Abteilung Biogeochemie

Schwerpunkt der Forschung in der Abteilung Biogeochemie ist das Verständnis der Wechselwirkung langlebiger Radionuklide mit Biosystemen. Dabei interessieren uns die verschiedenen Ebenen vom Biomolekül über einzelne Organismen bis hin zu komplexen Lebensgemeinschaften. Ziel ist es einerseits zu verstehen, welchen Einfluss biologische Systeme auf das Verhalten von Radionukliden in der Umwelt haben (Freisetzung, Mobilität und Bioverfügbarkeit). Andererseits erforschen wir die Effekte von Radionukliden auf den Stoffwechsel von Zellen und den ganzen Organismus (Aufnahme, Anreicherung, Chemo- und Radiotoxizität) und die daraus resultierenden Gefahren für uns Menschen.

Mit modernsten molekularbiologischen, spektroskopischen und mikroskopischen Methoden(1) arbeiten wir in den Bereichen der Endlagerforschung zur Verbesserung der Langzeitsicherheit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle und der Radioökologie zum Schutz von Mensch und Umwelt vor den Gefahren natürlich und künstlich freigesetzter Radionuklide.

Neben der Grundlagenforschung ist es unser Ziel, die gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung innovativer Sanierungsverfahren und der Verbesserung von Modellen zur Beschreibung des Verhaltens von Radionukliden in der Umwelt einzusetzen.

Interesse an einer Mitarbeit?

Zur Unterstützung unserer Arbeiten suchen wir fortwährend Studenten (m/w/d) und Praktikanten (m/w/d) aus der Biologie, Chemie und den Umweltwissenschaften, die entweder ihre Abschlussarbeit bei uns machen oder einfach nur praktische Erfahrung sammeln wollen. Interessiert? Dann melde Dich gerne zur Klärung aller offenen Fragen.

Arbeitsgebiete

Arbeitsgebiete der Abteilung Biogeochemie am Institut für Ressourcenökologie ©Copyright: Dr. Matschiavelli, Nicole
  • Bestimmung der mikrobiellen Diversität in schwermetall- und radionuklid-kontaminiertem Wasser und Boden (u. a. aus Hinterlassenschaften des ehemaligen Uranbergbaus) sowie in Wirtsformationen von möglichen Standorten für Endlager radioaktiver Abfälle
  • Untersuchung der Wechselwirkung von mikrobiellen Referenzstämmen und Isolaten mit Radionukliden
  • Wechselwirkung von eukaryotischen Zellen mit Radionukliden, insbesondere mit Pflanzen, Pilzen, Schwämmen und Algen
  • Untersuchung der Wechselwirkung ausgewählter Bioliganden und Modellverbindungen mit Radionukliden
  • Charakterisierung von mikrobiellen Prozessen, die die Bedingungen einer tiefengeologischen Lagerung von hoch-radioaktivem Abfall beeinflussen können (z. B. Umwandlung von Bentonit als Barrierematerial)
  • Berechnung und Bestimmung der umweltrelevanten Metallspeziation
  • Überprüfung und Validierung von Transportmodellen
  • Charakterisierung von Partikeln in der Umwelt, die einen Einfluss auf den Transport von Radionukliden haben
  • Untersuchung der Transportprozesse von Radionukliden durch Partikel (einschließlich Mikroben) in natürlichen Wässern

Neuste Publikation

Effect of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on rat NRK-52E and human HEK-293 kidney cells in vitro

Senwitz, C.; Butscher, D.(2); Holtmann, L.(3); Vogel, M.(4); Steudtner, R.(5); Drobot, B.(6); Stumpf, T.(7); Barkleit, A.(8); Heller, A.(9)

Heavy metals pose a potential health risk to humans when they enter the organism. Renal excretion is one of the elimination pathways and, therefore, investigations with kidney cells are of particular interest. In the present study, the effects of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on rat and human renal cells were investigated in vitro. A combination of microscopic, biochemical, analytical, and spectroscopic methods was used to assess cell viability, cell death mechanisms, and intracellular metal uptake of exposed cells as well as metal speciation in cell culture medium and inside cells.

For Eu(III) and U(VI), cytotoxicity and intracellular uptake are positively correlated and depend on concentration and exposure time. An enhanced apoptosis occurs upon Eu(III) exposure whereas U(VI) exposure leads to enhanced apoptosis and (secondary) necrosis. In contrast to that, Ba(II) exhibits no cytotoxic effect at all and its intracellular uptake is time-independently very low. In general, both cell lines give similar results with rat cells being more sensitive than human cells.

The dominant binding motifs of Eu(III) in cell culture medium as well as cell suspensions are (organo-) phosphate groups. Additionally, a protein complex is formed in medium at low Eu(III) concentration. In contrast, U(VI) forms a carbonate complex in cell culture medium as well as each one phosphate and carbonate complex in cell suspensions. Using chemical microscopy, Eu(III) was localized in granular, vesicular compartments near the nucleus and the intracellular Eu(III) species equals the one in cell suspensions.

Overall, this study contributes to a better understanding of the interactions of Ba(II), Eu(III), and U(VI) on a cellular and molecular level. Since Ba(II) and Eu(III) serve as inactive analogs of the radioactive Ra(II) and Am(III)/Cm(III), the results of this study are also of importance for the health risk assessment of these radionuclides.

Keywords: Cytotoxicity; Radionuclides; Kidney cells; Heavy metal speciation; TRLFS; Chemical microscopy

Projekte

Eine Übersicht abgeschlossener Projekte finden Sie hier(13).

Team

Foto: Gruppenbild der Abteilung Biogeochemie des Instituts für Ressourcenökologie ©Copyright: Dr. Johannes Raff

Leitung

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Johannes Raff801/P3142951
j.raffAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Rahel Bertheau801/P3543138
Julia Marie Dauwe801/P3062860
j.dauweAthzdr.de
Dr. Björn Drobot801/P3172895
b.drobotAthzdr.de
Katrin Flemming801/P3092958
k.flemmingAthzdr.de
Dr. Alix Günther801/P2562433
2522
a.guentherAthzdr.de
Max Klotzsche801/P3063241
m.klotzscheAthzdr.de
Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch801/P2522076
e.krawczyk-baerschAthzdr.de
Raul Eduardo Linares Jimenez801/P2052438
r.linares-jimenezAthzdr.de
Dr. Henry Moll801/P2562433
2549
h.mollAthzdr.de
Antonio Newman Portela801/P1032720
a.newman-portelaAthzdr.de
Dr. Susanne Sachs801/P2082436
s.sachsAthzdr.de
Jana Seibt801/P2193194
2510
j.seibtAthzdr.de
Dr. Robin Steudtner801/P3172895
r.steudtnerAthzdr.de
Lukas Waurick801/P3063241
l.waurickAthzdr.de

MICRONUC

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Andrea Cherkouk801/P3562989
a.cherkoukAthzdr.de
Sindy Kluge801/P2193194
s.klugeAthzdr.de
Dr. Nicole Matschiavelli801/P3182759
n.matschiavelliAthzdr.de
Dr. Ting-Shyang Wei801/P3182759
t.weiAthzdr.de

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Dr. Johannes Raff

Lei­ter Biogeochemie
j.raffAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2951

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(4) https://orcid.org/0000-0003-1370-1001
(5) https://orcid.org/0000-0002-3103-9587
(6) https://orcid.org/0000-0003-1245-0466
(7) https://orcid.org/0000-0002-4505-3865
(8) https://orcid.org/0000-0003-3241-3443
(9) https://orcid.org/0000-0002-9995-0879
(10) https://doi.org/10.1016%2Fj.scitotenv.2024.171374
(11) https://www.radonorm.eu
(12) https://pianoforte-partnership.eu/
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