 10 degrees C. Int J Food Microbiol 119, 200-206. Jones, T.H., Vail, K.M., McMullen, L.M., 2013. Filament formation by foodborne bacteria under sublethal stress. International Journal of Food Microbiology 165, 97-110. Mattick, K.L., Phillips, L.E., Jorgensen, F., Lappin-Scott, H.M., Humphrey, T.J., 2003. Filament formation by Salmonella spp. inoculated into liquid food matrices at refrigeration temperatures, and growth patterns when warmed. Journal of Food Protection 66, 215-219.

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Agrarsysteme der Zukunft: Entwicklung eines nachhaltigen Kultivierungssystems für Nahrungsmittel resilienter Metropolregionen Qualität und Nachhaltigkeit der Ernährung stehen vermehrt im Fokus. Was in landwirtschaftlich geprägten Regionen noch relativ einfach umzusetzen ist, gestaltet sich in den Städten jedoch weitaus schwieriger. Darüber hinaus besteht eine zentrale Zukunftsfrage, wie Ertragssteigerungen in der Agrarwirtschaft bei endlichen Phosphatressourcen, hohem Energieaufwand bei der Düngemittelproduktion und der Verschmutzung von Gewässern und Böden durch Phosphor und Stickstoff künftig möglich sein werden.

In den ersten drei Jahren legen die Forschenden den Grundstock für das neue Agrarsystem. Im Anschluss soll dann eine Demonstrationsanlage auf dem Gelände des Klärwerks Emschermündung an der Stadtgrenze zwischen Dinslaken, Oberhausen und Duisburg aufgebaut werden.

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Innovatives modell- und demonstrationsbasiertes Wassermanagement für ressourceneffiziente integrierte multitrophische Systeme der Gemüseproduktion und Aquakultur. Innovative Aquaponik für professionelle Anwendungen INAPRO ist ein EU-gefördertes Projekt zur Aquaponik, einer nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion von Fisch und Gemüse in einem Gesamtsystem. Das Projekt entwickelt Aquaponiksysteme im Produktionsmaßstab um ressourcenschonende Lösungen unter verschiedenen geographischen und klimatischen Bedingungen zu demonstrieren. Es verbreitet die INAPRO-Idee um einen Marktdurchbruch zu erreichen und hiermit einen beträchtlichen Beitrag zur globalen Ernährungssicherung des 21. Jahrhunderts zu leisten.

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Entwicklung und Verbesserung des Produktionssystems für Biozuckerrüben Die fehlende Saisonarbeitskraft und die Unkrautkontrolle sind aktuell der limitierende Faktor in der bayrischen Biozuckerproduktion. Das Projekt soll Praxisbetrieben demonstrieren, dass durch Einsatz moderner Kamera-, Software- und Sätechnik deutliche Einsparungen von Saisonarbeitskräften möglich sind. Durch solche Systeme kann der Handarbeitsaufwand um bis zu 75% reduziert werden, was auch die Wettbewerbsfähigkeit des heimischen Biozuckers gegenüber dem biologischen Rohrzucker aus Übersee verbessern und die bayrische Biozuckerproduktion stark ausweiten könnte. Es besteht im Anschluss die Möglichkeit dieses Produktionsverfahren auf andere Reihenkulturen zu übertragen.

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