Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln

Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln)

Allgemein

Das Interuniversitäre Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) ist eines der 15 Departments der Universität für Bodenkultur Wien mit 5 Instituten: Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion, Institut für Naturstofftechnik, Analytikzentrum, Institut für Umweltbiotechnologie und Institut für Biotechnologie in der Tierproduktion.

Geschichte

Das Interuniversitäre Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) wurde 1994 unter der Beteiligung der Universität für Bodenkultur Wien, der Technischen Universität Wien und der Veterinärmedizinischen Universität Wien gegründet. Ziel war es die räumliche Umgebung für eine enge interdisziplinäre Verflechtung der Agrarbiotechnologieforschung zu schaffen. Mit den Planungen wurde 1989 begonnen, die Eröffnung des Forschungszentrums fand am 22. September 1994 statt. Nach dem Inkrafttreten des Universitätsgesetzes von 2002 (UG 2002) wurde die Universität für Bodenkultur Wien mit der Leitung des gesamten Forschungszentrums, welches weiterhin von den 3 Universitäten betrieben wird, beauftragt. Die 5 Institute des Forschungsinstituts wurden der Universität für Bodenkultur Wien als eigenes Department mit dem Namen „Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln)“ eingegliedert.

Organisation und Struktur

Das Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) ist eines der 15 Departments der Universität für Bodenkultur Wien mit 5 Instituten: Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion, Institut für Naturstofftechnik, Analytikzentrum, Institut für Umweltbiotechnologie und Institut für Biotechnologie in der Tierproduktion. Aufgrund seiner Geschichte ist das Department in den Bereichen Finanzbuchhaltung, Haustechnik, EDV und des Einkaufs weitgehend eigenständig. Um die Interessen der 3 beteiligten Universitäten (Universität für Bodenkultur Wien, Technischen Universität Wien und Veterinärmedizinische Universität Wien) zu wahren gibt es einen Aufsichtsrat, den sogenannten „IFA Tulln Beirat“. Der Beirat, dem Mitglieder der drei genannten Universitäten und des Landes Niederösterreich angehören, tagt einmal im Quartal. Ein weiteres Sondermerkmal des Departments im Vergleich zu anderen Departments sind Personalstellen welche für die kaufmännische Leitung sowie für die Forschungskoordination zuständig sind.

Standort

Das Department für Agrarbiotechnologie Tulln (IFA Tulln) befindet sich in Tulln an der Donau am Campus Tulln zwischen dem Universitäts- und Forschungszentrum Tulln (UFT) sowie dem Gebäude der Fachhochschule Wiener Neustadt-Standort Tulln für Biotechnische Verfahren. Die niederösterreichische Wirtschaftsagentur GmbH (Ecoplus) gründete 2006 das Technopol Tulln, in welchem neben dem Campus Tulln die die Technopark Tulln GmbH, das Technologiezentrum Tulln GmbH, die AGRANA Zuckerforschung Tulln und die Stadt Tulln zusammengefasst werden.

Die Institute am Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln)

Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion

Institut für Naturstofftechnik

Analytikzentrum

Institut für Umweltbiotechnologie

Institut für Biotechnologie in der Tierproduktion

Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion

Das Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion ist in der Grundlagen- und angewandten Forschung an Kulturpflanzen mit Schwerpunkt Pflanzenzüchtung, Pflanzengenetik, Phytopathologie und Resistenzzüchtung tätig. Aufbauend auf die klassische feldbasierte Züchtungsforschung werden in zunehmendem Ausmaß Methoden der strukturellen und funktionellen Genomik angewandt. Die Entwicklung biotechnologischer Tools, wie molekularer Marker für die Selektion und für die genetische Analyse, Untersuchungen der Genexpression und Genomstruktur bilden den Kernbereich der Arbeit. Das Institut sieht seine Rolle auch als Vermittler zwischen der Life-Science Forschung und der Anwendung von neuen biotechnologischen Techniken in der praktischen Pflanzenzüchtung. Basis der Züchtungsforschung an Kulturpflanzen ist ein gut funktionierendes Feldversuchswesen, sowie eine zeitgemäße und zuverlässige Glashaus- und Klimakammern-Infrastruktur. Ein besonderer Schwerpunkt des Institutes ist die Resistenzforschung bei Getreide, Mais und Ölkürbis.

