Wasserinfrastruktursysteme haben sehr hohe Kapital- und Fixkosten und sind auf jahrzehntelange Nutzung ausgelegt. Der Klimawandel, die demographischen Veränderungen, die Zunahme der Siedlungs- und Verkehrsflächen sowie neue ökologische Anforderungen verändern jedoch die Rahmenbedingungen schon jetzt.

Im Projekt NAUWA hat sich das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI in Zusammenarbeit mit der Kommunal- und Abwasserberatung NRW sowie der Emschergenossenschaft/Lippeverband mit der nachhaltigen Weiterentwicklung urbaner Wasserinfrastrukturen unter sich stark ändernden Randbedingungen beschäftigt.
Die Wissenschaftler untersuchten im Auftrag der WestLB-Stiftung Zukunft NRW die Einflussfaktoren in vier Kommunen mit sehr unterschiedlichen Randbedingungen in Nordrhein-Westfalen. Die Ergebnisse und Handlungsempfehlungen sind unter http://www.nauwa.de verfügbar.

In den Kommunen Gelsenkirchen, Lünen, Velbert und der Gemeinde Wachtberg wurde erprobt, wie die Entwicklung einer langfristigen Strategie zur zukunftsfähigen Gestaltung der Wasserinfrastruktursysteme praktisch angegangen werden kann. In der Untersuchung berücksichtigte das Fraunhofer ISI unsichere gesellschaftliche und klimatische Entwicklungen und Randbedingungen sowie relevante ortsspezifische Handlungsfelder. Dabei wurden Fragen beantwortet wie: Was bedeuten die demographischen und klimatischen Entwicklungen konkret? Welche Umfeldveränderungen sind zusätzlich zu erwarten und welche Anpassungserfordernisse ergeben sich daraus? Wie können Kommunen bei der nachhaltigen Weiterentwicklung ihrer Wasserinfrastruktursysteme unterstützt werden?

Aus den Antworten ergaben sich für jede Kommune spezifische strategische Zielsetzungen und konkrete Maßnahmen. Es zeigte sich aber auch, dass bestimmte Themen in allen vier Kommunen eine wichtige Rolle spielen: So ist beispielsweise trotz sinkender Bevölkerungszahlen nach wie vor ein Flächenzuwachs zu verzeichnen. Dies zieht unter anderem den Ausbau der langlebigen und kostenintensiven Wasserinfrastruktur nach sich, deren zukünftige Auslastung und Finanzierung unsicher ist. Zudem werden die Auswirkungen des Klimawandels durch länger anhaltende Trockenperioden und gleichzeitig außergewöhnliche Starkregenfälle immer deutlicher für die Bürger spürbar – sie führen zu erheblichen Schäden. Eine weitere Gemeinsamkeit ist der zum Teil deutliche Rückgang des Wasserbedarfs, der durch die höhere Effizienz beim Umgang mit Wasser in Industrie und Haushalten sowie durch die aufgrund des demographischen Wandels zurückgehenden Kundenzahlen verursacht wird. Wegen der hohen Fixkosten wird der Aufwand für die Abwasserbeseitigung aber nicht wesentlich verringert, so dass ohne ausgleichende strukturelle Maßnahmen künftig deutliche Erhöhungen der Entgelte für Wasserver- und Abwasserentsorgung notwendig werden.

„Vor diesem Hintergrund ist es unerlässlich, dass Kommunen und Betreiber von Wasserinfrastrukturen gemeinsam und frühzeitig einen langfristig orientierten, strategischen Planungsprozess durchführen, um sich auf die anstehenden Herausforderungen gezielt einzustellen. Notwendig ist eine gründliche Analyse der Ist-Situation, um darauf aufbauend mögliche Entwicklungsszenarien zu erarbeiten. Anschließend können strategische Ziele festgelegt und Maßnahmen abgeleitet werden“, so Dr.-Ing. Harald Hiessl, Projektleiter und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer ISI.

