Entwicklung eines immunologischen Testsystems zur Detektion des marinen Biotoxins Domoinsäure

Domoinsäure ist ein von mehreren Arten mariner Kieselalgen der Gattung Pseudonitzschia produziertes Toxin, welches während einer Algenblüte in Molluscen wie z.B. der Miesmuschel Mytilus sp. akkumuliert werden kann. Beim Verzehr solch kontaminierter Muscheln können sowohl beim Menschen als auch bei Tieren erhebliche Vergiftungserscheinungen auftreten, die von Übelkeit, Kopfschmerzen und Orientierungsstörungen bis hin zum Verlust des Kurzzeitgedächtnisses (daher auch als amnesic shellfish poisoning bekannt) reichen und in einigen Fällen tödlich enden. rnDie heute gängigen Methoden zur Detektion von Domoinsäure in Muschelgewebe wie Flüssigkeitschromatographie und Maus-Bioassay sind zeit- und kostenintensiv bzw. in Anbetracht einer Verbesserung des Tierschutzes aus ethischer Sicht nicht zu vertreten. Immunologische Testsysteme stellen eine erstrebenswerte Alternative dar, da sie sich durch eine vergleichsweise einfache Handhabung, hohe Selektivität und Reproduzierbarkeit auszeichnen.rnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein solches immunologisches Testsystem zur Detektion von Domoinsäure zu entwickeln. Hierfür wurden zunächst Antikörper gegen Domoinsäure gewonnen, wofür das Toxin wiederum als erstes über die Carbodiimid-Methode an das Trägerprotein keyhole limpet hemocyanin (KLH) gekoppelt wurde, um eine Immunantwort auslösen zu können. Kaninchen und Mäuse wurden mit KLH-DO-Konjugaten nach vorgegebenen Immunisierungsschemata immunisiert. Nach vier Blutabnahmen zeigte das polyklonale Kaninchenantiserum eine ausreichend hohe Sensitivität zum Antigen; das nachfolgende Detektionssystem wurde mit Hilfe dieses polyklonalen Antikörpers aufgebaut. Zwar ist es gegen Ende der Arbeit auch gelungen, einen spezifischen monoklonalen Antikörper aus der Maus zu gewinnen, jedoch konnte dieser aus zeitlichen Gründen nicht mehr im Detektionssystem etabliert werden, was durchaus wünschenswert gewesen wäre. rnWeiterhin wurde Domoinsäure im Zuge der Entwicklung eines neuartigen Testsystems an die Trägerproteine Ovalbumin, Trypsininhibitor und Casein sowie an Biotin konjugiert. Die Kopplungserfolge wurden im ELISA, Western Blot bzw. Dot Blot nachgewiesen. Die Ovalbumin-gekoppelte sowie die biotinylierte Domoinsäure dienten im Folgenden als die zu messenden Größen in den Detektionsassays- die in einer zu untersuchenden Probe vorhandende, kompetitierende Domoinsäure wurde somit indirekt nachgewiesen. rnDer zulässige Höchstwert für Domoinsäure liegt bei 20 µg/g Muschelgewebe. Sowohl mit Biotin-DO als auch mit OVA-DO als den zu messenden Größen waren Domoinsäurekonzentrationen unterhalb dieses Grenzwertes nachweisbar; allerdings erwies sich der Aufbau mit Biotin-DO um das ca. 20-fache empfindlicher als jener mit OVA-DO. rnDie in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse könnten als Grundlage zur Etablierung eines kommerzialisierbaren immunologischen Testsystems zur Detektion von Domoinsäure und anderen Biotoxinen dienen. Nach erfolgreicher Validierung wäre ein solches Testsystem in seiner Handhabung einfacher als die gängige Flüssigkeitschromatographie und besser reproduzierbar als der Maus-Bioassay.rn

Confronto fra metodi di analisi di comunità bentoniche in differenti spiagge del Nord Adriatico