Institut für Naturstofftechnik

Die Kernkompetenzen des Instituts für Naturstofftechnik liegen im Spritzguss und in der Extrusion von Naturstoffen. Beginnend bei der Rohstoffanalyse und -aufbereitung über die Verarbeitung an Technikumsanlagen bis hin zur Werkstoffprüfung erfolgen alle Arbeiten am Institut. Ausgangsprodukte der Entwicklungen sind Biopolymere wie Stärke, Proteine und pflanzliche Faserstoffe sowie Nebenprodukte der Lebensmittel- und Holzindustrie. Unser Forschungsschwerpunkt liegt in der Nutzbarmachung nachwachsender Rohstoffe sowie industrieller Nebenprodukte für den Spritzguss und die Profilextrusion. Beginnend bei der Rohstoffanalyse und -aufbereitung über die Verarbeitung an Technikumsanlagen bis hin zur Werkstoffprüfung erfolgen alle Arbeiten am Institut.

Analytikzentrum

Aufgrund der drei Arbeitsbereiche des Analytikzentrums – Mykotoxinanalytik, Wasseranalytik und Biochemische Analytik- sind die Ziele und Aktivitäten der Abteilung sehr vielschichtig. Neben der ständigen Entwicklung und Validierung von modernen Analysenmethoden – v.a. im Bereich der Umwelt- und Toxinanalytik sowie zur Sicherung der Qualität von Lebens- und Futtermitteln – ist auch die Herstellung von Referenzmaterialien ein wichtiger Themenschwerpunkt. Besonders hervorzuheben ist, dass die Vergleichbarkeit der am Analytikzentrum erhaltenen Analysenergebnisse laufend durch sekundäre Maßnahmen wie z.B. die erfolgreiche Teilnahme an internationalen Ringversuchen, abgesichert wird. Die Abteilung ist jedoch nicht nur Teilnehmer sondern auch ständiger Veranstalter von Ringversuchen, sowie eines Kontrollprobensystems für die Wasseranalytik. Sowohl als Projektpartner als auch als Anbieter von Routineanalysen wird stets eine enge Zusammenarbeit mit den anderen Abteilungen des IFA Tulln angestrebt und auch realisiert. Dies gilt auch für die zahlreichen nationalen und internationalen Partner, mit denen das Analytikzentrum, v.a. im Rahmen von EU-Programmen kooperiert (z.B. SM&T, Quality of Life, GROWTH). In diesem Zusammenhang soll auch der enge Kontakt der Abteilung mit der Stammuniversität, der Technischen Universität Wien (Institut für Analytische Chemie) hervorgehoben werden, durch den das Potential des Analytikzentrums ganz erheblich vergrößert wird.

Institut für Umweltbiotechnologie

Die Abteilung Umweltbiotechnologie befasst sich mit der Entwicklung und dem praktischen Einsatz umweltbiotechnologischer Verfahren. Der Begriff "Umweltbiotechnologie" wird den gegenwärtigen ökonomischen Erfordernissen entsprechend weit interpretiert. Einerseits werden Nachsorgeverfahren für die Sanierung schadstoffbelasteter Gewässer oder Böden entwickelt bzw. optimiert, andererseits neue Verfahren zur Vermeidung von Umweltbelastungen bzw. zur Verwertung von Abfällen oder Nebenprodukten entwickelt. Die bearbeiteten Themen decken ein breites Fachgebiet umfassend ab: Wasser- und Bodenreinigung, Vermeidung, Behandlung und Verwertung organischer Abfälle, Ökotoxikologie, Risikobewertung und Monitoring Projekte, Entwicklung Mycotoxin-entgiftender Futtermittelzusätze, Entwicklung von Silage-Starterkulturen, Verwertung erneuerbarer Rohmaterialien zur biotechnologischen Produktion von Milchsäure und Ethanol.

