Neuigkeiten aus dem WTT


Januar - März 2021


Neuer Standard für die reproduzierbare zytometrische Mikrobiomanalyse

Durchflusszytometrisches Histogramm einer Mock-Gemeinschaft © Susann Müller, UFZ Durchflusszytometrisches Histogramm einer Mock-Gemeinschaft © Susann Müller, UFZ In der Durchflusszytometrie sind Beads zur Kalibrierung wertvoll , aber oft nicht ausreichend für die Validierung von Laborabläufen oder den Vergleich von Daten zwischen unterschiedlichen Experimenten. Die zum Patent angemeldete zytometrische Mock-Community des UFZ löst diese Probleme. Lassen Sie uns gemeinsam einen Kit entwickeln und ihn auf den (klinischen) Markt bringen!

Die Durchflusszytometrie hat sich in jüngster Zeit als Werkzeug etabliert, um kurzfristige Dynamiken im mikrobiellen Gemeinschaftsaufbau zu verfolgen und diese mit ökologischen Parametern zu verknüpfen. Allerdings führen die instrumentellen Konfigurationen kommerzieller Zytometer und die Variabilität, die durch die unterschiedliche Handhabung der Zellen und Geräte entsteht, häufig zu einer Variabilität der Datensätze auf Einzelzellebene. Dies ist besonders bei Mikroorganismen, die sich im unteren Bereich der optischen Auflösung befinden, ausgeprägt. Obwohl Beads zur Kalibrierung wertvoll sind, um instrumentelles Rauschen zu minimieren und die allgemeinen Geräteeinstellungen abzugleichen, ist eine künstliche mikrobielle zytometrische Mock-Community (mCMC) zwingend erforderlich, um Labor-Workflows zu validieren und den Vergleich von Daten zwischen Experimenten zu ermöglichen, und stellt somit einen notwendigen Referenzstandard für die reproduzierbare zytometrische Charakterisierung mikrobieller Gemeinschaften dar, insbesondere bei Langzeitstudien. Vergleichbare Datensätze ermöglichen darüber hinaus den Einsatz bioinformatischer Auswerteverfahren, um das Verhalten der Gemeinschaft zu entschlüsseln oder qualifizierte Zellsortierentscheidungen für nachfolgende hochauflösende Sequenzierungen oder proteomische Routinen zu vermitteln.

Paper: Bacterial mock communities as standards for reproducible cytometric microbiome analysis, Nicolas Cichocki, Thomas Hübschmann, Florian Schattenberg, Frederiek-Maarten Kerckhof, Jörg Overmann, Susann Müller; Nat Protoc. 2020: 2788-2812. doi: 10.1038/s41596-020-0362-0.

März 2021


Wasserstoff aus Cyanobakterien

Petrischale mit cyanobakteriellem Biofilm © Andre Künzelmann, UFZ Petrischale mit cyanobakteriellem Biofilm © Andre Künzelmann, UFZ Johanna Wiedener, Studentin an der Universität Leipzig, erhält den Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die beste pflanzenwissenschaftliche Masterarbeit. Die Masterarbeit „Investigation of a mixed species cultivation concept for a continuous photosynthesis-driven hydrogen production“ wurde im UFZ-Department Solare Materialien in der Gruppe von PD Dr. Stephan Klähn angefertigt.

Wasserstoff soll zukünftig eine zentrale Rolle in unserer Energieversorgung einnehmen und so zur Energiewende beitragen, denn er würde es ermöglichen, mit Hilfe erneuerbarer Energien die CO2-Emissionen vor allem in Industrie und Verkehr deutlich zu verringern.

Deshalb beschäftigte sich Johanna Wiedener in ihrer Arbeit mit der kontinuierlichen Wasserstoffproduktion durch photosynthetische Mikroorganismen (Cyanobakterien). Dabei hat sie sich dem grundlegenden Problem gewidmet, dass die zur Wasserstoffproduktion nötigen Hydrogenasen zwar Elektronen aus der Photosynthese beziehen, aber gleichzeitig durch den bei der Photosynthese entstehenden Sauerstoff inaktiviert werden.