Handlungsbedarf für die kommunale Wasserinfrastruktur sieht das Fraunhofer ISI vor allem beim Umgang mit der Starkregen-Problematik, bei Stadtplanung und Stadtentwicklung, der Berücksichtigung innovativer Techniken und Konzepte sowie bei notwendigen Maßnahmen zur Tarifanpassung. Demnach ist eine realistische Abschätzung des Flächenbedarfs vor dem Hintergrund der zu erwartenden demographischen Entwicklung ebenso notwendig wie die Sensibilisierung für die Bedeutung und entsprechende Steuerung der städtischen Siedlungsstruktur und -dichte für die Wasserinfrastruktur. Der Überflutungsschutz muss als kommunale Gemeinschaftsaufgabe gesehen werden, bei der alle Akteure einzubinden und sehr unterschiedliche, sich gegenseitig beeinflussende Maßnahmen sowohl im öffentlichen als auch privaten Bereich umzusetzen sind. Mit einer Kostenstruktur-Analyse für Teilgebiete und Tarifstruktur-Änderungen kann eine Anpassung an die sich verändernden Nutzerzahlen und Verbrauchsveränderungen erfolgen.

Die anhand der Beispielkommunen gewonnenen Erfahrungen können für andere Kommunen Hilfestellung für vergleichbare Prozesse bieten. Ein entsprechender Leitfaden ist unter http://www.nauwa.de verfügbar.

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert Entstehung und Auswirkungen von Innovationen. Wir erforschen die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage stellen wir unseren Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung. Unsere Expertise liegt in der breiten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.

Weitere Informationen:
http://www.isi.fraunhofer.de/isi-de/service/presseinfos/2012/pri12-08.php

In einem einmaligen Feldexperiment untersuchten zehn Forscherteams aus neun Ländern den ökologischen Zustand von einhundert Fließgewässern in ganz Europa. Sie setzten dabei zum ersten Mal in großem Maßstab den Abbau von Falllaub als Bewertungsmethode ein. Über die Studie berichten sie in der aktuellen Ausgabe von  Science.

Flüsse und Bäche in Europa sind durch Landwirtschaft, Abwässer und Schadstoffe aus der Atmosphäre unterschiedlich stark belastet. Die im Jahr 2000 in Kraft getretene Wasserrahmenrichtlinie der EU hat deshalb zum Ziel, bis 2015 alle Fließgewässer in einen „guten ökologischen und chemischen Zustand“ zu überführen. Insbesondere solle auch die ganzheitliche Betrachtung aus ökologischer Sicht mehr berücksichtigt werden, heißt es in der Richtlinie.

Um den Zustand von Bächen und Flüssen zu ermitteln, messen Umweltexperten derzeit routinemäßig Parameter wie Temperatur, Säuregrad und Nährstoffgehalt. Und sie untersuchen die Zusammensetzung des sogenannten Makrozoobenthos – das sind Insektenlarven und andere Kleinlebewesen an der Gewässersohle. Letztere Methode wurde ursprünglich entwickelt, um zu beurteilen, wie stark das Wasser durch Abwässer belastet ist. Heute ist die Belastungssituation von Gewässern viel komplexer. Uferbefestigungen, Staustufen und massive Veränderungen des natürlichen Abflusses beeinträchtigen Fließgewässer als Ökosysteme ebenso stark wie eine Vielzahl chemischer Stoffe, die Einwanderung exotischer Arten und der Klimawandel.

Für die Beurteilung eines Ökosystems in seiner Gesamtheit reichen die etablierten Kriterien deshalb nicht mehr aus, ist Professor Mark Gessner vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) überzeugt. „So wie ein Patient ohne Fieber trotzdem krank sein kann, können Bäche und Flüsse als Ökosystem trotz sauberen Wassers eine Vielzahl anderer Probleme haben“, sagt der Biologe. Mitentscheidend für ein gesundes Ökosystem seien funktionierende Prozesse, die für das natürliche System charakteristisch sind. Dieser Aspekt werde bei der Bewertung von Fließgewässern bislang völlig ausgeklammert.

