4 Material und Umwelt
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Gemeiner Nagekäfer und Kleidermotte sind unerwünscht im Museum. Kulturgüter mit Anteilen von Holz, Federn, Wolle, Haare, etc. wie ethnologische oder naturkundliche Sammlungsstücke, aber auch Bilderahmen oder Freilichtmuseen werden von ihnen gerne besucht. Dabei sind es die Jugendstadien (Larven) dieser Insekten, die sich von ungeschützten Exponaten oder Depotstücken, die diese natürlichen Materialien enthalten, ernähren. Die Entwicklung der Larven findet verborgen im Inneren der Materialien statt. Die geflügelten erwachsenen Formen, die sich im freien Raum bewegen, sich fortpflanzen und den Neubefall herbeiführen, treten saisonal sehr begrenzt auf. Eine frühzeitige Detektion der Schädlinge, als erwachsenes Insekt oder als Larve, ist dadurch erschwert. Es gilt folglich deren Präsenz und erste Anzeichen eines Befalls zuverlässig und vor allem frühzeitig feststellen zu können, um geeignete Maßnahmen zum Schutz des Kulturgutes einzuleiten.
Neben dem Wissen um die Materialeigenschaften des Kulturgutes sind umfängliche Kenntnis über die Biologie der Schädlinge, zu ihren grundsätzlichen Lebensansprüchen und insbesondere zum Verhalten, das zum Neubefall führt, wichtig. Die Larvenstadien von Holz- und Textilschädlingen zeichnen sich durch hohe Toleranzen gegenüber extremen Temperaturen und Luftfeuchten aus. Für sie ungünstige Bedingungen können sie sehr lange in Ruhephasen überdauern. Nicht erkannter, versteckter Befall von Materialien sind häufige Infektionsquellen für Neubefall von Sammlungen. Verborgene natürliche Befallsquellen im eigenen Museumssystem spielen bei Neubefall von Exponaten eine größere Rolle als der Zuflug von Schadinsekten aus Reservoiren von außen.
Der Vortrag stellt beispielhaft Lebenszyklen relevanter Schädlingsarten vor und zeigt Möglichkeiten gezielter Interventionen auf, die in ein IPM Konzept einfließen können. Dies umfasst vorbeugende Maßnahmen wie geeignetes Klima in Ausstellungs- und Lagerräumen, das sogenannte Monitorring sowie eine konsequente Quarantäne bis hin zu physikalischen, biologischen oder chemischen Bekämpfungsmaßnahmen.
Microbiologically influenced corrosion (MIC) is an expensive but unpredictable problem for the industries. The most well-known culprit for MIC is the sulfate-reducing microorganisms (SRM), such as members from the genus Desulfovibrio. It has been widely accepted that SRM can contribute significantly to MIC through the production of hydrogen sulfide (HS-) or in some cases a direct electron uptake from the metal surface. However, in a real environmental system, SRM is not exclusive and often involved with other microorganisms that may also contribute to MIC, such as methanogens.
Methanogenic archaea can produce methane (CH4) using H2+CO2, formate, methylated amines or acetate. Methanogens are highly abundant in the environment and many are found in very extreme conditions, such as high temperature and high salinity. Previous researches have demonstrated that methanogens are capable of MIC, though the specific mechanisms are still under investigation. In the oil and gas industry, methanogens are not considered as the main contributor for MIC since the corrosion rates are often too low. However, the tests for methanogen-induced MIC are usually performed at static conditions, which cannot represent the system accurately. Here, we developed a novel anaerobic system to evaluate the corrosion potential of methanogens under flow conditions. We will use the Methanococcus maripaludis KA1 strain, which was isolated from a crude oil tank, as the organism of interest. A separate system for Desulfovibrio alaskensis will be established for corrosion rate comparisons. Furthermore, we will study the synergistic effects of M. maripaludis and D. alaskensis on MIC under flow.
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.
A presentation held for the seminar "Ausgewählte analytische Methoden der Physik" hosted by Prof. Birgit Kanngießer at TU Berlin. The first part focus on depth-dependent XPS-measurements (XPS, synchrotron HAXPES) to obtain a concentration profile of iodine in an artificial biofilm. In the second part, NAP-XPS measurements of various bacterial samples are presented.