Die Forschung und Entwicklung umfasst auch hinsichtlich ihrer Orientierung sowohl Grundlagenstudien als auch Laborversuche bis hin zu Technikums- und Feldversuchen die gesamte mögliche Bandbreite. Als wesentliche Förderer sind die EU, nationale und lokale Behörden sowie in erheblichem Umfang die Österreichische Industrie zu nennen.

Arbeitsgruppen am Institut für Umweltbiotechnologie:

Das Institut für Umweltbiotechnologie ist organisatorisch in sieben Arbeitsgruppen gegliedert:

Altlastenmanagement (Bodensanierung und Risikobewertung)

Biogas (Anaerobe Verwertung)

Fermentation & Biotechnikum (Bioraffinerie)

Futtermittelzusätze

Mikrobiologie (Mikrobielle Untersuchungsmethoden)

Ökotoxikologie und Biotests

Wasser- und Abwasseraufbereitung

Arbeitsgruppe Altlastenmanagement (Bodensanierung und Risikobewertung)

Dieser Fachbereich umfasst Grundlagen- und angewandte Forschung zum Auftreten und Verhalten von organischen Chemikalien in der Umwelt, die Bewertung der daraus resultierenden Gefährdung sowie Möglichkeiten zur Eindämmung des Risikos bzw. zur Sanierung von Schadensfällen. Dazu werden innovative Analysemethoden sowohl physikalisch-chemischer als auch biologischer Art entwickelt.

In weiterer Folge werden im Labor potentielle Limitierungen des mikrobiellen Schadstoffabbaus untersucht und an Hand der Ergebnisse Produkte und Methoden erarbeitet, die eine großtechnische Anwendung und einen effizienten Betrieb von Sanierungsverfahren ermöglichen. Die derzeitigen Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Bodenmatrix und organischen Schadstoffen. Die daraus resultierende Veränderung der Schadstoffverfügbarkeit und in weiterer Folge der Toxizität kontaminierter Böden, hat entscheidende Konsequenzen für Risk Assessment und Risk Management Aktivitäten. Weiters werden in-situ und on-site Sanierungstechniken mit dem Ziel, eine leistungsfähige, kostengünstige und zeitsparende Sanierungsstrategie anzubieten, entwickelt. Dazu soll das Abbaupotential von Mikroorganismen verbessert werden und eine effiziente Anwendung durch physikalisch-chemische Maßnahmen unterstützt werden. Weiterführende Information unter: http://www.saveoursoils.at

Arbeitsgruppe Anaerobe Verwertung (Biogas Forschungs- und Beratungsgruppe)

Die Biogasgruppe beschäftigt sich mit der anaeroben Verwertung von Nachwachsenden Rohstoffen, Abfallstoffen und Abwässern. Durch die langjährige Erfahrung und die Vielzahl an nationalen und internationalen Projekten konnte ein umfassendes Know How aufgebaut werden, welches die Arbeitsgruppe zu einer der wichtigsten wissenschaftlichen Ansprechstellen in diesem Themenkomplex werden ließ.

Forschung: Wie aus den aktuellen Forschungsprojekten hervorgeht ist die Arbeitsgruppe in allen Bereichen des Themenfeldes Biogastechnologie tätig. Von Vermarktungskonzepten von Biomasse über die Vorbehandlung der Substrate zur Steigerung der Methanausbeute, Optimierung der Anlagentechnik, Verfügbarmachung neuer Substratgruppen, der Charakterisierung der am Prozess beteiligten Mikroorganismen bis hin zur Aufbereitung und Verwertung der Gärrestproduktes. Ziel soll es sein, die Erkenntnisse von Forschungsprojekte in den realen Betrieb von Biogasanlagen zu integrieren, um die Effizienz und Nachhaltigkeit der Technologie zu steigern.

Beratung:Einen weiteren Schwerpunkt stellt die beratende Tätigkeit in diesem Themenbereich dar. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Analytik und die biologische Przesskontrolle geworfen.

Das Zusammenspiel aus technischen Größen eines Fermenters und die Wechselwirkungen der chemischen, physikalischen und biologischen Faktoren des anaeroben Abbaus bestimmen die Stabilität des mikrobiologischen Prozesses. Die Beurteilung des Prozesszustands erfolgt durch Analyse der Parameter unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten.