Gessner und seine europäischen Forscherkollegen haben deshalb ein neues Verfahren getestet, das auf einem solchen Prozess beruht – dem Abbau von Laub in Fließgewässern. „Laubeintrag ist die wichtigste Quelle für die Nahrungsnetze in kleineren Fließgewässern und von größter Bedeutung für den Gesamtstoffumsatz“, so Gessner, der die Untersuchungen mit seiner ehemaligen Arbeitsgruppe an der Eawag, dem Wasserforschungsinstitut der Schweiz, durchgeführt hat. Verantwortlich für den Abbau sind vor allem mikroskopisch kleine Pilze mit zum Teil bizarr geformten Sporen sowie das Makrozoobenthos.

Die Forscher platzierten mit Erlen- und Eichenlaub gefüllte Netzbeutel in 100 Bächen in Frankreich, Großbritannien, Irland, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden und der Schweiz. Durch die Wahl verschiedener Maschenweiten konnte das Makrozoobenthos ein- oder ausgeschlossen und dadurch dessen Beitrag am Abbau ermittelt werden. Die Nährstoffkonzentration in den Gewässern unterschied sich um einen Faktor bis zu Tausend. Dann ermittelten die Forscher die Zeit, in der bei normierter Temperatur die Hälfte des Laubs abgebaut wurde – analog der Halbwertzeit beim radioaktiven Zerfall. Außerdem bestimmten sie in einem Teil der Gewässer Anzahl und Artenspektrum des Makrozoobenthos sowie die Konzentration von Phosphat und mineralischen Stickstoffverbindungen.

Es zeigte sich, dass in nährstoffarmen Gewässern nur wenige Organismen leben, die das Laub effizient nutzen können. Gewässer mit einem hohen Überangebot an Nährstoffen bieten für diese Tiere ebenfalls kaum geeignete Lebensbedingungen. Entsprechend gering war in beiden Fällen ihr Beitrag zum Abbau. Im Bereich mittlerer Nährstoffkonzentrationen fanden die Forscher jedoch keinen Zusammenhang mehr zwischen Konzentration, Makrozoobenthos und Abbaurate. Gessner sagt das so: „In manchen Bächen mit mittlerer Nährstoffkonzentration war der Abbau durch Tiere rasant schnell. In anderen hingegen erfolgte er ebenso langsam wie in den nährstoffarmen und stark verschmutzten Gewässern.“

Ein beschleunigter Laubabbau kann also Beeinträchtigungen durch Nährstoffe signalisieren, wo herkömmliche Methoden auf eine einwandfreie Gewässerqualität schließen würden, nämlich im Bereich relativ niedriger Nährstoffkonzentrationen. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass der Laubabbau als Bewertunsgmethode differenziert betrachtet werden muss und nur in Kombination mit anderen Kriterien funktioniert. Gessner sieht trotzdem Potenzial in der Methode: „Eine ganzheitliche Betrachtung der Gewässer ist unabdingbar. Und wir brauchen eine leistungsfähige Differentialdiagnose, ähnlich wie in der Medizin.“ Prozesse wie der Laubabbau könnten hierzu einen wichtigen Beitrag leisten. „Als allzeit verlässlicher Gesundheits-Check reicht schnelles Fiebermessen für Fließgewässer in Europa schon lange nicht mehr aus“, ist der Biologe überzeugt.

Kontakt:
Prof. Mark Gessner
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei
16775 Stechlin/ Neuglobsow
Tel.: (033082) 699 11
gessner@igb-berlin.de

Studierende der Universität Bielefeld nehmen am MIT-Wettbewerb teil

Ein biologischer Filter, der Östrogene aus Abwasser und Trinkwasser entfernt: Das Ziel der 15 Bielefelder Studierenden, die mit diesem Projekt am „international Genetically Engineered Machine competition“ (iGEM) des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston, USA, teilnehmen, ist hoch gesteckt. Für den rapide wachsenden internationalen Wettbewerb in synthetischer Biologie werben sie mehrere 10.000 Euro von international tätigen Unternehmen und Verbänden der Biotechnologie und Chemiebranche ein, um die Kosten des Wettbewerbs zu decken. Seit Mai verbringen sie ihre Freizeit damit, im Labor neue DNA-Bausteine herzustellen, sie zu vervielfältigen und Enzyme zu produzieren. Jetzt geben erste Ergebnisse Anlass zu Optimismus.

