SchussenAktivplus: reduction of micropollutants and of potentially pathogenic bacteria for further water quality improvement of the river Schussen, a tributary of Lake Constance, Germany

The project focuses on the efficiency of combined technologies to reduce the release of micropollutants and bacteria into surface waters via sewage treatment plants of different size and via stormwater overflow basins of different types. As a model river in a highly populated catchment area, the river Schussen and, as a control, the river Argen, two tributaries of Lake Constance, Southern Germany, are under investigation in this project. The efficiency of the different cleaning technologies is monitored by a wide range of exposure and effect analyses including chemical and microbiological techniques as well as effect studies ranging from molecules to communities

Gene Expression Modifications by Temperature-Toxicants Interactions in Caenorhabditis elegans

Although organophosphorus pesticides (OP) share a common mode of action, there is increased awareness that they elicit a diverse range of gene expression responses. As yet however, there is no clear understanding of these responses and how they interact with ambient environmental conditions. In the present study, we investigated genome-wide gene expression profiles in the nematode Caenorhabditis elegans exposed to two OP, chlorpyrifos and diazinon, in single and combined treatments at different temperatures. Our results show that chlorpyrifos and diazinon induced expression of different genes and that temperature affected the response of detoxification genes to the pesticides. The analysis of transcriptional responses to a combination of chlorpyrifos and diazinon shows interactions between toxicants that affect gene expression. Furthermore, our combined analysis of the transcriptional responses to OP at different temperatures suggests that the combination of OP and high temperatures affect detoxification genes and modified the toxic levels of the pesticides

Late Stage Infection in Sleeping Sickness

At the turn of the 19th century, trypanosomes were identified as the causative agent of sleeping sickness and their presence within the cerebrospinal fluid of late stage sleeping sickness patients was described. However, no definitive proof of how the parasites reach the brain has been presented so far. Analyzing electron micrographs prepared from rodent brains more than 20 days after infection, we present here conclusive evidence that the parasites first enter the brain via the choroid plexus from where they penetrate the epithelial cell layer to reach the ventricular system. Adversely, no trypanosomes were observed within the parenchyma outside blood vessels. We also show that brain infection depends on the formation of long slender trypanosomes and that the cerebrospinal fluid as well as the stroma of the choroid plexus is a hostile environment for the survival of trypanosomes, which enter the pial space including the Virchow-Robin space via the subarachnoid space to escape degradation. Our data suggest that trypanosomes do not intend to colonize the brain but reside near or within the glia limitans, from where they can re-populate blood vessels and disrupt the sleep wake cycles

Effects of the heavy metal platinum on the early development of the zebrafish (Danio rerio) and the ramshorn snail (Marisa cornuarietis)