Johanna Wiedener hat es erstmals geschafft, das Milieu durch Co-Kultivierung mit einem heterotrophen Bakterium anaerob zu halten und dadurch eine über mehrere Stunden messbare Wasserstoffsynthese zu erreichen. Sie konnte dabei belegen, dass es der cyanobakterielle Partner ist, der diesen Wasserstoff produziert und dabei tatsächlich Elektronen aus der photosynthetischen Wasserspaltung nutzt. Ebenfalls konnte sie ihre Beobachtungen auf ein alternatives, stabiles Kultivierungskonzept übertragen: einen bakteriellen Biofilm. Hierbei konnte sogar nach mehreren Wochen noch eine signifikante Wasserstoffsynthese dokumentiert werden. Wenngleich noch zahlreiche Probleme zu lösen sind, hat Johanna Wiedener diesen biologischen Ansatz zur Produktion von Wasserstoff einen bedeutenden Schritt in Richtung Anwendung gebracht.

Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die beste pflanzenwissenschaftliche Masterarbeit

Februar 2021


UFZ virtueller Gastgeber des 14. Sächsischen Transfer-Netzwerktreffens

Logo Sächsisches Transfernetzwerk, © FutureSax Am 03.02.2021 fand online das 14. Treffen des Sächsischen Transfer-Netzwerkes von futureSax am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ statt. Unter dem Motto „Gemeinsam mehr erreichen“ nutzten rund 40 Teilnehmende die Möglichkeit, in den Erfahrungsaustausch zur Professionalisierung von Transferprozessen zu treten sowie sich über Transfer- und Kooperationsformate der Bundesagentur für Sprunginnovationen (SPRIND) und dem Automotive Cluster Ostdeutschland (ACOD) zu informieren.

So erläuterte Dr. Joachim Nöller, Leiter der Abteilung Wissens- und Technologietransfer am UFZ, in seinem Impulsvortrag, welche organisatorischen Fortschritte im Technologietransfer am UFZ in den letzten Jahren erzielt wurden und ging dabei auf Themen wie die Etablierung effizienter Prozesse, die Entwicklung einer Transferprojekt-Pipeline mit gezielten Maßnahmen zur Weiterentwicklung priorisierter Transferprojekte, die Stärkung des Technologiemarketings sowie die Professionalisierung der Transfereinheit selbst ein.

„In unserer Transferstrategie setzen wir auf den Dialog mit den Akteuren und damit auf das gemeinsame Entwickeln vorsorgeorientierter Lösungen. Diesen essentiellen Dialog von Forschung und Wirtschaft gilt es weiter zu fördern, denn er schafft auch die wichtige Vertrauensbasis zwischen den Partnern für Innovationsprojekte“, betonte Joachim Nöller noch einmal zum Abschluss in der Diskussionsrunde aller Vortragenden.

Darüber hinaus gab Joachim Nöller in einem vorab geführten futureSAX-Transfer-Interview weitere Einblicke zum Transfer am UFZ.
Wollen Sie mehr zu unseren entwickelten Technologien und Verfahren wissen? Dann kontaktieren Sie uns!

Hier geht es zu den Vorträgen!

Das Sächsische Transfer-Netzwerk vereint rund 80 Institutionen (Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Kammern, Wirtschaftsförderer) aus ganz Sachsen und ermöglicht den persönlichen Erfahrungsaustausch zwischen Transferakteuren zum Thema Wissens- und Technologietransfer. Hierzu finden halbjährlich Netzwerktreffen zu transferrelevanten Themen bei den Partnern des Sächsischen Transfer-Netzwerkes statt.

Februar 2021


Ausbau der Kooperation zwischen HTWK Leipzig und UFZ

Grafik Kooperation, © pixabay Das UFZ und die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben gemeinsam mit dem an der HTWK angegliederten Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) einen Rahmenvertrag zum Ausbau ihrer Kooperation am Wissenschaftsstandort Leipzig unterzeichnet. Der Kooperationsvertrag wird die wissenschaftliche Expertise am Wissenschaftsstandort Leipzig weiter stärken.

