Ostseeküste unter der molekularbiologischen Lupe: TREC-Expedition zu Gast am Partnerinstitut IOW

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Die internationale Forschungsexpedition TREC (kurz für: TRaversing
European Coastlines) zur Erforschung der Wechselwirkungen von Land und
Meer entlang der europäischen
Küstenökosysteme hat die  deutsche  Ostsee  erreicht. Unter Federführung
des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) und der Tara
Ocean Foundation liegt ihr Schwerpunkt auf modernsten
molekularbiologischen Analysen als Grundlage für ein innovatives
Umweltmonitoring. Aktuell macht TREC Stopp beim Kooperationspartner
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), das als
‚Basislager‘ die derzeitigen Arbeiten in der Ostsee unterstützt.

Gemeinsame Pressemitteilung
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
Forschungsexpedition TREC

Die europäischen Küsten sind reich an biologischer Vielfalt und stellen
gleichzeitig wichtige Standorte für Industrie, Kultur und Kulturerbe dar.
Vierzig Prozent der europäischen Bevölkerung leben in einer Küstenregion,
und viele europäische Gesellschaften wurden und werden durch ihre
Beziehungen zum Meer geprägt. Anthropogene Eingriffe wie
Umweltverschmutzung, Landwirtschaft und Bauwesen sowie die Auswirkungen
des Klimawandels führen jedoch zu einem beschleunigten Verlust der
genetischen Artenvielfalt und zur Zerstörung funktionaler Ökosysteme.

Die kürzlich gestartete paneuropäische Forschungsexpedition TREC hat sich
zum Ziel gesetzt, über zwei Jahre hinweg zu erkunden, wie sich sowohl
natürliche als auch vom Menschen verursachte Faktoren wie Klimawandel und
Umweltverschmutzung auf Küstenökosysteme auswirken. Dazu sammelt das
Expeditionsteam entlang der europäischen Küsten in 22 europäischen Ländern
an 120 Probenahmestellen zu Land und zu Wasser mit Unterstützung von über
70 Kooperationspartnern Boden-, Sediment-, Aerosol- und Wasserproben sowie
ausgewählte Modellorganismen und zahlreiche Umweltdaten.

Startpunkt war Anfang April 2023 im französischen Roscoff in der Bretagne.
Nach Probenahmestationen in Frankreich, Belgien, Dänemark und entlang der
deutschen Nordseeküste beprobt die TREC-Expedition aktuell verschiedene
Entnahmestellen in und an der deutschen Ostsee. Das IOW half mit seiner
Ostsee-Expertise bei der Auswahl geeigneter Probenahmestellen und
unterstützt die aktuelle Feldarbeit mit Personal und Laborkapazitäten im
Institut.

„TREC bei uns zu Gast zu haben und ein so spannendes Forschungsvorhaben
unterstützen zu können, ist eine große Freude und auch Ehre für das IOW“,
kommentiert Heide Schulz-Vogt, stv. IOW-Direktorin den aktuellen TREC-
Stopp in Warnemünde. „Für unsere eigenen Arbeiten ist TREC eine wunderbare
Ergänzung, weil in unserem Arbeitsgebiet Ostsee zusätzliche umfangreiche,
detaillierte Daten erhoben werden, die wir in Bezug zu unseren eigenen
Beobachtungen setzen können“, so Schulz-Vogt.

„Die Zusammenarbeit mit lokalen Partnern entlang der TREC-Route wie dem
IOW ist bereichernd und auch kritisch für den Erfolg der Expedition. Hier
liegt die Kenntnis der lokalen Begebenheiten, und es liegt eine Fülle von
Untersuchen der entsprechenden Küstenbereiche vor, die für die Expedition
von unschätzbarem Wert ist. So können mit der speziellen molekularen
Expertise und Technologie am EMBL nachhaltige Synergien entstehen“,
ergänzt Detlev Arendt, EMBL-Gruppenleiter und Teil des TREC-
oordinationsteams. Der europäische Rahmen der Expedition bringe auch die
Notwendigkeit mit sich, überall Proben auf standardisierte Weise zu
sammeln, und verbessere damit die Vergleichbarkeit von Forschungsdaten
über den gesamten Kontinent. „Wo immer möglich, werden wir versuchen,
regionale oder nationale Forschungsansätze über den gesamten Kontinent zu
vernetzen“, unterstreicht Detlev Arendt.