Seit der Einführung des Kfz-Katalysators werden die Platingruppenelemente Platin, Palladium und Rhodium vermehrt in die Umwelt eingetragen und gelangen u.a. über Straßenabflussgewässer in aquatische Ökosysteme. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Effekte verschiedener Konzentrationen des löslichen Platinchlorids (0, 0.1, 10, 50, 100 und 200 µg/L PtCl2) auf verschiedene Endpunkte während der frühen Individualentwicklung der beiden Süßwasserorganismen Zebrabärbling (Danio rerio) und Paradies-Schnecke (Marisa cornuarietis). Bei beiden Organismen wurden die Bioakkumulation von Platin, Effekte auf die Embryonalentwicklung, die Induktion von Stressproteinen (Hsp70) und histopathologische Gewebe- und Organveränderungen untersucht sowie gentoxische Untersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, dass beide Organismen Platin stark anreicherten. Bei D. rerio wurden Bioakkumulationsfaktoren (BAF) von 5-55 und bei M. cornuarietis sogar BAF von 218-714 gefunden. Die Embryotests ergaben für beide Organismen eine Verzögerung der Herzschlagrate und der Schlupfrate. Bei M. cornuarietis war weiterhin die Augenentwicklung verzögert sowie das Gewicht reduziert. Histopathologische Untersuchungen ergaben bei D. rerio Effekte von Platin auf Leber und Darm, bei M. cornuarietis zeigten die Epidermis, die Mitteldarmdrüse und die Kieme eine Reaktion auf die Platinexposition. Bei den Stressproteinuntersuchungen wurde bei D. rerio eine erhöhte Hsp70-Induktion nur bei der höchsten getesteten Konzentration von 100 µg/L PtCl2 gefunden, wogegen bei M. cornuarietis keine erhöhten Hsp70 Werte bei allen untersuchten Pt-Konzentrationen gefunden wurden. Anhand der Einzelzell-Gelelektrophorese (Comet Assay) traten bei M. cornuarietis schon ab 1 µg/L PtCl2 DNA-Schäden auf, wogegen sich bei D. rerio für die untersuchten Pt-Konzentrationen kein gentoxischer Effekt zeigte. Die Untersuchungen ergaben, dass Pt auch bereits bei umweltrelevanter Konzentration Effekte auf die Embryonalentwicklung der beiden untersuchten Organismen ausübte und somit von ökotoxikologischer Relevanz ist. Weiterhin wurde in dieser Arbeit erstmals eine durch einen Schadstoff induzierte Schaleninternalisierung bei M. cornuarietis nachgewiesen, welche im Laufe der Evolution mehrfach und unabhängig voneinander bei verschiedenen Molluskentaxa auftrat. Eine Exposition von 100-200 µg/L PtCl2 während der Embryonalentwicklung verhinderte die Bildung einer äußeren Schale und durch die Färbung des schalensekretierenden Mantelrandes mittels des Chromogens Diaminobenzidin sowie Rasterelektronenmikroskopie und synchrotroner Röntgenstrahl-Phasenkontrast-Mikrotomographie konnte beobachtet werden, dass das schalensekretierende Gewebe nicht wie üblich als Mantelrand den Eingeweidesack überwuchs, sondern in der ursprünglich embryonalen Position verblieb, so dass das Schalenmaterial gedrungen und tütenförmig ins Innere der Schnecke wuchs. Im Gegensatz zum archetypischen Bauplan prosobrancher Schnecken verblieb die Kieme dabei posterior und die Torsion wurde von der Bildung einer Mantelhöhle entkoppelt. Diese durch Platin induzierte Bauplanveränderung wurde durch verschiedene Methoden eingehender untersucht. Dabei zeigte sich anhand von Pulsexpositionsversuchen, dass das sensitive „Fenster“ während der Embryonalentwicklung, in welchem Pt die Ausbildung einer äußeren Schale verhindert, an Tag 4 und 5 nach der Befruchtung lag. Die durch Pt induzierte Bauplanveränderung trat nicht nur bei der prosobranchen Paradies-Schnecke, sondern auch bei der pulmonaten Posthorn-Schnecke P. corneus auf. Weitere getestete Metalle ergaben, dass neben Platin einzig hohe Konzentrationen des Metalls Lithium (2,5 und 3 mg/L LiCl), in einzelnen Fällen Schnecken ohne äußere Gehäuse induzierten. Durch die Zugabe einer äquimolaren Konzentration von Ca2+ zur Platinlösung konnte dieser Effekt großteils verhindert werden. Da Analyseverfahren ergaben, dass nicht, wie erwartet, durch die Calciumzugabe weniger Pt akkumuliert wurde, liegt es nahe, dass Ca2+ platinsensitive Signaltransduktionswege stabilisiert. Es konnte gezeigt werden, dass minimale Einflüsse auf das Entwicklungsprogramm während der Embryogenese zu nachhaltigen Veränderungen des Bauplans führen können.Following the introduction of automobile catalysts, the platinum group elements platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) have been emitted into the environment and enter the aquatic ecosystem via runoff rainwater. The present study determined the effects of different concentrations of platinum chloride (0, 0.1, 10, 50, 100 und 200 µg/L PtCl2) on various endpoints during the early development of the freshwater organisms zebrafish (Danio rerio) and ramshorn snail (Marisa cornuarietis). In both organisms bioaccumulation of platinum and effects on the embryonic development were determined, the 70 kD stress protein response was measured and histopathological alterations and genotoxic effects were determined. Platinum was found to be accumulated in both organisms. Bioaccumulation factors were in the range of 5–55 for D. rerio and of 218–724 for M. cornuarietis. During embryonic development, Pt was shown to decrease the heart rate of both organisms and caused a delayed hatch of the embryos. Furthermore, a retardation of the eye development and a loss of weight due to platinum exposure was observed in M. cornuarietis. Histopathological investigations revealed effects of platinum on gut and liver of D. rerio and effects on epidermis, hepatopancreas and gill of M. cornuarietis. Stressprotein responses revealed an increased induction only at the highest tested concentration of 100 µg/L PtCl2 in D. rerio but no proteotoxic effect of platinum on M. cornuarietis. Using the single cell gel electrophoresis (comet assay) genotoxic effects of platinum were recorded already at 1 µg/L PtCl2 and higher concentrations in M. cornuarietis. However, in D. rerio no genotoxic effects of the investigated Pt concentrations were recorded. The present work shows that platinum exerts effects of already environmentally relevant concentration on early stages of both tested organisms and is therefore of ecotoxicological relevance. Furthermore, this work presents first fundings of artificially induced shell internalization in M. cornuarietis, which evolved in several molluscan taxa during the evolution. Exposure to 100-200 µg/L PtCl2 during the embryonic development prevented the formation of an external shell. Using diamino-benzidine staining of the mantle edge, scanning electron microscopy and synchrotron X-ray phase contrast holotomography, the shell secreting mantle tissue was observed not, as usual, to overgrow the visceral sac thus leading to an external shell, but remained at the original embryonic position and invaginated into the snails body. Different to the archetypal bodyplan of prosobranch snails the gill remained posterior to the heart at the hind part of the viszeral sac and torsion was uncoupled of the formation of the mantle cavity. Pulse-exposure experiments revealed days 4 and 5 postfertilization to be the most susceptible to Pt action on shell formation. The shell internalization due to platinum exposure was not restricted to the prosobranch snail M. cornuarietis but could also be observed in the pulmonate snail Planorbarius corneus. Further tested metalls revealed that except for platinum also high concentrations of lithium (2,5 und 3 mg/L LiCl) occasionally induced snails without external shell. So far, the only known way to partly protect embryos from the action of Pt is to supplement the Pt solution with equimolar concentrations of bivalent calcium ions. Since Ca supplements did not diminish Pt uptake, we conclude that Pt likely interacts with Ca signalling pathways involved in the positional system, which may be stabilized by increasing intracellular levels of Ca. This work demonstrates that selective alteration of embryonic key processes can result in fundamental changes of an existing body plan