Mit dem Vertrag und den konkreten Vereinbarungen zu gemeinsamen Schutzrechten sowie zur Nutzung wissenschaftlicher Infrastruktur wird die langjährige und vertrauensvolle Zusammenarbeit weiter gefestigt sowie Synergien ausgebaut. Dies betrifft einerseits sehr erfolgreiche Vorhaben wie die gemeinsame Entwicklung umwelttechnologischer Verfahren unter Nutzung von Radiowellen, aus der zahlreiche Kooperationsprojekte, ein Innovationsnetzwerk aus Unternehmen und Forschungseinrichtungen (RWTEC) sowie eine technologieorientierte Ausgründung (RWInnoTEC) hervorgegangen sind. Andererseits werden mit dem Vertrag auch neue gemeinsame Forschungsvorhaben zur Energiewende, zum Strukturwandel oder zur Stadt der Zukunft initiiert. Dabei steht u.a. die gemeinsame Entwicklung einer Plattform für Innovation und Technologietransfer zu Umwelt und Nachhaltigkeit mit enger Anbindung an den Transferverbund Saxony5, einem Zusammenschluss der Hochschulen der Angewandten Forschung in Sachsen, im Fokus.

Der Kooperationsvertrag erweitert die bisherige Zusammenarbeit der Einrichtungen und bildet den Rahmen für neue Formate und Strategien. Dadurch werden der Austausch intensiviert und die Kontakte in Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft ausgebaut. Das experimentelle und theoretische Arbeiten und der Personalaustausch zwischen beiden Einrichtungen werden erleichtert, indem die Forschenden die Labore, Werkstätten, Bibliotheken oder Dienstleistungen der kooperierenden Einrichtungen nutzen können. Mit gemeinsamen Professuren, der Qualifizierung des wissenschaftlichen Nachwuchses oder gemeinsamen Veranstaltungen, um den Informations- und Wissenstransfer insbesondere in die Region zu stärken, werden weitere Synergien geschaffen. Als besonders wichtig sehen es die beiden Partner an, zukünftig noch stärker gemeinsam im Verbund mit Wirtschaft und Gesellschaft zu forschen.

Februar 2021


Prof. Dr. D. Thrän ist Ko-Vorsitzende im Bioökonomierat 


Prof. Daniela Thrän, © UFZ Prof. Daniela Thrän, © UFZ Der von der Bundesregierung im Dezember 2020 neu berufene Bioökonomierat hat den Vorsitz des Beratungsgremiums an zwei Wissenschaftlerinnen übertragen: Prof. Dr. Daniela Thrän, Systemwissenschaftlerin am UFZ und am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ), sowie Prof. Dr. Iris Lewandowski, Bioenergie-Expertin an der Universität Hohenheim. Die beiden Wissenschaftlerinnen werden den Vorsitz für die kommenden drei Jahre übernehmen.

"Bioökonomie ist ein elementarer Baustein unseres zukünftigen Wirtschaftssystems. Mir ist es wichtig, die vielfältigen Möglichkeiten und Innovationspotenziale der Bioökonomie schnell und umfassend zu nutzen, denn sie sind dringend erforderlich für eine nachhaltige Entwicklung in Deutschland, aber auch im internationalen Zusammenwirken", sagt Daniela Thrän. "Der neue Bioökonomierat versammelt hier eine einmalige Expertise, diese Transformation wissensbasiert zu unterstützen."

Zur Person

Prof. Dr. Daniela Thrän ist Ingenieurin für technischen Umweltschutz. Als Systemwissenschaftlerin forscht sie zu den Auswirkungen der nachhaltigen Nutzung erneuerbarer Ressourcen für die energetische und stoffliche Nutzung. Seit 2011 leitet sie das UFZ-Department Bioenergie und ist gleichzeitig Bereichsleiterin "Bioenergiesysteme" am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig. Sie ist außerdem Sprecherin der integrierten Plattform Nachhaltigkeitstransformation des UFZ. An der Universität Leipzig hat sie den Lehrstuhl für Bioenergiesysteme inne. Daniela Thrän ist Mitglied in zahlreichen Beratungsgremien auf Bundes- und Landesebene.