Die Antibabypille ist die am weitesten verbreitete Verhütungsmethode in Deutschland. Ein Großteil der modifizierten Östrogene wird jedoch über den Urin wieder ausgeschieden. Herkömmliche Methoden in Kläranlagen können die damit belasteten Abwässer nur unzureichend reinigen, denn das vorwiegend eingesetzte Östrogen Ethinylestradiol lässt sich nur schwer abbauen. So gelangt das Hormon in Flüsse und Seen und reichert sich auch im Trinkwasser an. Die Folgen für Fische und andere Wasserbewohner sind gravierend. Sie reichen von Fortpflanzungs- und schweren Entwicklungsstörungen bis hin zur Ausbildung weiblicher Geschlechtsmerkmale bei männlichen Individuen. Die Langzeitfolgen der steigenden Östrogenbelastung für den Menschen sind noch weitgehend unbekannt. Jedoch könnten sinkende Spermienzahlen und damit zunehmende Unfruchtbarkeit von Männern in Industrieländern mit dieser hormonellen Belastung zusammenhängen. Und auch Hoden- und Prostatakrebs sowie Osteoporose (Abnahme der Knochendichte) können Folgen zu hoher Östrogenkonzentrationen im menschlichen Körper sein.

Bio-Filter aus Baumpilzen
Das Ziel des Bielefelder iGEM-Teams ist die Entwicklung eines biologischen Filters, in welchem bestimmte Enzyme (sogenannte Laccasen) das Östrogen abbauen. Sie sind in vielen Organismen zu finden und können unter anderem aromatische Verbindungen abbauen, zu denen auch die Östrogene zählen. Besonders effiziente Laccasen für den Abbau sind aus Schmetterlingstrameten bekannt, einer Pilzart, die gerne an Bäumen wächst. Die Bielefelder Studierenden wollen diese Enzyme mit Hilfe von Methoden der synthetischen Biologie preiswert und sicher produzieren. Das Konzept soll außerdem auf andere, zum Teil giftige und krebserregende Schadstoffe im Trink- und Abwasser erweiterbar sein. Einen ersten Erfolg können die Studierenden bereits vermelden: Sie haben die Gene mehrerer Laccasen aus verschiedenen Bakterien isoliert und in einen Standard gebracht, mit dem sie nun weiterarbeiten. Bis zum europäischen Vorentscheid im Oktober wollen sie nachweisen, wie die Enzyme unterschiedliche Substrate wie Östrogene, Pestizide und Pharmaka abbauen und sie auf Filtermaterialien aufbringen.

Forschen in der Freizeit
Das Bielefelder Team besteht aus 15 Studentinnen und Studenten aus den Studiengängen Genom-basierte Systembiologie, Molekulare Zellbiologie und Molekulare Biotechnologie. Für die Teilnahme an dem internationalen Wettbewerb opfern die Bielefelder Studierenden viele Stunden ihrer Freizeit, denn die Forschung findet neben ihrem regulären Studium statt. Moritz Müller, Masterstudent der Molekularen Biotechnologie, erklärt, wieso er trotzdem mitmacht: „Die Teilnahme am Wettbewerb ist eine Chance, sich schon während des Studiums frei im Labor zu entfalten, eigene Ideen zu verfolgen und sogar ein eigenes Projekt durchzuführen. Später im Berufsleben steht man vor ähnlichen Herausforderungen.“ Die Studierenden erhalten Unterstützung von Professor Dr. Alfred Pühler, Professor Dr. Erwin Flaschel, Dr. Jörn Kalinowski sowie Dr. Christian Rückert vom CeBiTec (Center for Biotechnology) der Universität Bielefeld.