Il presente studio si colloca nell’ambito del progetto europeo (FP7) THESEUS, fra i cui scopi c’è quello di fornire informazioni su vulnerabilità e resilienza degli habitat costieri in seguito all’aumento di frequenza delle inondazioni dovuto al sea level rise. E’ stata indagata la zona intertidale di spiagge sabbiose, come recettore di cambiamenti climatici. All’interno dell’habitat intertidale le comunità macrobentoniche sono di solito individuate come indicatori delle variazioni dei parametri fisico-chimici e morfodinamici. Lo scopo di questo lavoro è consistito nell’analisi delle comunità macrobentoniche e della loro interazioni con le variabili ambientali lungo tre spiagge del Nord Adriatico sottoposte a fenomeni di erosione e differenti fra di loro per caratteristiche morfodinamiche: Lido di Spina, Bellocchio e la zona della Bassona di Lido di Dante. La risposta delle comunità bentoniche è stata indagata utilizzando i dati tassonomici delle specie e raggruppando le stesse nei rispettivi gruppi trofici. Le variabili ambientali considerate sono state quelle relative alla tipologia del sedimento e quelle relative alla morfodinamica Le comunità macrobentoniche delle spiagge di Lido di Spina e di Lido di Dante sono risultate relativamente più simili tra loro, nonostante i due siti fossero i più distanti. A Lido di Spina e Lido di Dante sono state rinvenute associazioni di specie, come Scolelepis squamata ed Eurydice spinigera, tipiche delle spiagge sabbiose europee esposte al moto ondoso. In questi due siti, è risultato dominante il bivalve Lentidium mediterraneum, la cui ecologia e modalità di distribuzione aggregata permette di evidenziare il maggiore idrodinamismo che caratterizza i due siti. A Bellocchio, invece, è stato riscontrato un maggior numero di specie. Questo sito è caratterizzato dalla presenza di patch di giovanili del bivalve Mytilus galloprovincialis che sembrerebbe determinare il pattern del resto della comunità fungendo da ecosystem engineer. In termini di gruppi trofici, a Lido di Spina e a Lido di Dante prevalgono Filtratori, Carnivori e Detritivori di Superficie mentre Bellocchio è dominato da Filtratori e Misti discostandosi dagli altri siti per le sue condizioni del tutto particolari. Per quanto riguarda i descrittori abiotici, Lido di Spina e Lido di Dante, rispetto a Bellocchio, presentano una fascia intertidale più corta, pendenze maggiori, granulometrie più grossolane e risultando quindi, in generale, meno dissipative.

Influenza dei fattori morfodinamici e degli interventi di gestione sulle comunità macrobentoniche di spiagge nell'alto Adriatico

La presente tesi si inserisce nel contesto del progetto europeo Theseus, che ha l’obiettivo di pianificare strategie di difesa sostenibili nei confronti dell’erosione costiera e del rischio di inondazioni. E’ stata indagata la zona intertidale di sei spiagge della costa emiliano-romagnola, diverse per caratteristiche morfodinamiche, grado di antropizzazione e modalità di gestione contro l’erosione. Lido di Spina, Bellocchio e lido di Dante sono siti più naturali, Cervia, Cesenatico e Cesenatico sud sono antropizzati per la presenza di strutture di difesa costiera o attività di bulldozing. Lo scopo principale è stato quello di valutare la risposta della componente macrobentonica a variazioni morfodinamiche conseguenti alla differente gestione. I principali risultati possono essere così riassunti. Bellocchio, sito naturale, si è rivelato il più differente per tipologia di sedimento, fine e argilloso, e comunità presenti, con specie non tipiche delle spiagge sabbiose, quali Polydora e Mytilus galloprovincialis. Lido di Dante, anch’esso naturale, si pone all’opposto, con un sedimento più grossolano e caratterizzato sia dalla dominanza di Lentidium mediterraneum, la cui presenza evidenzia il maggiore grado di idrodinamismo del sito, sia dalle specie Scolelepis squamata ed Eurydice spinigera, tipiche delle spiagge sabbiose esposte al moto ondoso. Cervia, Cesenatico e Cesenatico sud presentano un numero di specie e di individui minore rispetto agli altri siti, come probabile conseguenza della gestione antropica, e comunità che rispecchiano le variazioni idrodinamiche dovute alla presenza di barriere. In generale, le differenze individuate sia fra le comunità che fra i descrittori sedimentari e morfodinamici, sembrano dovute alle caratteristiche peculiari dei siti e dal grado di antropizzazione piuttosto che dalla presenza di un vero e proprio gradiente morfodinamico o geografico. Questi risultati portano un contributo sostanziale alla problematica generale dell’impatto conseguente ai cambiamenti climatici e alla messa in opera di programmi di gestione sostenibili da un punto di vista anche ambientale.