Zum Bioökonomierat

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) haben im Jahr 2009 erstmals einen Bioökonomierat als Beratungsgremium der Bundesregierung eingerichtet. Aufgabe war es u.a., wichtige Anregungen zur Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030 und zur Nationalen Politikstrategie Bioökonomie zu liefern. Im Januar 2020 hat die Bundesregierung die Nationale Bioökonomiestrategie verabschiedet, die die Regierungsaktivitäten im Bereich der Bioökonomiepolitik bündelt. Im Dezember 2020 wurde der mittlerweile dritte Bioökonomierat berufen, der aus 20 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft besteht. Der Bioökonomierat wird die Bundesregierung als unabhängiges und neutrales Gremium bei der Umsetzung der Strategie im Rahmen von Empfehlungen und Stellungnahmen beraten und gleichzeitig öffentliche Debatten zur Bioökonomie fördern.

Weitere Informationen

Science Talk "Kann das weg oder ist das Bioökonomie?" (ARD Alpha, 27.12.2020)

Podcast "Nachhaltig Wirtschaften" (detector.fm, 20.2.2020)


Quelle: Presse- u. Öffentlichkeitsarbeit UFZ

Januar 2021


Prof. Dr. K. Bühler in den Nationalen Wasserstoffrat berufen


Prof. Katja Bühler, © UFZ Prof. Katja Bühler, © UFZ Das Bundeskabinett hat Prof. Dr. Katja Bühler in den Nationalen Wasserstoffrat (NWR) berufen. Aufgabe des Expertengremiums ist es, die Bundesregierung durch Vorschläge und Handlungsempfehlungen zu beraten, um die im Jahr 2020 beschlossene Nationale Wasserstoffstrategie umzusetzen und weiterzuentwickeln.

Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie will die Bundesregierung Deutschland zum Leitmarkt und Leitanbieter für grüne Wasserstofftechnologien in einer zukünftig klimaneutralen Wirtschaft entwickeln. Die Mikrobiologin forscht mit ihrem Team an Optionen, mithilfe von Bakterien, die Photosynthese betreiben können, Wasserstoff zu produzieren.

"Wir wollen biologisch erzeugten Wasserstoff effizient sowie umwelt- und ressourcenschonend produzieren. Der Schritt von der Grundlagenforschung zur technologischen Anwendung kann aber nur in einem integrierten Forschungs-und Entwicklungsansatz realisiert werden. Deshalb arbeiten wir mit vielen Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft und bringen die unterschiedlichen Disziplinen aus den Lebens- und Ingenieurswissenschaften zusammen.", sagt Katja Bühler.

Ihre Berufung in den Nationalen Wasserstoffrat sieht Katja Bühler als Auszeichnung und Vertrauen in ihre bisherige Arbeit. Vor allem aber sei es eine verantwortungsvolle Aufgabe und ihr Beitrag zum Klimaschutz und zur Energiewende – und damit zur Sicherung unserer Zukunft.

Zur Person

Am UFZ forscht Prof. Dr. Katja Bühler im UFZ-Department Solare Materialien an der biotechnologischen Gewinnung von Wasserstoff durch fotosynthetisch aktive Mikroben. Dieser sogenannte weiße Wasserstoff könnte eine Ergänzung zum heutigen Herstellungsverfahren von grünem Wasserstoff werden, der per Elektrolyse auf der Grundlage von Solar- oder Windenergie produziert wird. Der Schwerpunkt ihrer Arbeit liegt in der Anwendung von oberflächenadhärierten Organismen in kontinuierlichen Bioprozessen.

Videoporträt Prof. Katja Bühler

Zum Nationalen Wasserstoffrat

Die Bundesregierung hat den Nationalen Wasserstoffrat mit Beschluss der Nationalen Wasserstoffstrategie am 10. Juni 2020 ins Leben gerufen. Aufgabe des Gremiums ist es, die Bundesregierung durch Vorschläge und Handlungsempfehlungen bei der Umsetzung und Weiterentwicklung der Wasserstoffstrategie zu beraten und zu unterstützen. Der Nationale Wasserstoffrat besteht aus 26 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft.