Weiterführende Information unter: http://www.codigestion.com

Arbeitsgruppe Fermentation und mikrobielle Additive

Ein Aspekt der Umweltbiotechnologie ist die Vermeidung von Umweltschäden und die Nutzung nachhaltiger Technologien. In diesem Sinne beschäftigt sich diese Arbeitsgruppe mit der Entwicklung von Alternativen zum Einsatz fossiler Ressourcen zur Produktion von Chemikalien und Energie und der Entwicklung von mikrobiellen Additiven als Ersatz für potentiell gefährliche Agrochemikalien.

Ziel ist die Entwicklung mikrobiologischer Prozesse vom Labormaßstab bis zur kommerziellen Anwendung. Zu diesem Zweck steht am Institut ein nach dem Stand der Technik ausgerüstetes Biotechnikum zur Verfügung.

Folgende Aktivitäten werden in der Arbeitsgruppe Fermentation und mikrobielle Additive durchgeführt: Prozessentwicklung und Scale-up, Chemikalien und Energie aus Biomasse, Mikrobielle Additive und Produktformulierung Die Entwicklung von Prozessen umfasst Isolierung, Screening, Identifizierung und Kultivierung von Mikroorganismen und geht bis zur Produktion im Pilotmaßstab und der anwendungsgerechten Formulierung. Anwendungsbereiche sind z.B. Mikroorganismen für die Futtermittelindustrie, wo bereits Produkte bis zur Marktreife entwickelt werden konnten. Weiterführende Information unter: http://www.ferms-and-more.at/de

Arbeitsgruppe Futtermittelzusätze

Die Forschungstätigkeiten der Arbeitsgruppe „Futtermittelzusätze“ erfolgen in enger Kooperation mit der Firma Biomin GmbH (http://www.biomin.at). Die hier durchgeführten Projekte sind thematisch dem Bereich der Tierernährung zuzuordnen, wobei der grundlegend-„philosophische“ Ansatz in der Entwicklung von natürlichen, innovativen Strategien und Konzepten als nachhaltige Alternativen zu bestehenden Verfahrensweisen in der Tierernährung zu sehen ist. In diesem Zusammenhang liegt ein Schwerpunkt in der Forschung, Entwicklung und der praktischen Anwendung von probiotischen Futtermitteladditiven in der Tierproduktion. Durch den Einsatz von natürlich, im Darm der Tiere vorkommenden Bakterienstämmen soll der Gesundheitsstatus von Masttieren auf natürliche Art stabilisiert und vor Krankheitserregern wie z.B. Salmonella geschützt werden. Gleichzeitig soll – insbesondere nach dem mit 1.Jänner 2006 in Kraft getretenen Verbot von antibiotischen Leistungsförderern in der Europäischen Union - dem Missbrauch von Antibiotika in der Fleischproduktion (durch ein Anstieg an therapeutischen Antibiotika) entgegengewirkt werden.

Besonderes Augenmerk wird auf Mehrkomponentenadditive gelegt, die aufgrund ihrer komplexen, aber genau definierten mikrobiologischen Zusammensetzung zusätzliche positive Effekte hinsichtlich ihrer Wirksamkeit erzielen können. Die Forschung wird durch ein breites Spektrum an mikro- und molekularbiologischen Methoden unterstützt, um einerseits die Mikroorganismen aus dem Verdauungstrakt der Tiere zu charakterisieren und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Sicherheit zu studieren, und um andererseits, die mit der Verabreichung von Futtermittelzusätzen erzielbaren Veränderungen in der Darmflora aufzeigen zu können.

Ein weiteres Fundament stellt die vor vielen Jahren aufgebaute, langjährige Kooperation mit Biomin im Bereich der Mycotoxin-Forschung dar.

Arbeitsgruppe Mikrobielle Untersuchungsmethoden

Die Projekte dieser Arbeitsgruppe reichen von konventionellen mikrobiellen Analysen über die Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit synthetischer Materialien und Biopolymere bis hin zur Anwendung von Biotests zum Nachweis ökotoxischer Effekte in aquatischen und terrestrischen Ökosystemen. Zusätzlich werden aus Umweltproben mikrobielle Gemeinschaftsstrukturen mittels molekularbiologischen Methoden analysiert. Als neuestes Arbeitsgebiet wurde 2003 mit der Forschung zu allelopathischen Wechselwirkungen (chemische Interaktionen zwischen Pflanzen und anderen Organismen) begonnen.

Die Arbeitsgruppe wird sich künftig auf das Auftreten ökotoxischer Effekte in Abfällen und abbaubaren Materialien, auf die Untersuchung allelopathischer Effekte im Hinblick auf eine praktische Anwendung in der Landwirtschaft und auf die molekularbiologische Analyse mikrobieller Gemeinschaftsstrukturen in den genannten Themenbereichen konzentrieren.

Arbeitsgruppe Wasser- und Abwasseraufbereitung

Die Gruppe Wasser- und Abwasseraufbereitung beschäftigt sich mit der Entwicklung von neuartigen und optimierten Verfahrensweisen und Prozessen im Bereich Wasser- und Abwasseraufbereitung. Die Arbeitsgruppe steht unter der Leitung von a.o. Univ. Prof. DI Dr. Werner Fuchs. Bei den in der Arbeitsgruppe durchgeführten Projekten handelt es sich fast durchwegs um Industriekooperationen, zumeist mit Unterstützung durch nationale und europäische Fördermittel. Kennzeichnend für die Aktivitäten ist auch die internationale Ausrichtung. Projekte wurden und werden nicht nur mit Partnern im EU-Raum, sondern unter anderem auch mit China, Lateinamerika und Nordafrika durchgeführt.

Neben der Verfahrensentwicklung in Zusammenarbeit mit Anlagenbauunternehmen wird auch Hilfestellung bei der Lösung von aktuellen Problemen im Wasserversorgungs- und Abwasserbehandlungsbereich geboten.

Außer der Möglichkeit für umfangreiche Laboruntersuchungen stehen Prozessentwicklung und –optimierung im halbtechnischen und Pilotmaßstab im Vordergrund. Einen Themenschwerpunkt bilden Membrantrennverfahren. Weitere Arbeitsbereiche sind Steuerung und Überwachung von Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen, Recycling- und Einsparungskonzepte zum schonenden und kostensparenden Einsatz von Wasser in industriellen Betrieben.

Institut für Biotechnologie in der Tierproduktion

Prinzipielle Aufgabenstellung der Abteilung ist die Zucht gesunder und fruchtbarer Tiere mit sinnvollen Produktionsleistungen, wobei die Ergebnisse molekular- und zellbiologischer Grundlagenforschung direkt mittels moderner reproduktionstechnischer Methoden in die Zuchtpraxis umgesetzt werden.

Reproduktionstechniken in landwirtschaftlichen Nutztieren

Moderne Reproduktionstechniken in der Rinderproduktion und Embryotransfer und in vitro Produktion von Embryonen Der Einsatz moderner Reproduktionstechnologien in der Rinderzucht ermöglicht durch die Produktion von Embryonen die effektive Nutzung genetisch hochwertiger Tiere. Die Produktion von Embryonen gelingt vom lebenden Tier mittels hormoneller Superovulation, Besamung und Spülung der Embryonen aus der Gebärmutter (Embryotransfer). dann im Labor befruchtet werden und sich zu Embryonen entwickeln (IVP = in vitro Produktion von Embryonen). Mittels der IVP können auch von geschlachteten Tieren, deren Eierstöcke binnen kurzer Zeit im Labor eintreffen, Embryonen produziert werden. Die so erhaltenen Embryonen können direkt auf Empfängertiere übertragen werden oder zu Lagerungs-, Transport- bzw. Verkaufszwecken tiefgefroren werden.

Genomkonservierung mittels Tiefgefrierung von Gameten und Embryonen

Um wertvolle transgene Mäusezuchten gegen Verlust durch technische Störfälle (Klimasteuerung, Wassereinbruch) oder Pathogene (Infektionen durch Viren oder Bakterien) zu schützen, ist es unbedingt ratsam, das genetische Material zu sichern.

Dieses erreichen wir, indem Embryonen im Morula-Stadium aus hormonell stimulierten Mäusen jedes bei uns vorhandenen transgenen Stammes und jeder einzelnen Linie gewonnen und gemäss einem schnellen Einfrierverfahren ("Vitrifikation", Nowshari und Brem, 1993, Theriogenology) kryokonserviert werden. Mit dieser Methode ist es ebenso möglich, andere embryonale Entwicklungsstadien von der Zygote bis zur Blastozyste und auch unbefruchtete Eizellen zu konservieren. Auf der männlichen Seite können als Gameten die Spermatozoen kryokonserviert werden (Nakagata et al., 1997, Biol. Reprod.). Die Lagerung erfolgt in Flüssigstickstoff für unbegrenzte Zeit. Nach einem Auftauen erfolgt eine Ausverdünnung des Gefrierschutzmittels und die Embryonen können dann im Brutschrank bis zum Blastozysten-Stadium kulltiviert oder direkt in scheinträchtige Empfänger übertragen werden. Die Gameten können nach dem Auftauen für In vitro-Befruchtungen (IVF) genutzt und die daraus entstehenden IVF-Embryonen in Empfänger übertragen werden.

Die Anzahl der zu konservierenden Embryonen hängt vom Genotyp der Eltern (homozygot oder heterozygot) und von deren genetischem Hintergrund (Auszucht oder Inzucht) ab. Bei uns werden üblicherweise 150 bis 300 Embryonen jeder einzelnen transgenen Linie und jedes genetischen Hintergrundes kryokonserviert.

Als weitere Techniken zur Konservierung wertvollen genetischen Materials wird die Kryokonservierung von Keimgewebe (Ovar und Hoden) zur späteren Transplantation auf immunsupprimierte Empfänger und die Konservierung von genetisch veränderten Zelllinien zur Klonierung von Mäusen etabliert.

Hochwertige rekombinante Proteine aus tierischer Produktion "Gene farming" in Kaninchen

Die Produktionsform "Gene farming" ermöglicht die Herstellung großer Mengen von Transgenprodukten (z.B. "Nutriceuticals" oder "Pharmaceuticals"), die nicht in entsprechender Reinheit und Menge aus natürlichen Rohstoffen gewonnen oder in anderen Bioreaktoren erzeugt werden können. Die Milchdrüse landwirtschaftlicher Nutztiere eignet sich besonders gut für die Produktion rekombinanter Proteine, die einfach durch Melken der transgenen Tiere geerntet werden können. Milch ist ein Sekret, das während der Laktationsperiode kontinuierlich über mehrere Wochen produziert wird.

Wir haben eine Melkmaschine für Kaninchen entwickelt, die ein sanftes Melken der Zibbe ermöglicht. Das System imitiert den natürlichen Saugakt der Jungen. Während die Zibbe entspannt auf einem Textilnetz ruht, werden die Melkbecher mit dem pulsierenden Saugvakuum an die Zitzen angelegt. Nach 5 bis 10 Minuten ist die Milchdrüse leer und die Melkbecher werden entfernt. Obwohl Kaninchen nie auf Milchmenge selektiert wurden, kann man an einem Tag bis zu 1/4 Liter Milch von einer 5 kg schweren Zibbe erhalten.

  Additive und homologe Genrekombination Homologe Rekombination in embryonalen Stammzellen

Zytokin- vermittelte Signalübertragung: Jak2- und Tyk2-defiziente Mausmodelle

Mittels homologer Rekombination wurden in embryonalen Stamm- (ES) Zellen Mäuse erstellt, die gezielt eine Defizienz (Knockout, KO) in einem Mitglied der Janus (Jak) Tyrosinkinasen aufweisen. Jak-/- Mäuse sind ein wichtiges Instrument, um die Wirkungen verschiedenster Zytokine und Wachstumsfaktoren in vivo untersuchen zu können. Es wurden Jak2-/- und Tyk2-/- Mäuse bearbeitet. Die Jak2-defizienten Mäuse wurden unter der Federführung von Prof. Pfeffer (TU München) erstellt und in Kollaboration analysiert. Die Tyk2-/- Mäuse entstanden unter der Federführung der an der Abt. Biotechnologie in der Tierproduktion des IFA Tulln und am Institut für Tierzucht und Genetik der Veterinärmedizinischen Universität Wien beschäftigten Wissenschaftler.

Die Jak-Proteine (Janus Kinasen) sind eine Familie von Rezeptor-assozierten Protein-Tyrosin-Kinasen, die beim Säuger 4 Mitglieder aufweist - Jak1, Jak2, Jak3 und Tyk2. Jaks binden an intrazelluläre Domänen von Zytokin- und Wachstumsfaktor-Rezeptoren. Nach Rezeptor-Ligand-Bindung werden sie aktiviert und regulieren die intrazelluläre Weiterleitung der Signale. Dabei spielen die Stat- (signal transducer and activator of transcription) Proteine als positive Regulatoren eine wichtige Rolle. Stats werden vornehmlich von Jaks an den Rezeptorkomplexen aktiviert, bilden Homo- oder Heterodimere, translozieren in den Zellkern und aktivieren als Transkriptionsfaktoren spezifische Gene. Als negative Regulatoren wurden die Familie der SOCS Proteine (suppressor of cytokine signalling, auch CIS, SSI, JAB) identifiziert, die direkt die katalytische Aktivität der Jaks inhibieren oder über andere Mechanismen die Stat-Aktivierung verhindern. Dieser intrazelluläre Signalübertragungsweg wurde auf Grund der hauptsächlich beteiligten Proteinfamilien Jak-Stat-Signalweg benannt. Die zellspezifische Wirkung der Zytokine wird durch die spezifische Zusammensetzung der Rezeptorkomplexe gesteuert. Neben den Jak/Stat/SOCS Proteinen sind bei der zytokin- und wachstumsfaktor-vermittelten Antwort weitere zell- und entwicklungsspezifische Signalmoleküle und -kaskaden beteiligt.

Die Funktion der Jaks wurde intensiv in verschiedenen in vitro Systemen untersucht. Diese Daten konnten nun durch die in vivo Untersuchung von Jak-defizienten (Jak-KO) Mäusen vervollständigt werden. Die gezielte Inaktivierung von Jak2 führt zu embyronaler Lethalität der homozygoten KO-Mäuse. Jak2-/- Embyronen sind anämisch und sterben am Tag 12.5 der Embryonalentwicklung. In Abwesenheit der über Jak2 vermittelten Signalwege ist die Bildung der roten Blutkörperchen in der fetalen Leber komplett gestört. Dies ist v.a. durch die Notwendigkeit von Jak2 in der Signalweiterleitung von Erythropoietin (EPO), Interleukin (IL) -3 und Granulozyt-Makrophagen-Colonie-Stimulierenden Faktor (GM-CSF) erklärbar.

Die Untersuchungen an Tyk2-/- Mäusen habent gezeigt, dass Tyk2 nicht wie die übrigen Mitglieder der Jak-Familie massgeblich an der Architektur eines oder mehrerer Zytokinrezeptoren in vivo beteiligt ist. Die Rolle von Tyk2 im Gesamtorganismus ist vielmehr die Feinabstimmung der Zytokin-Antwort durch eine Verstärkung des vorhandenen Signals bzw. die selektive Aktivierung von bestimmten Stats an den jeweiligen Zytokin-Rezeptoren. Zumindest am IFN-alpha/beta- und am IL-12-Rezeptor ist die Anwesenheit von Tyk2 für die Aktivierung von Stat3 erforderlich. Tyk2-Defizienz führt nicht wie aus den in vitro Daten erwartet wurde, zu einer generellen starken Beeinträchtigung des Immunsystems. Die Daten weisen vielmehr auf eine Rolle von Tyk2 beim Übergang von der innaten Immunität in die spezifische Immunität hin.

Molekulargenetische Gen- und Genomanalyse Molekulargenetische Diagnostik und Prophylaxe bei landwirtschaftlichen Nutztieren

Molekulargenetische Analyse von Defekt- und Leistungsgenen

Molekulargenetische Techniken ermöglichen es heute, krankheitsrelevante Veränderungen im Erbmaterial direkt aufzudecken. Dabei werden nicht nur die homozygoten Merkmalsträger sondern auch die phänotypisch gesunden, heterozygoten Anlageträger schnell und sicher erkannt. Auch bei der Selektion auf Leistungsmerkmale erlaubt es die molekulargenetische Diagnostik, den Wert der Tiere in Hinblick auf ein Merkmal direkt zu bestimmen: Als Träger und Vererber wünschenswerter Merkmalsmarker können sie bevorzugt in der Zucht eingesetzt werden. Beispiele molekulargenetischer Diagnostik:

Kappa Kasein Diagnostik Die Kappa Kasein Allele sind Leistungsmarker. Das Milchprotein Kasein bildet den Grundstoff für die Käseherstellung. In den Rinderpopulationen sind verschiedene Kappa Kasein Allele vorhanden, wobei eine Variante des Proteins bessere Käsereieigenschaften aufweist, also für bessere Käsequalität und höheren Käseertrag steht. Zuchtstiere, die das verantwortliche Allel - es ist das Allel B - tragen, können mittels molekulargenetischer Diagnostik direkt erkannt und selektiv bevorzugt werden: Sie vererben das Leistungsmerkmal an ihre Töchter weiter.

BLAD Diagnostik Die bovine Leukozyten Adhäsions Defizienz ist eine autosomal rezessive Erbkrankheit bei Holstein Rindern. Eine Punktmutation ist für eine Dysfunktion der weißen Blutzellen verantwortlich, die so ihre Kontrollfunktion gegenüber Infektionserregern nicht mehr erfüllen können. Homozygote Träger des Defektes sterben wegen reduzierter Immunantwort innerhalb des ersten Lebensjahres. Bei Nachkommen von Zuchttieren, die als heterozygote Träger des Defektes evident sind, ist der BLAD-Test eine wichtige erbhygienische Maßnahme, um die Krankheit unter Kontrolle zu halten.

Neue Wege in der Diagnostik der "Schnüffelkrankheit"

Die "Schnüffelkrankheit" (Rhinitis athrophicans) ist eine der wirtschaftlich bedeutsamsten Erkrankungen in der Schweineproduktion. Das Krankheitsbild wird durch das Zusammenspiel mehrerer Faktoren (schlechtes Stallklima, Viren, Mykoplasmen und andere Keime, z.B. Bordatella bronchiseptica) verursacht. Maßgeblich am Ausbruch der Krankheit sind jedoch toxinbildende Pasteurella multocida Stämme.

Nachweis von toxinbildenden Pasteurella multoida Stämmen in Schweinebeständen mittels PCR

Die Proben werden mit Hilfe spezieller Nasentupfer im Betrieb entnommen. Sie werden über Nacht in einem Spezialmedium inkubiert um vorhandene toxinbildende Pasteurella multocida Stämme zu vermehren. Über Polymerasekettenreaktion (PCR) wird einerseits das Toxingen nachgewiesen, andererseits die Methode an sich durch eine interne Kontrolle überprüft. Die Bande der internen Kontrolle (400 Basenpaare) muß in jeder Reaktion auf der Gelelektrophorese erscheinen, die Toxinbande (1600 Basenpaare) nur in positiven Untersuchungsproben. Der goße Vorteil des Nachweises von Krankheitserregern mit Hilfe der PCR, im Gegensatz zu anderen Nachweismethoden (z.B.ELISA), liegt hauptsächlich in der höheren Sensitivität, da falsch positive und falsch negative Resultate vermieden werden.

Lehre am Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln)

Die Mitarbeiter des Departments sind in den Lehrbetrieb der Universität für Bodenkultur Wien, der Technischen Universität Wien und der Veterinärmedizinischen Universität Wien mit der Veranstaltung von Vorlesungen und Laborübungen eingebunden. Darüber hinaus werden Bachelor-, Master-, Diplom-, sowie Doktorarbeiten für oben genannte Universitäten betreut.

Quellenangaben

Wissensbilanz der Universität für Bodenkultur Wien 2009: http://www.boku.ac.at/fileadmin/_/mitteilungsblatt/MB_2009_10/MB19/BO_WB_2009_SCREEN.pdf

Website des Departments: http://www.ifa-tulln.boku.ac.at