Internationale Konkurrenz
Der iGEM-Wettbewerb wird seit 2003 jährlich vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston veranstaltet. Angefangen als Kursangebot des MIT steigen die Teilnehmerzahlen seitdem rapide an, von fünf Teams 2004 auf über 190 in diesem Jahr. Alle Teams stehen vor der gleichen Aufgabe: von der Idee über die Laborarbeit bis zur Finanzierung und Kommunikation mit der Öffentlichkeit. Dr. Jörn Kalinowski betont: „Auf studentischer Ebene ist iGEM die Weltmeisterschaft der synthetischen Biologie – und zeigt, was in naher Zukunft auf diesem noch jungen Forschungsfeld möglich ist. Über 2.000 kluge junge Köpfe der bedeutendsten Universitäten aus aller Welt treten hier gegeneinander an. Dabei stellen sie sich – wie im aktuellen Bielefelder Projekt – ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen und finden oft unkonventionelle Lösungen. Gleichzeitig werden auch internationale Unternehmen und Verbände bei iGEM auf die Studierenden und ihre vielversprechenden Ideen aufmerksam. Der Wettbewerb hat weltweite Ausstrahlung.“ Aufgrund der hohen Teilnehmerzahlen gibt es seit 2011 kontinentale Vorentscheide. Der europäische Vorentscheid findet vom 5. bis 7. Oktober in Amsterdam, Niederlande, statt. Hier entscheidet sich, welche europäischen Teams im November zum Finale nach Boston, USA, reisen. Die Universität Bielefeld ist bereits im dritten Jahr in Folge dabei und hat sich bereits 2010 und 2011 erfolgreich in Boston präsentiert.

Weitere Informationen im Internet:
www.igem-bielefeld.de

WissenschaftsCampus Phosphorforschung in Rostock sucht nach Lösungswegen
Schon 2035, so sagen Wissenschaftler voraus, wird der Rohstoff Phosphor im Boden nicht mehr ausreichend zur Verfügung stehen. Phosphor (P) ist für alle Lebewesen ein essenzielles Nährelement und in der Landwirtschaft mitverantwortlich für das Pflanzenwachstum. Aufgrund der weltweit begrenzten P-Vorkommen wird schon ab etwa 2035 global die Nachfrage das Angebot an P-Mineralen übersteigen. Die daraus folgende Verknappung kann die weltweite Lebensmittelproduktion bedrohen.

Lösungsstrategien zur Vermeidung einer solchen Verknappung zu erarbeiten, ist Anliegen einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit der Universität Rostock mit drei Leibniz-Instituten der Wissenschaftsregion Rostock: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) und Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN). Seitens der Universität Rostock sind in diesem WissenschaftsCampus die Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät (AUF), die Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (MNF) und die Juristische Fakultät (JUF) beteiligt. „Die sich daraus ergebende hohe Interdisziplinarität dieses WissenschaftsCampus‘ ermöglicht eine umfassende Erforschung und Modellierung als Voraussetzung für ein nachhaltiges Management von Phosphor-Stoffströmen“, sagt Professor Wolfgang Schareck, Rektor der Universität Rostock. Offizieller Startschuss ist der morgen (22.03.2012) in Rostock stattfindende Workshop WissenschaftsCampus Phosphorforschung, an dem neben Wissenschaftlern aller genannten Einrichtungen auch der Rektor der Universität Rostock, der Vize-Präsident der Leibniz-Gemeinschaft und der Leiter der Abteilung Wissenschaft und Forschung des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur Mecklenburg-Vorpommerns teilnehmen.

Ziel des WissenschaftsCampus Phosphorforschung ist es, Strategien zu entwickeln, welche die P-assoziierten Stoffströme schließen und somit durch eine effizientere P-Ausnutzung den Abbau der Lagerstätten erheblich verringern. „Aufgrund der zentralen Bedeutung von Phosphor in den unterschiedlichsten Produktions- und Umweltsystemen ist für die Entwicklung dieser Strategie eine interdisziplinare Herangehensweise in der Forschung unumgänglich“, sagt Prof. Dr. Peter Leinweber vom Institut für Bodenkunde der Universität Rostock, der in der P-Forschung eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen der nächsten Jahre sieht.