Quelle: Presse- u. Öffentlichkeitsarbeit UFZ

Januar 2021


Verlässliche Vorhersage mitochondrialer Dysfunktion durch Chemikalien


Grafik zum Modell: Vorhersage der Toxizität organischer Chemikalien, © Verlag ACS Publications Modell zur Vorhersage der Toxizität organischer Chemikalien, © Verlag ACS Publications Forschende am UFZ haben ein biophysikalisches Modell entwickelt, um die pH-abhängige Entkopplungstoxizität organischer Säuren anhand deren chemischer Struktur vorherzusagen. Damit können bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung wertvolle Informationen über die Toxizität organischer Chemikalien gewonnen werden.

Mitochondriale Dysfunktion ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung idiosynkratischer Organtoxizität und wird oft durch protonophorische Entkopplungsaktivitäten chemischer Substanzen verursacht. Die Vorhersage dieser mitochondrialen Dysfunktion in einem frühen Stadium des Arzneimittelentwicklungsprozesses könnte Sicherheitsrisiken reduzieren und ungeeignete Arzneimittelkandidaten eliminieren, so dass die Ressourcen auf die Wirkstoffe mit den höchsten Erfolgschancen auf dem Markt konzentriert werden können.

Das vorgestellte Modell benötigt nur Eingangsinformationen, die aus der chemischen Struktur abgeleitet werden können und wurde anhand von Literaturdaten und gemessener Daten in sub-mitochondrialen Partikeln, isolierten Mitochondrien und intakten Grünalgenzellen, mit gutem Erfolg validiert. Auch die pH-Abhängigkeiten in isolierten Mitochondrien und intakten Zellen konnten reproduziert werden. Neben der Vorhersage des ECw erlaubt die mechanistische Natur des Modells direkte Rückschlüsse auf den Einfluss einzelner Inputfaktoren wie pH- und Spannungsgradienten über die Membran, die anionische und neutrale Membranpermeabilität und die Heterodimerisierungskonstante. Diese Erkenntnisse sind von wichtiger Bedeutung für das Design von Medikamenten oder die chemische Regulation.

Weitere Informationen:

Andrea Ebert and Kai-Uwe Goss, Predicting Uncoupling Toxicity of Organic Acids Based on Their Molecular Structure Using a Biophysical Model, Chem. Res. Toxicol. 2020, 33, 7, 1835–1844

Predicting Uncoupling Toxicity of Organic Acids Based on Their Molecular Structure Using a Biophysical Model

BIOVIA Blog: Predicting Uncoupling Toxicity of Organic Acids

Januar 2021


Optimierung des Spontaneous Tail Coiling-Tests zur schnellen Identifikation neurotoxischer Effekte im Zebrafisch-Embryo-Modell


Mikroskopaufnahme eines Zebrafischembryons, © UFZ Zebrafischembryon, © UFZ Für eine schnelle Bewertung von Umweltproben und Reinsubstanzen optimierten Forschende des UFZ die Messung eines Verhaltensendpunktes in Zebrafischembryonen – das spontane Schwanzrollen.

Neuroaktive Chemikalien werden häufig in der Umwelt nachgewiesen. In ausreichend hohen Konzentrationen oder in Gemischen können sie neurotoxische Effekte und neurologische Erkrankungen bei Organismen und Menschen hervorrufen. Die schnelle Identifizierung solcher neuroaktiver Verbindungen in der Umwelt kann aber bei der Gefahrenabschätzung und Risikominderung helfen. Dabei werden Verhaltensänderungen als ein wichtiger Endpunkt genutzt, weil diese direkt oder indirekt mit einer neuroaktiven Wirkungsweise verbunden sein können. Der hier vorgestellte optimierte Test zum spontanen Schwanzrollen zusammen mit der automatisierten Analyse in KNIME (R) eröffnet gute Möglichkeiten zur Harmonisierung des Tests und zur Weiterentwicklung prospektiver und diagnostischer Tests.

Publikation:

Ogungbemi, Afolarin; Teixido, Elisabet; Massei, Riccardo; Scholz, Stefan; Kuester, Eberhard; NEUROTOXICOLOGY AND TERATOLOGY, Volume: 81, DOI: 10.1016/j.ntt.2020.106918

Optimization of the spontaneous tail coiling test for fast assessment of neurotoxic effects in the zebrafish embryo using an automated workflow in KNIME®

Januar 2021