4 Material und Umwelt
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Gegenstand des Projekts ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polystyrol und Polypropylen zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden, die es gestatten, Schnellprüfverfahren zu etablieren, die die Simulation der realen Beanspruchungen im Zeitraffermodell anwendbar machen. Somit sollen standardisierbare Schnellbeanspruchungs-verfahren erarbeitet werden, die als Prüfeinrichtungen etabliert werden und von externen Auftraggebern zur Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von neuen Materialien genutzt werden können. Die Umweltwirkungen (chemisch-physikalisch und mikrobiologisch) sollen so definiert eingesetzt werden, dass eine reproduzierbare Prüfung möglich wird. Aus diesen Verfahren und Methoden sollen Normen abgeleitet werden, die eine standardisierte Materialprüfung ermöglichen.
Mikroskopische Pilze, die sich schnell auf verfügbaren Oberflächen ausbreiten können und die wir (wenn sie sich ansammeln), auch mit bloßem Auge erkennen können, werden Schimmelpilze genannt. Da diese Organismen verschiedene organische Kohlenstoffverbindungen als Nahrung benutzen, werden sie sich bei wachstumfördernden Feuchtigkeitsbedingungen in Bibliothekbeständen schnell ausbreiten können. Im Vortrag werden Haupteigenschaften aller Pilze, sowie auch aktuelle Methoden der Identifizierung dieser Organismen erörtert.
Benutzung geeigneter Lebendkulturen als Referenzorganismen geben der Materialprüfung und -forschung eine Möglichkeit des reproduzierbaren Experimentierens mit verschiedenen Materialien und Simulation von Bedingungen im Gebrauch. Vorteile unserer Testverfahren sind: (i) Zeitraffung und Kontrollierbarkeit der Umweltparameter; (ii) Benutzung einer naturnahen Vergesellschaftung; iii) gezielte Variationen der Prüfbedingungen im Labor.
Ziel dieser Untersuchungen ist einerseits biogene Schäden an neuen Materialien zu verfolgen und zu modellieren, und damit eine bessere Planungsgrundlage für die Materialentwicklung anzubieten. Andererseits werden mit den Referenzorganismen mikrobiologisch moderne und zeitraffende Techniken angeboten, die neue Behandlungsmethoden oder Pflegeverfahren für die Bestandserhaltung erwarten lassen.
Subaerial biofilms (SAB) are an important factor in weathering, biofouling, and biodeterioration of bare rocks, building materials, and solar panel surfaces. The realm of SAB is continually widened by modern materials, and the settlers on these exposed solid surfaces always include melanized, stress-tolerant microcolonial ascomycetes. After their first discovery on desert rock surfaces, these melanized chaetothyrialean and dothidealean ascomycetes have been found on Mediterranean monuments after biocidal treatments, Antarctic rocks and solar panels. New man-made modifications of surfaces (e.g., treatment with biocides or photocatalytically active layers) accommodate the exceptional stress-tolerance of microcolonial fungi and thus further select for this well-protected ecological group. Melanized fungal strains were isolated from a microbial community that developed on highly photocatalytic roof tiles after a long-term environmental exposure in a maritime-influenced region in northwestern Germany. Four of the isolated strains are described here as a novel species, Constantinomyces oldenburgensis, based on multilocus ITS, LSU, RPB2 gene phylogeny. Their closest relative is a still-unnamed rock-inhabiting strain TRN431, here described as C. patonensis. Both species cluster in Capnodiales, among typical melanized microcolonial rock fungi from different stress habitats, including Antarctica. These novel strains flourish in hostile conditions of highly oxidizing material surfaces, and shall be used in reference procedures in material testing.
Recent studies have shown that host-microbiota interactions can lead to dramatic changes in host phenotype especially behaviour. We investigate the causal drivers of microbe-associated shifts in host phenotype by examining how feeding behaviour is modulated by a bacterial infection in an omnivorous cockroach: Blatta orientalis. We conducted food-choice experiments after challenging hosts with the common entomopathogenic soil bacterium Pseudomonas entomophila to understand the impact of bacterial pathogens on host macronutrient preference. We find that immune challenge by this bacterium drives a sharp decline in carbohydrate intake and results in a relative increase in the ratio of protein to carbohydrate consumed. Additionally, infected cockroaches reduce their overall nutrient intake. We show for the first time that cockroach feeding behaviour is dynamically modulated by a pathogen. In contrast to studies on Spodoptera moths, this modulation does not impact any of the immune parameters we measured: it does not affect the abundance of immune related proteins in the hemolymph, hemolymph antimicrobial activity, or survival. This leads to the possibility that as long-lived omnivorous species B. orientalis may be better adapted to unpredictable variation in food availability and quality. An illness-induced anorexia-like response which is thought to assist hosts in limiting nutritional resources available to pathogens is therefore the most likely cause of the observed phenotype. Reduction of carbohydrate intake by sick individuals would be consistent with such an explanation.
In another cockroach species Blatella germanica we also investigate whether in addition to pathogens, host microbiota especially gut commensals are causally responsible for shifts in host behavioural phenotype and immune competence. To address this, we conduct food-choice and immunechallenge experiments in germ-free cockroaches and naïve cockroaches.