The XPS information depth of approximately 10 nm is in the same size range as the outer membrane of the gram-negative bacteria, which makes XPS a suitable tool for determining the elemental composition of the bacterial surface and monitor changes caused by outer stress like dehydration or exposure to antimicrobials. However, bacteria are inherently in a hydrated state, and therefore only compatible to ultra-high vacuum after extensive sample preparation, which may degrade the sample constituents. This issue is addressed by the development of near-ambient pressure (NAP)-XPS, which enables bacteria and biofilms to be characterised in their native wet state. Artificial biofilms, bacteria and biofilms of Escherichia coli have been characterised with the laboratory NAP-XPS instrument EnviroESCA from SPECS GmbH, at pressures ranging from high vacuum to 12 mbar, and in both humid and dry environment. By studying biological samples in their native wet state, new insight about composition and transport of drugs through cell membranes and the extracellular polymeric substance (EPS) of biofilms can be obtained. In this contribution, the latest progress on biofilm characterisation by NAP-XPS will be presented, and measurement capabilities and limitations will be discussed.
A fundamental question in ecology is how biodiversity affects ecosystem function. Biodiversity is commonly estimated based on genetic variation. We investigated a new approach that defines and measures biodiversity in complex microbial communities. We used the variation in multiple functionally-relevant, phenotypic traits measured in parallel in single cells as a metric for microbial phenotypic diversity. We studied phenotypic diversity and ecosystem functioning throughout different photosynthetic layers dominated by divergent microbial communities in the gradient of Lago di Cadagno. We determined genetic diversity by 16S and 18S amplicon sequencing and bulk ecosystem functioning (photosynthesis). In addition, we determined phenotypic diversity using single-cell technologies such as nanometer-scale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) correlated with confocal laser scanning microscopy (CLSM) and scanning flow-cytometry. We measured functional trait variation between individuals in 13CO2 fixation, 15NH4+ uptake, and variation in physio-morphological cell traits, such as cell size, shape, and auto-fluorescence for various pigments related to photosynthesis. We used the distances between individuals in a multidimensional trait space to derive phenotypic trait-based diversity indices, such as trait richness, trait evenness, and trait divergence. We find that phenotypic trait divergence associates with ecosystem functioning, whereas genetic diversity does not. Including activity-based, single-cell phenotypic measurements with NanoSIMS provided an additional accuracy to the trait-based diversity assessment and allowed us to formulate hypotheses on the mechanisms that shape the correlation between phenotypic diversity and eco-system function. Together, our results show that phenotypic diversity is a meaningful concept to measure microbial biodiversity and associate it with ecosystem functioning.
Selection of resistance in bacteria grown on antimicrobial surfaces in a multidrug environment
(2018)
Bacterial biofilms are regarded as the most common cause of chronic infections and are often associated with medical devices, such as implants and catheters. Bacteria growing in biofilms produce a protective, extracellular matrix, which enables them to tolerate much higher antimicrobial concentrations than free-living bacteria and survive long enough to acquire antimicrobial resistance. Preventive and therapeutic strategies against biofilm infections in clinical settings commonly involve the application of multiple antimicrobials: antimicrobial coatings on the biomaterials and systemically administered antibiotics. This frequent practice harbors the risk of the development of cross-resistance via shared resistance mechanisms between antimicrobials used in material coatings and administered antibiotics.
Our goal is to determine how population dynamics within biofilms affect the transmission of resistance mutations. Specifically, we want to identify antimicrobial-antibiotic-combinations that select for and against antibiotic resistance in biofilms by following the population dynamics of resistant and susceptible strains in competition assays. Gaining a better understanding about resistance development and spread in persistent biofilm infections will enable us to provide clinical recommendations for improved administration of antibiotics/antimicrobials in combination with medical device materials to mitigate against biofilm associated antimicrobial resistance.
Here, we will discuss our first findings on the effects of combinations of the carbapenem drug meropenem and various antimicrobials.
Normgerechte Ausführung resultiert in Qualität, aber sie ist nicht allein ein Garant auch für hohe Qualität. Hierfür sind begleitend immer auch nachgeordnete Richtlinien wie z. B. spezifische Gütekriterien zu erfüllen. Der Vortrag erklärt die Normungsarbeit auf nationaler und internationaler Ebene und schildert die Stärken aber auch die Schwächen bei der Erstellung von Normen. Dabei ist die Konsensbildung zwischen unterschiedlichen interessierten Kreisen mit deren Partikularinteressen oftmals ein Hindernis, das aber über Zusatzvereinbarungen und der Norm nachgeordneten Regeln überwunden werden kann.