Durch die Bündelung fachlicher Kompetenzen universitärer Einrichtungen und der ansässigen außeruniversitären Leibniz-Institute soll der geplante WissenschaftsCampus mit dem provisorischen Arbeitstitel „Phosphorforschung“ den notwendigen Rahmen schaffen. Der WissenschaftsCampus ist eine gemeinsame geförderte Initiative von mindestens einer Leibniz-Einrichtung, einer Universität sowie des jeweiligen Sitzlandes. Dadurch sollen die regionale Partnerschaft zwischen Universität und Leibniz-Einrichtungen gefördert, Exzellenzen gebündelt und vernetzt sowie strategische Forschungen und Entwicklungen an interdisziplinären Forschungsthemen unterstützt werden.

Eine Vorreiterstellung bei Erforschung geschlossener P-Kreisläufe ist insbesondere für agrarisch geprägtes Land wie Mecklenburg-Vorpommern entscheidend zur Sicherung einer nachhaltigen Landwirtschaft. Die Professur für Bodenkunde an der Agrar- und Umweltwissenschaftlichen Fakultät hat dabei eine Koordinierungsfunktion übernommen. Bisher sind im WissenschaftsCampus Phosphorforschung 25 Forschergruppen mit einschlägiger Expertise aktiv.

Der Workshop am 22.03.2012 dient zur genaueren thematischen Fokussierung des geplanten WissenschaftsCampus Phosphorforschung sowie zur Erarbeitung konkreter Forschungsfragen und Projektideen zwischen den beteiligten Forschergruppen. Schon in der Vorbereitungsphase des WissenschaftsCampus´ wurde ein multilaterales Projekt mit dem Titel „Hohe Phosphor-Ausnutzung aus Gärresten unter Berücksichtigung der Fest-Flüssig-Trennung“ mit Beteiligung der AUF, IOW, LIKAT, bei der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe eingereicht. Weitere Projekte sind in Vorbereitung.

Zwei Fachvorträge werden auf dem Workshop in die Thematik einführen: Dr. Paul Withers von der Prifysgol Bangor University/UK wird über die wissenschaftlichen Herausforderungen der weltweiten P-Verknappung sprechen. In seiner Forschung beschäftigt sich Dr. Withers insbesondere mit der Zirkulation, dem Transfer sowie dem Management von Phosphor in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen. Im zweiten Vortrag wird von Prof. Felix Ekardt, Universität Rostock, die „Phosphorknappheit und Landnutzung als gesellschaftliches & juristisches Problem“ näher beleuchtet.

Da die Vernetzung der Forschungsgruppen zum großen Teil über die spezifischen Analysen und Modellierungsmethoden erfolgt, ist für den Herbst 2012 ein P-Methodenworkshop mit internationaler Beteiligung geplant. Dieser erfolgt in Zusammenarbeit mit der Kommission Bodenchemie der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft.

Kontakt:
Universität Rostock
Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät
Lehrstuhl für Bodenkunde
Prof. Dr. Peter Leinweber
Fon: +49 (0)381 498 3120
eMail:peter.leinweber@uni-rostock.de
http://www.auf-bk.uni-rostock.de/

Mikrofluidisches elektrochemisches Amplifizierungsverfahren zur schnellen, empfindlichen und quantitativen Detektion von pathogener DNA

Krankheitserreger lassen sich inzwischen ganz gut entlarven, meist dank aufwändiger Labormethoden. Manchmal aber drängt die Zeit oder es ist kein Labor in Reichweite. Auf dem Wunschzettel stehen daher Detektionsmethoden, die tragbar und schnell sind, dabei aber empfindlich, zuverlässig und quantitativ über einen weiten Konzentrationsbereich arbeiten. Amerikanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen neuen Ansatz für eine Lab-on-Chip-Methode zum Nachweis von Pathogenen anhand ihres genetischen Materials vor. Das Verfahren arbeitet so empfindlich, dass eine so geringe Menge wie 16 Kopien der DNA von Salmonellen nachgewiesen werden konnten – in weniger als einer Stunde.

Seit Einführung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer inzwischen etablierten Methode zur Vervielfältigung genetischen Materials, in die klinische Diagnostik ist der Nachweis einer ganzen Reihe von Keimen wesentlich verlässlicher und empfindlicher geworden. Aber auch die PCR ist eine apparativ und zeitlich aufwändige Labormethode, die spezielle Geräte, exakt eingehaltene Temperaturzyklen mit sukzessiven Reagenszugaben und hoch qualifiziertes Personal benötigt.

