Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ausgezeichnet: DNA-Barcoding zur Gewässergüteanalyse mit Kieselalgen

26.08.2015

Jonas Zimmermann erhält Horst Wiehe-Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft
Weil er das DNA-Barcoding als neue Methode für Gewässergüteanalysen mit Kieselalgen etablierte, erhält Dr. Jonas Zimmermann den diesjährigen Horst Wiehe-Förderpreis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG). In seiner Dissertation identifizierte Zimmermann diejenigen Abschnitte auf der Erbsubstanz, die sich als zuverlässige Marker für das DNA-Barcoding eignen, einer mit den Strichcodes auf Waren im Supermarkt vergleichbaren Erkennungsmethode. Die neue Methode wird in Zukunft Umweltanalysen erleichtern, die zur Überwachung von Gewässern in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) vorgeschrieben sind.

In seiner Arbeit entdeckte Jonas Zimmermann auch vier neue Arten von Kieselalgen in Berliner Gewässern, die der Wissenschaft bis dato völlig unbekannt waren. Da er gleichzeitig bestehende Referenz-Datenbanken verbesserte, profitieren nicht nur Umweltbiologen sondern auch alle Kieselalgenforscher von seiner Arbeit.


Die Kieselalge Caloneis amphisbaena identifizierte Jonas Zimmermann in der Lausitzer Neiße bei Ratzdorf. Rasterelektronische Aufnahme (Balkenlänge: links 20, rechts 30 Mikrometer)

Forschungsgruppe Diatomeen, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin, Freie Universität Berlin

Zimmermann, der inzwischen am Botanischen Garten und Botanischen Museum in Berlin (BGBM) arbeitet, erhält den mit 2.000 Euro dotierten Nachwuchspreis während der Botanikertagung am Montag, den 31. August 2015, in München aus den Händen von Prof. Dr. Karl-Josef Dietz, dem Präsidenten der DBG.

Kieselalgen sind sehr kleine Einzeller, die aufgrund ihrer Vermehrungsweise auch innerhalb einer Art nicht alle gleich aussehen. Ihre mikroskopische Bestimmung ist selbst für Experten schwierig. Kieselalgen eignen sich aber besonders gut, um die Qualität eines Gewässers und vor allem Qualitätsänderungen zu ermitteln, da sie in nahezu allen Gewässern vorkommen. So sind einzelne Arten an ganz spezielle Umwelteigenschaften angepasst.

Sie reagieren empfindlich auf Verschmutzung, Nährstoffeinträge sowie einen veränderten Säure- oder Salzgehalt. Daher wird seit dem Jahr 2000 in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie gefordert, Kieselalgen als Bioindikatoren für die Analyse der Gewässergüte heranzuziehen. Seitdem müssen alle EU-Staaten ihre Gewässer kontinuierlich überwachen und bei bedenklicher Verschlechterung der Wasserqualität Sanierungs- bzw. Renaturierungsmaßnahmen einleiten.

Die Methode des DNA-Barcoding eignet sich ausgezeichnet, um die Zugehörigkeit einzelner Individuen zu einer Art anhand ihrer einzigartigen DNA-Sequenz festzustellen. Dazu hat Zimmermann zunächst diejenigen Abschnitte der Erbsubstanz von Kieselalgen miteinander verglichen, die sich am besten für die eindeutige Identifizierung eignen. Sie mussten einerseits in allen Kieselalgen einer Wasserprobe vorhanden sein, sich aber andererseits von den Genen anderer im Wasser lebenden Algen und Organismen eindeutig unterscheiden.

Dazu testete er mehrere vielversprechende Abschnitte des aus hunderttausenden Basenpaaren bestehenden Erbmaterials und erkannte einen etwa 400 Bausteine langen aus dem Zellkern stammenden Abschnitt als besonders gut geeignet: Es handelt sich um den sogenannten 18S V4-Abschnitt, der auf dem für die Proteinkodierung relevanten ribosomalen Gen (RNA) liegt.