Ein zentraler Forschungsansatz der TREC-Expedition ist die umfangreiche
und systematische Analyse von Umwelt-DNA und weiterer
molekularbiologischer  Komponenten, die aus den zahlreichen
Expeditionsproben isoliert werden. Die daraus gewonnenen Ergebnisse sollen
in Beziehung zu den anderen während der Expedition gemessenen Parametern
gesetzt werden. Die riesige, während der Expedition gewonnene Datenmenge
soll es dann ermöglichen, Muster zu erkennen, wie veränderliche
Umweltparameter die DNA und andere molekularbiologische Indikatoren der
Küstenlebensgemeinschaften beeinflussen.

„Um die Auswirkungen menschlicher Einflüsse auf die biologische Vielfalt
in Küstengebieten besser zu verstehen, müssen wir uns um die molekularen
und zellulären Grundlagen dieser Prozesse kümmern“, erläutert EMBL-Experte
Detlev Arendt. „Wir wollen nachvollziehen, wie genau die Organismen in
Ökosystemen miteinander interagieren, wie ihre Zellen auf bestimmte
Signale reagieren, und was im Detail passiert, wenn äußere Belastungen auf
ihre natürlichen Lebensräume einwirken“, betont Arendt.

„Die Land-, Luft- und Wasserproben enthalten Informationen zu Mitgliedern
verschiedener Ökosysteme, von Viren und Bakterien bis hin zu Algen,
Pflanzen und Tieren. So können wir Daten zu Faktoren wie Schadstoffen,
Antibiotika, Pestiziden oder Hormonen sowie über Temperatur, Salzgehalt
und Sauerstoffgehalt sammeln,” ergänzt EMBL-Meeresbiologin Elisa Merz. Die
Wissenschaftlerin untersucht als Teil des TREC-Probenentnahme-Teams die
molekularen Grundlagen der Interaktionen zwischen den Arten, die Rolle der
einzelnen Organismen in ihren Lebensräumen, und die Art und Weise, wie
Organismen auf ihre Umwelt reagieren und diese gleichzeitig beeinflussen.

„Die ‚molekularbiologische Lupe‘ zur Analyse von Umweltveränderungen, mit
der das TREC-Projekt arbeitet, ist ein hochinnovativer Ansatz für
Umweltmonitoring, an dessen Weiterentwicklung wir auch hier am IOW
arbeiten“, sagt Matthias Labrenz, Experte für Umweltmikrobiologie am IOW.
Er leitet das Verbundprojekt OTC Genomics im Zukunftscluster Ocean
Technology Campus Rostock, das mikrobielle Lebensgemeinschaften im Meer
als Detektoren für Schadstoffbelastungen nutzen will. „Die Vision ist
dabei, in Zukunft nicht mehr viele zeitaufwändige Analysen
unterschiedlichster Umweltparameter ausführen zu müssen, um den
Umweltzustand eines Meeresökosystems zu erfassen, sondern diesen direkt
aus der Umwelt-DNA abzuleiten.“ Ein wesentlicher Schlüssel, um das Tor zu
dieser Zukunft des Meeresschutzes zu öffnen, seien Methoden des Machine-
Learnings aus dem Werkzeugkasten der Künstlichen Intelligenz, die in einem
riesigen Datenmeer diejenigen DNA-Muster erkennen sollen, die
Schadstoffbelastungen anzeigen. „Aktuell beproben wir zeitlich und
räumlich sehr intensiv einen Ostsee-Küstenabschnitt, in dem auch TREC-
Probennahmen stattfinden. Es wird daher für beide Seiten äußerst spannend
sein, die Ergebnisse im gemeinsamen Kontext zu betrachten,“ schließt
Matthias Labrenz.

TREC: Eine paneuropäische Expedition zur Untersuchung von
Küstenökosystemen

Das vom Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), der Tara
Ocean Foundation, dem Tara Oceans Konsortium und mehr als 70 weiteren
Partnerinstitutionen konzipierte Programm TREC bringt das
interdisziplinäre Fachwissen von 150 Forschungsgruppen zusammen. TREC
stützt sich dabei auf die Ressourcen, Infrastruktur, Wissen und Erfahrung
des EMBL. Diese schließen zum Beispiel neue mobile EMBL-Labors, die
entlegene Orte anfahren können, sowie ein umfangreiches Netz europäischer
Partnereinrichtungen mit ein.