Das Team um Kuangwen Hsieh und H. Tom Soh von der University of California (Santa Barbara, USA) wählte für ihren Ansatz eine jüngere Alternative zur PCR, die „loop-mediated isothermal amplification“, kurz LAMP. Sie läuft sehr rasch, sensitiv und selektiv für das gesuchte Pathogen und braucht keine Temperaturzyklen mit Reagenzienzugabe. Das Team integrierte LAMP mit einer elektrochemischen Detektion in Form eines mikrofluidischen Chips zur MEQ-LAMP, der „mikrofluidischen elektrochemischen quantitativen LAMP“.

In einer winzigen Kammer auf dem Chip fertigen Enzyme Kopien der in der Probe enthaltenen DNA an. Als Startpunkt dienen sechs verschiedene Primer – einzelsträngige Teilstücke der Ziel-DNA mit einer Startsequenz für die Enzyme. Methylenblau, ein Farbstoff, der sich in DNA einlagert, dient als elektrochemisches Nachweisreagenz. Zunächst sind die meisten Methylenblau-Moleküle frei in der Lösung und gelangen zu den in der Kammer montierten Elektroden. Werden Spannungszyklen durchlaufen, sorgen Redox-Reaktionen zwischen Elektrode und Methylenblau für einen Stromfluss. Je mehr DNA-Kopien entstehen, desto mehr Methylenblau lagert sich in die Stränge ein und steht an den Elektroden nicht mehr zur Verfügung – die Stromstärke sinkt immer weiter ab. Dies geht umso schneller, je mehr DNA-Stränge des Pathogens in der Probe enthalten waren. Der Zeitpunkt, zu dem der Abfall des Stromsignals maximal ist, lässt sich so gut bestimmen, dass die Forscher ihn zur Quantifizierung der Pathogen-Konzentration heranziehen können.

Ein zukünftiger Chip könnte mehrere Kammern für den parallelen Nachweis verschiedener Krankheitserreger tragen und den Auftakt für die Entwicklung effektiver Schnelltests für eine patientennahe Diagnostik, Lebensmittelsicherheit, Umweltüberwachung und den Schutz gegen biologische Kampfstoffe bilden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 12/2012

Autor: H. Tom Soh, University of California, Santa Barbara (USA), http://www.engr.ucsb.edu/sohlab/locations.html

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201109115

Der Krankheitserreger, der bei den Fischbeständen in Doubs, Loue und Sorne eine um sich greifende Mykose hervorruft, gehört zu einem einzigen Stamm. Wahrscheinlich ist er durch menschliches Zutun in die Gewässer gelangt. Zu diesem Schluss kommt die Universität Neuenburg, die vom Bundesamt für Umwelt BAFU mit der Untersuchung dieses Organismus beauftragt wurde.

Seit 2009 ist im französisch-schweizerischen Grenzabschnitt des Doubs und in der Loue (Frankreich) regelmässig ein Fischsterben zu beobachten, das vorwiegend Forellen und Äschen betrifft. 2011 trat das gleiche Phänomen auch in der Sorne auf, einem schweizerischen Fluss im Einzugsgebiet des Rheins und ohne jede Verbindung zum Doubs. Die Fische leiden unter starkem Befall mit einem Erreger, der zur Gruppe Saprolegnia parasitica gehört. Bis heute wurden drei anfällige Fischarten identifiziert: Forelle, Äsche und Schmerle. 2011 erteilte das BAFU dem Labor für Bodenbiologie der Universität Neuenburg den Auftrag, den virulenten Stamm zu untersuchen und dessen Herkunft zu klären.

Mit molekularbiologischen Methoden konnten die Forscher zwei verschiedene Populationen von Saprolegnia nachweisen.

Mehr:
http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/medieninformation/00962/index.html?lang=de&msg-id=44738

Die Web-Kamera der Deutschen Wildtier Stiftung zeigt das Brutgeschäft des Schreiadlers live und in Farbe!