Außerdem eignet sich dieser Abschnitt sowohl für Proben, die schon lange kultiviert wurden und nur eine oder sehr wenige Arten enthalten, als auch für Umweltproben, in denen eine Vielzahl verschiedener Kieselalgen vorhanden sind. Mit der entwickelten Methode des DNA-Barcoding erhält die Umweltanalyse ein zuverlässiges und objektives Verfahren, um einzelne Kieselalgen dingfest zu machen.

Mit der neuen Methode konnte Zimmermann bis zu dreimal mehr Arten aufspüren, als mit lichtmikroskopischer Betrachtung allein. Um diese Gruppen anschließend auch bis zur Artebene zu bestimmen, werden die Barcoding-Sequenzen normalerweise über eine sog. BLAST-Recherche mit bereits in Datenbanken hinterlegten DNA-Abfolgen verglichen.

Da diese Analyse aber keine feinen Sequenzunterschiede aufspüren kann, verglich Zimmermann seine Ergebnisse auch mit weiteren Algorithmen, die in evolutionären Stammbäumen die Kieselalgen-Verwandtschaftsverhältnisse abbilden. Mit dieser phylogenetischen Herangehensweise entdeckte er vier bislang völlig unbekannte Kieselalgenarten in den seit vielen Jahrzehnten von Kieselalgenforschern untersuchten Berliner Gewässern.

Während seiner Arbeit stolperte Zimmermann immer wieder über Unklarheiten in bisherigen Datenbanken, die er − gleich der Arbeit mit einer Verdächtigenkartei − für die eindeutige Identifizierung von Kieselalgenarten heranziehen wollte. Von den geschätzt 100.000 Arten, die im Süßwasser leben, sind aber nur etwa 30.000 Arten bekannt und nur einen Bruchteil inklusive DNA-Sequenz in Datenbanken hinterlegt. Die Qualität der in den elektronischen Archiven hinterlegten Daten bestimmt, wie zuverlässig die Vielfalt mikroskopischer Organismen in der Natur korrekt beschrieben werden kann.

Daher entwickelte Zimmermann, dessen Dissertation von PD Dr. Birgit Gemeinholzer an der Justus-Liebig-Universität Gießen betreut und in Kooperation mit dem Botanischen Garten und Botanischen Museum Berlin und der Universität zu Köln durchgeführt wurde, gemeinsam mit Kollegen aus Europa neue Richtlinien, wie Proben in Zukunft hinterlegt werden sollen. Neben den üblichen Angaben zum Fundort und zu den Umweltparametern, wie pH-Wert und Leitfähigkeit des Gewässers, sowie den Sequenzfolgen schlägt Zimmermann vor, weitere Daten anzugeben.

Hierzu zählen die Kultivierungsbedingungen, DNA-Primersequenzen und Methoden, die für die Vermehrung der winzigen DNA-Mengen verwendet wurden, die Ergebnisse von Sanger-Sequenzierungen (den sog. Pherogrammen), die fotografische Dokumentation zur Bestimmung relevanter Mikrostrukturen, die eine Bestimmung mittels Mikroskopen ermöglichen, die Methoden, mit denen die Dauerpräparate angefertigt wurden, sowie die Anzahl der Replikate.

Außerdem sollen taxonomisch validierte Belegexemplare gemeinsam mit DNA-Material in anerkannten naturhistorischen Sammlungen hinterlegt werden. Von diesen verbesserten Datenbanken werden alle an Kieselalgen forschenden Biologen profitieren. „Diese Richtlinie erfüllt damit in ausgezeichneter Weise die Vorgaben zur guten wissenschaftlichen Praxis und zur Nachvollziehbarkeit von Ergebnissen“, freut sich der Präsident der DBG Dietz.