Ricerca e applicazione di metodologie ecotossicologiche nel monitoraggio di ambienti marino-costieri: Sviluppo di nuovi bioassay e biomarker

Obiettivo del lavoro è stato lo sviluppo e la validazione di nuovi bioassay e biomarker quali strumenti da utilizzare in un approccio ecotossicologico integrato per il biomonitoraggio di ambienti marino-costieri interessati da impatto antropico negli organismi che vivono in tali ambienti. L’ambiente reale impiegato per l’applicazione in campo è la Rada di Augusta (Siracusa, Italia). Una batteria di bioassay in vivo e in vitro è stata indagata quale strumento di screening per la misura della tossicità dei sedimenti. La batteria selezionata ha dimostrato di possedere i requisiti necessari ad un applicazione di routine nel monitoraggio di ambienti marino costieri. L’approccio multimarker basato sull’impiego dell’organismo bioindicatore Mytilus galloprovincialis in esperimenti di traslocazione ha consentito di valutare il potenziale applicativo di nuovi biomarker citologici e molecolari di stress chimico parallelamente a biomarker standardizzati di danno genotossico ed esposizione a metalli pesanti. I mitili sono stati traslocati per 45 giorni nei siti di Brucoli (SR) e Rada di Augusta, rispettivamente sito di controllo e sito impattato. I risultati ottenuti supportano l’applicabilità delle alterazioni morfometriche dei granulociti quale biomarker di effetto, direttamente correlato allo stato di salute degli organismi che vivono in un dato ambiente. Il significativo incremento dell’area dei lisosomi osservato contestualmente potrebbe riflettere un incremento dei processi degradativi e dei processi autofagici. I dati sulla sensibilità in campo suggeriscono una valida applicazione della misura dell’attività di anidrasi carbonica in ghiandola digestiva come biomarker di stress in ambiente marino costiero. L’utilizzo delle due metodologie d’indagine (bioassay e biomarker) in un approccio ecotossicologico integrato al biomonitoraggio di ambienti marino-costieri offre uno strumento sensibile e specifico per la valutazione dell’esposizione ad inquinanti e del danno potenziale esercitato dagli inquinanti sugli organismi che vivono in un dato ambiente, permettendo interventi a breve termine e la messa a punto di adeguati programmi di gestione sostenibile dell’ambiente.

Determinazione di caffeina in acque superficiali e valutazione del bioaccumulo nei mitili

Finalità principale della Tesi è stata lo sviluppo di una linea di evidenza chimica che ha previsto la elaborazione di tre distinte procedure analitiche per la determinazione di caffeina con HPLC - MS, una delle quali messa a punto per matrici ambientali inorganiche (acque dolci e salate) e due delle quali specifiche per matrici biologiche (emolinfa e tessuti di Mytilus galloprovincialis). Esse sono state applicate a diversi casi di studio, cominciando dall’analisi di acque di mare prelevate al largo di Cesenatico (FC) e soggette in seguito ad aggiunta di varie concentrazioni di caffeina ai fini di analisi eco-tossicologiche. Le vasche, suddivise in quattro condizioni sperimentali, costituivano l’ambiente di esposizione di esemplari di Mytilus galloprovincialis, sottoposti a test con batterie di biomarker; campionando e analizzando le acque delle diverse vasche in diversi momenti nell’arco di una settimana di durata dell’esperimento, è stato possibile osservare una discrepanza significativa tra le concentrazioni predisposte e quelle effettivamente riscontrate, dovuta alla presenza di valori di fondo elevati (≈ 100 ng/l) nella matrice ambientale. Si è anche notata una cinetica di decadimento della sostanza di tipo esponenziale, più rapida dei casi di letteratura, ipotizzando che ciò avvenisse, oltre che per i normali fenomeni di termodegradazione e fotodegradazione, per l’attività di filtrazione dei molluschi. In seguito sono state raccolte aliquote di acqua presso i punti di immissione e di uscita dall’impianto di depurazione di Cervia (RA), nonchè campioni di acque superficiali, sia dolci che salate, riscontrando un ottimo abbattimento della sostanza da parte dell’impianto (≈ 99 %) e concentrazioni ambientali simili ai valori di fondo dell’esperimento (≈100 ng/l), inferiori rispetto a casi di letteratura per analoga matrice, anche a causa di intense precipitazioni atmosferiche in corrispondenza del prelievo. A suggello delle analisi relative alle acque si è provveduto ad esaminare anche acque di rubinetto, acque di rubinetto soggette a deionizzazione ed un’acqua minerale naturale imbottigliata e commercializzata, rilevando la presenza dello stimolante in ciascuno dei campioni (per ciò che concerne acque della rete idrica a valori simili a quelli ambientali, mentre per acque deionizzate ridotti di circa il 50% e per l’acqua imbottigliata testata abbattuti di oltre l’80%). Le ultime considerazioni sono state relative all’analisi di matrici biologiche mediante le procedure specificamente messe a punto; in questo caso, sia nell’emolinfa che nei tessuti prelevati dai mitili al termine dell’esperimento, si è osservato un bioaccumulo di caffeina che, per ciò che concerne la matrice fluida, è risultato correlato alla concentrazione di esposizione delle vasche, mentre relativamente ai tessuti si è evidenziato del tutto uniforme tra le condizioni sperimentali, facendo ipotizzare un bioaccumulo avvenuto nell’habitat marino, dovuto ai valori ambientali presenti.