Nachdem die Taufe der kleinen Kronprinzessin Estelle von Schweden in der ganzen Welt im Fernsehen verfolgt wurde, können Sie in wenigen Tagen ein ganz anderes freudiges Ereignis am Bildschirm beobachten: Der Nachwuchs der seltenen Schreiadler wird vor laufender Kamera schlüpfen! „Seit fast vier Wochen bebrütet das Schreiadler-Weibchen zwei Eier, während das Männchen emsig Futter für sie heranfliegt“, sagt Dr. Andreas Kinser, Projektleiter der Deutschen Wildtier Stiftung. Das Schlüpfen eines Schreiadler-Kükens im Internet zu verfolgen, ist nicht nur spannend, sondern auch extrem selten. Über www.DeutscheWildtierStiftung.de kann jeder Adler-TV gucken und einen Blick in die Küken-Kinderstube werfen. Das ist eine einmalige Gelegenheit, denn in Deutschland sieht man den vom Aussterben bedrohten Adler kaum noch. Mit knapp hundert Brutpaaren ist er bei uns sehr selten geworden.

„Es gibt mittlerweile eine feste Fangemeinde, die regelmäßig Adler-TV schaut“, sagt Kinser. Schon im letzten Jahr fieberten zahlreiche Besucher dem Tag entgegen, an dem der Schreiadler-Nachwuchs vor laufender Kamera schlüpft, aufwächst und nach ersten Flugversuchen den Horst verlässt, um im Spätsommer die lange Reise Richtung Afrika anzutreten. Doch 2011 zeigte sich die Natur von ihrer grausamen Seite: Der Jungvogel, der sich bereits prächtig entwickelt hatte, wurde von einem Baummarder gefressen.

Familie Schreiadler, die jetzt per Mausklick beim Brutgeschäft zu beobachten ist, lebt im lettischen Naturreservat Teici. Dr. Andreas Kinser steht in ständigem Kontakt mit Dr. Ugis Bergmanis, dem Kooperationspartner der Deutschen Wildtier Stiftung vor Ort, der auch die Web-Kamera installiert hat. Seit Mitte April bewohnen die Tiere den mit frischen Zweigen ausgepolsterten Horst in 15 Meter Höhe.

Die Aufnahmen der Web-Kamera sind nicht nur spannend, sie geben vor allem Auskunft über das Brutverhalten und die Ernährung der Küken dieses extrem seltenen Greifvogels. „Wie viele andere Arten leidet der Schreiadler besonders unter dem Verlust geeigneter Lebensräume“, sagt Kinser. Deshalb kooperiert die Deutsche Wildtier Stiftung in einem Projekt zum Lebensraumschutz mit Land- und Forstwirten, um gemeinsam eine schreiadlerfreundliche Bewirtschaftungsweise zu finden. Darüber hinaus sollen die Flächen in Mecklenburg-Vorpommern, die die Deutsche Wildtier Stiftung aus dem „Nationalen Naturerbe“ übertragen bekommen hat, wieder zu Brutgebieten des Schreiadlers werden. „Durch die Web-Kamera in Lettland erhalten wir unter anderem Informationen über die Zusammensetzung der Beutetiere für die Aufzucht der Schreiadler-Küken“, erklärt Dr. Andreas Kinser. In Deutschland untersucht die Deutsche Wildtier Stiftung gemeinsam mit ihren Projektpartnern, durch welche Maßnahmen sich die Dichte der Beutetiere in den Lebensräumen der Schreiadler erhöhen lässt. Gefördert wird das Projekt zum Lebensraumschutz durch das Bundesamt für Naturschutz (BfN).

In Lettland wird hoffentlich bald ein gesundes Küken aus dem Ei schlüpfen. Im September wird dann aus diesem Doku-Star ein Langstreckenflieger. Kaum flügge geworden, macht sich der Jungvogel nämlich schon in die 10 000 km entfernten Winterquartiere in Afrika auf.

Informationen über das Schutzprogramm sind ebenfalls auf der Website der Deutschen Wildtier Stiftung (www.DeutscheWildtierStiftung.de) erhältlich.