Derzeit widmet sich Zimmermann der Standardisierung neuer Barcoding-Methoden und findet es faszinierend, dass die aus der Umwelt, einem See oder Bach entnommenen Proben eine so große Fülle an Lebewesen enthält, die er mit bloßem Auge nicht erkennen kann. Dazu will er im Team mit anderen Taxonomen, Kieselalgenforschern und Bioinformatikern in Zukunft an Hochdurchsatz-Sequenzierplattformen arbeiten, „denn für eine Probe benötigt man regelmäßig bis zu 200.000 Sequenz-Abschnitte, um die Artenvielfalt vollständig erfassen zu können“, sagt Zimmermann. Die Weiterentwicklung der sog. Next-Generation-Sequencing-Verfahren und der bioinformatischen Werkzeuge wird seine Analysen deutlich erleichtern.

Pressebilder:
http://www.deutsche-botanische-gesellschaft.de/html/012Pressemitteilung-Horst-Wiehe-Preis-2015.html


Weitere Information gibt Ihnen gern:
Dr. Jonas Zimmermann, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin,
Freie Universität Berlin, Forschungsgruppe Diatomeen
Königin-Luise-Straße 6-8, 14195 Berlin
Tel: ++(0)30-83871835, E-Mail: J.Zimmermann@bgbm.org
Website: www.bgbm.org/de/personal/forschungsgruppe-diatomeen/jonas-zimmermann 

Titel der ausgezeichneten Dissertation
Jonas Zimmermann (2014) “Design and valuation of DNA-Barcoding high throughput methods for analyzing diatom diversity: a test case along a south-north gradient in Central Europe (Rivers Lusatian Neisse/Oder)”:
http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2015/11281/pdf/ZimmermannJonas-2015-01-1...

Hintergrund
Die Deutsche Botanische Gesellschaft e.V. (DBG) verleiht den Horst-Wiehe-Preis alle zwei Jahre für eine herausragende wissenschaftliche botanische Arbeit. Der Preis stammt aus der Stiftung von Horst Wiehe, der der DBG einen Betrag zur Förderung von Nachwuchswissenschaftlern stiftete. Die DBG vertritt die Pflanzenwissenschaften im deutschsprachigen Raum und fördert die wissenschaftliche Botanik auf nationaler und internationaler Ebene. Sie dient ausschließlich gemeinnützigen Zwecken. Die Hauptaufgaben sind die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und des Gedankenaustausches ihrer Mitglieder auf Meetings und Kongressen sowie die Veröffentlichung der Zeitschrift Plant Biology. Im Internet publiziert die DBG jüngste Trends aus der Botanik und über die Arbeitswelt der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Damit fördert die Gesellschaft, die zu den ältesten botanischen Gesellschaften zählt, auch die interdisziplinäre Arbeit ihrer etwa 850 Mitglieder.
  www.deutsche-botanische-gesellschaft.de

Eine Pressemitteilung von:
Deutsche Botanische Gesellschaft e.V.
www.deutsche-botanische-gesellschaft.de
Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin
Freie Universität Berlin, Königin-Luise-Str. 6-8, 14195 Berlin
  www.botanischer-garten-berlin.de

Pressekontakt:
Gesche Hohlstein, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin,
Freie Universität Berlin, Königin-Luise-Str. 6-8, 14195 Berlin
Tel. 030 / 838 50134, E-Mail: g.hohlstein@bgbm.org

Weitere Informationen:

http://www.deutsche-botanische-gesellschaft.de/html/012Pressemitteilung-Horst-Wi... - Pressebilder
http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2015/11281/pdf/ZimmermannJonas-2015-01-1... - ausgezeichnete Dissertation
http://www.bgbm.org/de/personal/forschungsgruppe-diatomeen/jonas-zimmermann - Jonas Zimmermann
http://www.deutsche-botanische-gesellschaft.de - Deutsche Botanische Gesellschaft

Gesche Hohlstein | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Botanik DNA-Barcoding DNA-Sequenz Kieselalgen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Über zwei Millionen für bessere Bordnetze
28.04.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Innovationspreis 2017 der Deutschen Hochschulmedizin e.V.
24.04.2017 | Deutsche Hochschulmedizin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie