Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln

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Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln
Gründung	1994
Trägerschaft	staatlich
Ort	Tulln an der Donau, Österreich
Departmentleiter	Georg Gübitz
Mitarbeiter	ca. 175
Website	https://boku.ac.at/ifa-tulln

Das Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln, ist ein gemeinsames Projekt der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), der Technischen Universität Wien (TU) und der Veterinärmedizinische Universität Wien (VetMed), und eines der 15 Departments der BOKU. Vier der fünf Institute sowie eine Arbeitsgruppe des IFA bilden den BOKU Standort Tulln, und zusammen mit weiteren Instituten der BOKU sowie der Fachhochschule Wiener Neustadt GmbH, der ecoplus - Wirtschaftsagentur des Landes NÖ, dem AIT Austrian Institute of Technology GmbH, dem Austrian Competence Centre for Feed and Food Quality Safety and Innovation – FFoQSI GmbH sowie dem TFZ Technologie und Forschungszentrum,den Biotech Campus Technopol Tulln.

Geschichte

Das Interuniversitäre Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) wurde 1994 unter der Beteiligung dreier Wiener Universitäten 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. 2011 kam das Institut für Tierernährung, Tierische Lebensmittel und Ernährungsphysiologie als 6. Institut zum Department IFA Tulln dazu.

Organisation und Struktur

Das Department IFA-Tulln befindet sich am Campus Tulln Technopol

Das Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) als eines der 15 Departments der Universität für Bodenkultur Wien bildet sich heute aus 5 Instituten und einer Arbeitsgruppe:

• Institut für Biotechnologie in der Pflanzenproduktion
• Institut für Naturstofftechnik
• Analytikzentrum
• Institut für Umweltbiotechnologie
• Arbeitsgruppe für Molekulare Reproduktion des Instituts für Tierzucht und Genetik der Veterinärmedizinischen Universität Wien
• Institut für Tierernährung, Tierische Lebensmittel und Ernährungsphysiologie.

Aufgrund seiner Geschichte ist das Department in den Bereichen Finanzbuchhaltung, Haustechnik, EDV und des Einkaufs weitgehend eigenständig. Um die Interessen der drei beteiligten Universitäten (BOKU, TU Wien und VetMedUni) zu wahren, gibt es einen Aufsichtsrat, den 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

Die ersten 4 Institute und die Arbeitsgruppe des Departments für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln, befinden sich im Gebäude IFA-Tulln in Tulln an der Donau am Campus Tulln Technopol (BOKU Standort Tulln). Das sechste Institut (TTE) befindet sich am BOKU Standort Muthgasse in Wien. Das Gebäude IFA-Tulln bildet zusammen mit den anderen Arbeitsgruppen der BOKU aus weiteren 6 Departments (Materialwissenschaften und Prozesstechnik, Chemie, Nachhaltige Agrarsysteme, Wald- und Bodenwissenschaften, Angew. Pflanzenwissenschaften und Pflanzenbiotechnologie sowie Angewandte Genetik und Zellbiologie), welche sich im 2011 eröffneten UFT Universitäts- und Forschungszentrum Tulln befinden, den BOKU Standort Tulln. Der Campus Tulln Technopol ist ein Teil des Technopol Tulln. Der Technopol Tulln wurde 2006 durch die niederösterreichische Wirtschaftsagentur GmbH (Ecoplus) gegründet, hier finden sich etwa auch das AIT Austrian Institute of Technology und das Agrana Research & Innovation Center, das Forschungszentrum der AGRANA, sowie die FH Wiener Neustadt.

Institute am Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln

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

Institut für Bioanalytik und Agro-Metabolomics

Es gliedert sich in die drei Arbeitsbereiche Mykotoxinanalytik, Wasseranalytik und Biochemische Analytik. Neben der Entwicklung und Validierung von 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 Themenschwerpunkt.

Institut für Umweltbiotechnologie

Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten am Institut für Umweltbiotechnologie liegt auf der Nutzung mikrobiologischer Stoffwechselvorgänge zur Sicherung der Lebensqualität und zur Wahrung natürlicher Ressourcen. Auf der einen Seite stehen der Abbau und die Entgiftung von Schadstoffen (in Boden, Wasser und Abfall) sowie die Entwicklung von Monitoring-Methoden zur Bewertung des Risikos, das von kontaminierten Medien ausgeht. Auf der anderen Seite stellt die bestmögliche Nutzung vorhandener Ressourcen durch Schaffung nachhaltiger Stoffkreisläufe ein zentrales Ziel der am Institut betriebenen Forschung dar. Neben der Untersuchung mikrobieller Prozesse, wird das Potential von Enzymem als leistungsfähige Biokatalysatoren zur Verarbeitung von (Bio)materialien, in Recycling-Prozessen sowie bei der Erzeugung von Bioenergy erforscht.

Zusätzlich zur Erforschung grundlegender mikrobieller Prozesse nehmen die praktische Anwendung und die Prozessentwicklung für die technische Realisierung eine herausragende Rolle ein. Als Beispiele dafür können die Übertragung vom Labormaßstab auf den großtechnischen Maßstab bei Fermentationsprozessen, die Entwicklung von Sanierungsmethoden für den Feldeinsatz und die Erprobung innovativer biologisch-physikalischer Kombinationsprozesse (z. B. der Einsatz von Membranen in der Bioprozesstechnik) in der Umwelttechnik genannt werden.

Das Institut verfügt über bestens ausgestatte Labors mit modernsten Analysengeräten und entsprechender Infrastruktur sowie Brut- und Kühlräume, einen Steril-Bereich, Werkstätten, Versuchsanlagen und eine Pilotanlage für Fermentationen. Diese Voraussetzungen ermöglichen es Forschungs- und Projektverantwortlichen, erfolgreich Forschungskooperationen mit Industriepartnern einzugehen.

Arbeitsgruppe Biomaterial- & Enzymtechnologie

Enzyme sind hochspezifische biologische Katalysatoren welche die Geschwindigkeit nahezu aller chemischen Reaktionen in lebenden Organismen erhöhen. Wir untersuchen deren Rolle in biologischen Abbauprozessen und nutzen dieses Wissen um Enzym-basierte nachhaltige Prozesse für verschiedene Bereiche von der Verarbeitung von Biomaterialen bis hin zum Umweltschutz zu entwickeln.

Folglich ist die mechanistische Untersuchung von enzymatischen Prozessen in der Umwelt ein wichtiger Forschungsschwerpunkt der Biomaterial- und Enzymtechnologie-Gruppe. Neue Erkenntnisse, wie über die Biotransformation von Xenobiotika führt oft zu neuen Enzymen mit Einsatzmöglichkeiten in der Umwelttechnologie oder in anderen nachhaltigen industriellen Prozessen. Insbesondere Enzyme die in der Natur die Umsetzung polymerer Materialien katalysieren haben ein großes Potential für neue industrielle Anwendungen. Zum Beispiel ist die Verarbeitung und Aufwertung von synthetischen und von Biomaterialien mit Hydrolasen und Oxidoreduktasen ein wichtiger Schwerpunkt der Arbeitsgruppe. Abgesehen von der enzymatischen Funktionalisierung (zB antimikrobiell, biokompatibel) dieser Materialien können Enzyme auch zur der Wiederverwertung von Polymeren eingesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Spezifität, können wertvolle Bausteine sogar aus Verbundmaterialien und Mischungen "extrahiert" werden. Auf der anderen Seite ist der effiziente Abbau von Biomasse (zB Lignocellulose) unter umweltfreundlichen Bedingungen eine essentielle Voraussetzung für die Produktion von Bioenergie wo auch Enzyme eine wichtige Rolle spielen. Trotz dieses enormen Potentials von Mikroorganismen für industrielle Prozesse sind sie manchmal auch unerwünscht wie als Krankheitserreger oder Kontamination von Lebensmitteln. Um diese Organismen frühzeitig z.B. in Wunden zu erkennen entwickelt die Gruppe einfach handzuhabende aber leistungsfähige Sensoren.

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 anhand der Ergebnisse Produkte und Methoden erarbeitet, die eine großtechnische Anwendung und einen effizienten Betrieb von Sanierungsverfahren ermöglichen. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Bodenmatrix und organischen Schadstoffen. Weiters werden in-situ und on-site Sanierungstechniken entwickelt.

Arbeitsgruppe Anaerobe Verwertung (Biogas Forschungs- und Beratungsgruppe)

Die Biogasgruppe beschäftigt sich mit der anaeroben Verwertung von Nachwachsenden Rohstoffen, Abfallstoffen und Abwässern. Die Arbeitsgruppe ist in allen Bereichen des Themenfeldes Biogastechnologie tätig und beschäftigt sich mit 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. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die beratende Tätigkeit in diesem Themenbereich dar. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Analytik und die biologische Prozesskontrolle geworfen.

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 Alternativen zum Einsatz fossiler Ressourcen zur Produktion von Chemikalien und Treibstoffen.

Insbesondere werden Prozesse zur mikrobiologischen Umsetzung von biogenen Reststoff- und Abfallströmen zu Biopolymeren und anderen biobasierten Chemikalien entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Herstellung und Formulierung von mikrobiellen Additiven als Ersatz für herkömmliche Agrochemikalien.

Die vorhandene Ausstattung, die auch ein Biotechnikum umfasst, ermöglicht die Entwicklung und technische Umsetzung mikrobiologischer Produktionsprozesse vom Labormaßstab bis hin zur kommerziellen Anwendung.

Arbeitsgruppe Umweltmikrobiologie

Die thematische Ausrichtung der Arbeitsgruppe reicht von konventionellen mikrobiologischen und molekularbiologischen Analysen über die Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit synthetischer Materialien bis hin zur Anwendung von Biotests zum Nachweis ökotoxischer Effekte und zur quantitativen Beurteilung biogener Wirkstoffe. Seit 2011 ist die biotechnologische Produktion von PHB (Poly-Hydroxybuttersäure) mittels Cyanobakterien in photoautotrophen Verfahren – also ohne Bedarf landwirtschaftlicher Rohstoffe – zum bedeutendsten Forschungsschwerpunkt geworden. Das Thema wird in mehreren Projekten von der Grundlagenforschung über Machbarkeitsstudien bis zur Verfahrensentwicklung bearbeitet.

Das so gewonnene Wissen wird sowohl über den Weg der forschungsgestützten Lehre an der Universität intern als auch über Vorträge und Veranstaltungen zur Erwachsenenbildung extern weitergegeben.

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 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 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 Problemen im Wasserversorgungs- und Abwasserbehandlungsbereich gegeben.

Außer der Möglichkeit für 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 Einsatz von Wasser in industriellen Betrieben.

Arbeitsgruppe für Molekulare Reproduktion - Veterinärmedizinische Universität Wien

Prinzipielle Aufgabenstellung der Arbeitsgruppe ist grundlegendes Wissen über die zellulären und molekularen Mechanismen, die die Fortpflanzung von Säugern und assoziierte Erkrankungen beeinflussen, zu gewinnen, und damit den stetig steigenden Fruchtbarkeits- und Gesundheitsproblemen zu begegnen. Mitochondriale DNA wird im Zusammenhang mit Vererbung und Leistungsmerkmalen bei Tieren untersucht.

Folgende Schlüsselaspekte der Reproduktion und Vererbung werden dabei untersucht: maternales Präimplantations-Kommunikationssystem, frühe embryonale Entwicklung und mitochondriale Genetik.

Funktionelle Genom- und Proteom-Daten werden zum Verständnis von Fertilitätsprozessen und malignen Veränderungen herangezogen. Weitere Schwerpunkte sind die Optimierung von Proteomtechnologien und von Methoden zur Detektion von minimalen DNA-Mengen sowie deren Anwendung für die biomedizinische Forschung.

Die Arbeitsgruppe steht im engen Austausch mit dem Reproduktionszentrum Wieselburg (RCW, Vetmeduni Vienna) und der Vetmeduni Vienna Plattform Biomodels Austria (Biat), um die Ergebnisse der Grundlagenforschung direkt in die Zuchtpraxis umzusetzen.

Prinzipielle Aufgabenstellung der Arbeitsgruppe ist grundlegendes Wissen über die zellulären und molekularen Mechanismen, die die Fortpflanzung von Säugern und assoziierte Erkrankungen beeinflussen, zu gewinnen, und damit den stetig steigenden Fruchtbarkeits- und Gesundheitsproblemen zu begegnen. Mitochondriale DNA wird im Zusammenhang mit Vererbung und Leistungsmerkmalen bei Tieren untersucht.

Folgende Schlüsselaspekte der Reproduktion und Vererbung werden dabei untersucht: maternales Präimplantations-Kommunikationssystem, frühe embryonale Entwicklung und mitochondriale Genetik.

Funktionelle Genom- und Proteom-Daten werden zum Verständnis von Fertilitätsprozessen und malignen Veränderungen herangezogen. Weitere Schwerpunkte sind die Optimierung von Proteomtechnologien und von Methoden zur Detektion von minimalen DNA-Mengen sowie deren Anwendung für die biomedizinische Forschung.

Die Arbeitsgruppe steht im engen Austausch mit dem Reproduktionszentrum Wieselburg (RCW, Vetmeduni Vienna) und der Vetmeduni Vienna Plattform Biomodels Austria (Biat), um die Ergebnisse der Grundlagenforschung direkt in die Zuchtpraxis umzusetzen.

Der Einsatz von 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.

Um transgene Mäusezuchten gegen Verlust durch technische Störfälle (Klimasteuerung, Wassereinbruch) oder Pathogene (Infektionen durch Viren oder Bakterien) zu schützen, ist es erforderlich, das genetische Material zu sichern. Dabei werden Embryonen im Morula-Stadium aus hormonell stimulierten Mäusen aus transgenen Stämmen und Linien gewonnen und durch ein Einfrierverfahren ("Vitrifikation", Nowshari und Brem, 1993, Theriogenology) kryokonserviert. 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 kultiviert 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. Es werden 150 bis 300 Embryonen jeder einzelnen transgenen Linie und jedes genetischen Hintergrundes kryokonserviert. Als weitere Techniken zur Konservierung 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.

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. Eine Melkmaschine für Kaninchen ermöglicht ein sanftes Melken der Zibbe. Das System imitiert den natürlichen Saugakt der Jungen. Während die Zibbe 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.

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 Instrument, um die Wirkungen verschiedener Zytokine und Wachstumsfaktoren in vivo untersuchen zu können. Es wurden Jak2- und Tyk2-Mäuse bearbeitet. Die Jak2-defizienten Mäuse wurden unter der Federführung von Jürgen Pfeffer (TU München) erstellt und in Kollaboration analysiert. Die Tyk2-Mäuse entstanden unter der Federführung der an der Abteilung 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-assoziierten 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 wurde 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 Letalität 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 haben 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 Techniken ermöglichen es, krankheitsrelevante Veränderungen im Erbmaterial direkt aufzudecken. Dabei werden nicht nur die homozygoten Merkmalsträger, sondern auch die phänotypisch gesunden, heterozygoten Anlageträger 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:

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.

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.

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. Bordetella bronchiseptica) verursacht. Maßgeblich am Ausbruch der Krankheit sind jedoch toxinbildende Pasteurella multocida Stämme. 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 große 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.

Institut für Tierernährung, Tierische Lebensmittel und Ernährungsphysiologie

Das Institut für Tierernährung, Tierische Lebensmittel und Ernährungsphysiologie (TTE) repräsentiert den Beginn der Versorgungskette an Lebensmitteln tierischer Herkunft. Im Mittelpunkt steht hierbei die sachgemäße Fütterung landwirtschaftlicher Nutztiere und der maßgebliche Beitrag der Ernährung zur Qualität und Sicherheit der Primärprodukte (Milch, Fleisch, Eier). Die Sekundärwirkungen einzelner Nahrungskomponenten auf Verdauung, Stoffwechsel und Gesundheit bilden einen besonderen Schwerpunkt.

Experimentelle Studien an landwirtschaftlichen Nutztieren und Modelltieren für den Menschen (Schwein, Ratte) zum Stoffwechsel von Nährstoffen und der Wirkung von funktionellen Inhaltsstoffen der Nahrung bzw. von Zusatzstoffen. Analyse von Nährstoffen (inkl. Spurenelementen) in biologischem Material. Quantifizierung fraktioneller Stoffflüsse im intakten Organismus (Absorption, Exkretion, Turnover im Gewebe).

Thematische Schwerpunkte

Wirkung von pflanzlichen Faserkomponenten, Probiotika und ätherischen Gewürzölen auf die Funktionalität der Verdauung am Tiermodell des Schweins mittels ernährungsphysiologischer, molekularbiologischer und histologischer Methoden. Ernährungsphysiologische Aspekte (Bioverfügbarkeit, Akkumulation im Gewebe) essentieller Spurenelemente (Jod, Selen, Zink). Optimierung der Nährstoffversorgung landwirtschaftlicher Nutztiere (essentielle Aminosäuren, essentielle Spurenelemente, Fettqualität).

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.

Weblinks

• Website des Departments

Nachweise

• Wissensbilanz der Universität für Bodenkultur, Wien 2019 (pdf, boku.ac.at)
• forschung.boku.ac.at/…/suchen.orgeinheit_suchergebnis – Einträge der fünf Institute am Interuniversitären Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) beim Forschungsportal der Universität für Bodenkultur Wien