Die mobilen EMBL-Labors beinhalten modernste Lichtmikroskopie,
Probenvorbereitung für (Kryo)-Elektronenmikroskopie und Single Cell
Sequencing. Außerdem werden fortschrittliche Instrumente für
Umweltmessungen an Boden-, Luft-, Sediment- und Wasserproben zur
Standardausrüstung gehören.

Im Rahmen des TREC-Programms führt die Tara Ocean Foundation ihre 13.
wissenschaftliche Expedition durch: Tara EUROPA. Der Schoner Tara fährt in
zwei aufeinanderfolgenden Jahren die europäischen Küsten über eine
Entfernung von 13 780 Seemeilen (25 520 km) ab. Gleichzeitig nutzt das
EMBL mobile Labore für die Probenentnahme und -aufbereitung an Land und
stellt hochmoderne Technologien als mobile Dienstleistungen entlang der
europäischen Küsten bereit. An jedem Ort, an dem das EMBL-Team mit dem
mobilen Labor Boden-, Sediment- und Flachwasserproben entnimmt, beprobt
der Schoner Tara die dazugehörigen Meeresökosysteme - am selben Tag und in
unmittelbarer Nähe.

Die Forschenden sammeln systematisch und standardisiert Boden-, Sediment-,
Aerosol- und Wasserproben sowie ausgewählte Modellorganismen und
zahlreiche Umweltdaten in Schlüsselregionen: in städtischen Gebieten,
landwirtschaftlichen Regionen, Flussmündungen und unberührten Gebieten.
Die Wissenschaftler*innen untersuchen so ein breites Spektrum
anthropogener und natürlicher Faktoren, wie das Vorhandensein von
Kunststoffen, Antibiotika, Pestiziden oder Hormonen, aber auch Faktoren
wie Temperatur, pH-Wert und bestimmte geophysikalische Parameter.

Das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie

Das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) ist Europas
Forschungseinrichtung für Lebenswissenschaften. Als wissenschaftlicher
Wegbereiter koordinieren wir biowissenschaftliche Forschung in ganz
Europa. Unsere herausragende Grundlagenforschung sucht nach kooperativen
und interdisziplinären Lösungen für einige der größten Herausforderungen
unserer Gesellschaft. Unser Fokus liegt außerdem auf der Ausbildung von
Studierenden und Forschenden, der (Weiter-)Entwicklung neuer  echnologien
und Methoden, und auf der Bereitstellung einer hochmodernen
Forschungsinfrastruktur mit einem breiten Angebot an Experiment- und
Datendiensten. Das EMBL ist eine zwischenstaatliche Organisation mit 28
Mitgliedsstaaten, einem assoziierten Mitglied und zwei
Mitgliedskandidaten. An unseren sechs Standorten in Barcelona, Grenoble,
Hamburg, Heidelberg, Hinxton bei Cambridge und Rom erforschen wir das
Leben in seinem natürlichen Kontext, von Molekülen bis hin zu Ökosystemen.
<www.embl.org>

Die Tara Ocean Foundation

Die Stiftung Tara Ocean ist die erste gemeinnützige Stiftung in
Frankreich, die sich dem Ozean widmet. Sie hat zwei Hauptaufgaben: den
Ozean zu erforschen, um ihn besser zu verstehen, und wissenschaftliche
Erkenntnisse über den Ozean zu kommunizieren, um ein kollektives
Bewusstsein bei den Bürgern zu schaffen. Seit 20 Jahren ermittelt die
Stiftung in Zusammenarbeit mit internationalen Forschungslaboratorien auf
hohem Niveau wissenschaftliche Erkenntnisse über den Ozean, um die mit
Klima- und Umweltrisiken verbundenen Umbrüche sowie die Auswirkungen der
verschiedenen Formen von Umweltverschmutzung zu erforschen, zu verstehen
und vorherzusehen. Um den Ozean zu einer gemeinsamen Verantwortung zu
machen und ihn zu erhalten, bemüht sich die Tara Ocean Foundation auch
darum, möglichst viele Menschen für die Ozeanforschung zu sensibilisieren
und die jüngeren Generationen zu erziehen. Den Ozean zu erforschen und zu
schützen bedeutet, sich um das globale System unseres Planeten zu kümmern.
<www.fondationtaraocean.org>