Contribution of woody habitat islands to the conservation of birds and their potential ecosystem services in an extensive Colombian rangeland

The conservation of birds and their habitats is essential to maintain well-functioning ecosystems including human-dominated habitats. In simplified or homogenized landscapes, patches of natural and semi-natural habitat are essential for the survival of plant and animal populations. We compared species composition and diversity of trees and birds between gallery forests, tree islands and hedges in a Colombian savanna landscape to assess how fragmented woody plant communities affect forest bird communities and how differences in habitat characteristics influenced bird species traits and their potential ecosystem function. Bird and tree diversity was higher in forests than in tree islands and hedges. Soil depth influenced woody species distribution, and canopy cover and tree height determined bird species distribution, resulting in plant and bird communities that mainly differed between forest and non-forest habitat. Bird and tree species and traits widely co-varied. Bird species in tree islands and hedges were on average smaller, less specialized to habitat and more tolerant to disturbance than in forest, but dietary differences did not emerge. Despite being less complex and diverse than forests, hedges and tree islands significantly contribute to the conservation of forest biodiversity in the savanna matrix. Forest fragments remain essential for the conservation of forest specialists, but hedges and tree islands facilitate spillover of more tolerant forest birds and their ecological functions such as seed dispersal from forest to the savanna matrix.

Growth increments of the recent brachiopod Magellania venosa mechanically marked in Paso Comau and Comau Fjord, Chile, 2011/2012

Magellania venosa, the largest recent brachiopod, occurs in clusters and banks in population densities of up to 416 ind/m**2 in Comau Fjord, Northern Chilean fjord region. Below 15 m, it co-occurs with the mytilid Aulacomya atra and it dominates the benthic community below 20 m. To determine the question of why M. venosa is a successful competitor, the in situ growth rate of the brachiopod was studied and its overall growth performance compared with that of other brachiopods and mussels. The growth in length was measured between February 2011 and March 2012 after mechanical tagging and calcein staining. Settlement and juvenile growth were determined from recruitment tiles installed in 2009 and from subsequent photocensus. Growth of M. venosa is best described by the general von Bertalanffy growth function, with a maximum shell length (Linf) of 71.53 mm and a Brody growth constant (K) of 0.336/year. The overall growth performance (OGP index = 5.1) is the highest recorded for a rynchonelliform brachiopod and in the range of that for Mytilus chilensis (4.8-5.27), but lower than that of A. atra (5.74). The maximal individual production (PInd) is 0.29 g AFDM/ind/year at 42 mm shell length and annual production ranges from 1.28 to 89.25 g AFDM/year/m**2 (1-57% of that of A. atra in the respective fjords). The high shell growth rate of M. venosa, together with its high overall growth performance may explain the locally high population density of this brachiopod in Comau Fjord. However, the production per biomass of the population (P/B-ratio) is low (0.535) and M. venosa may play only a minor role in the food chain. Settling dynamics indicates that M. venosa is a pioneer species with low juvenile mortality. The coexistence of the brachiopod and bivalve suggests that brachiopod survival is affected by neither the presence of potential brachiopod predators nor that of space competitors (i.e. mytilids).

Biostratigraphical investigations of Lago d'Averno, near Naples

Remains of diatoms, molluscs, ostracods, foraminifera and pollen exines preserved in the sediments of Lago d'Averno, a volcanic lake in the Phlegrean Fields west of Naples, allowed us to reconstruct the changes in the ecological conditions of the lake and of the vegetation around it for the period from 800 BC to 800 AD. Lago d'Averno was at first a freshwater lake, temporarily influenced by volcanic springs. Salinity increased slowly during Greek times as a result of subsidence of the surrounding land. Saline conditions developed only after the lake was connected with the sea by a canal, when Portus Julius was built in 37 BC. The first post-Roman period of uplift ended with a short freshwater phase during the 7th century after Christ. Deciduous oakwoods around the lake was transformed into a forest of evergreen oaks in Greek times and thrived there - apparently almost uninfluenced by man - until it was felled, when the Avernus was incorporated into the new Roman harbour in 37 BC, to construct a shipyard and other military buildings there. Land-use was never more intense than during Roman times and weakest in Greek and Early Roman times, when the Avernus was considered a holy place, the entrance to the underworld.