AG Mikrobiologie Anaerober Systeme


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Zu den anaeroben Mikroorganismen gehören die ältesten Lebensformen auf der Erde und die vielfältigsten Stoffwechseltypen, die jemals in der Evolution entstanden sind, beispielsweise die verschiedenen respirativen und fermentativen Formen der Energiegewinnung, Mechanismen der Kohlenstofffixierung oder die syntrophen Abbauwege, die Leben am Rande des thermodynamischen Limits ermöglichen. Anaerobe mikrobielle Konsortien sind essentiell für den biologischen Abbau von Schadstoffen in anoxischen Umweltsystemen und für viele biotechnologische Prozesse wie die Abwasserbehandlung und die Vergärung von Biomasse zur Biogasgewinnung.

Die AG Mikrobiologie Anaerober Systeme (MicAS) untersucht die mikrobielle Ökologie und Physiologie in anoxischen technischen Systemen und Umweltsystemen, um Schlüsselorganismen und ihre Funktion zu identifizieren und Kohlenstoff- und Energieflüsse sowie mikrobielle Interaktionen aufzuklären.

In technischen Systemen wie Biogasreaktoren entwickeln wir mikrobiologische Strategien zur Optimierung des Biogasprozesses. Die beiden Hauptziele sind dabei i) mikrobielle Parameter zur Prozesssteuerung zu identifizieren und ii) die Vergärbarkeit lignocellulosehaltiger Substrate zu verbessern.

In Umweltsystemen, z.B. kontaminierten Grundwasserleitern, untersuchen wir die Rolle anaerober Mikroorganismen in biogeochemischen Kreisläufen und beim Abbau von Schadstoffen. Dabei soll auch die ökophysiologische Funktion von nicht kultivierbaren Organismen aufgeklärt werden. Weiterhin suchen wir in Extremhabitaten nach biotechnologisch relevanten Mikroorganismen, z.B. für die Bioaugmentation der anaeroben Vergärung schwer abbaubarer Substrate.

Forschungsthemen:

  • Vergärung lignocellulosereicher Abfall- und Reststoffe
  • Vergärung stickstoffreicher Abfall- und Reststoffe
  • Sekundäre Pflanzenstoffe im Biogasprozess
  • Prozessüberwachung anhand der Biogas-Isotopensignatur
  • Kohlenstoffflüsse und syntrophe Interaktionen in anaeroben Konsortien
  • Molekulare mikrobielle Ökologie Kohlenwasserstoff-kontaminierter Grundwasserleiter


AG MicAS Mai 2014

Gruppenleiterin

Dr. Sabine Kleinsteuber

Wissenschaftler(innen)

Dr. Marcell Nikolausz

Dr. Katharina Porsch

Dr. Heike Sträuber

Doktorand(inn)en

Babett Arnold

Tarek M. M. Hamed Elzamel

Athaydes Francisco Leite Jr.

Andreas Hardy Keller

Rico Lucas

Zuopeng Lv

Denny Popp

Hongyun Zhu

Techniker(innen)

Birke Brumme

Ute Lohse   

Sebastian Röther

Studierende

Kristin Eichler

Aditya Shekhar

Nicole Thiemich

Hanna Wiese

Gastwissenschaftlerin

Dorota Rzechonek

Alumni

Dr. Christin Koch

Methoden

  • Anaerobkultivierung
  • Betrieb von Laborbiogasreaktoren (in Kooperation mit dem DBFZ)
  • Analytik (HPLC, GC, ...)
  • PCR-basierte Fingerprinting-Methoden (T-RFLP, SNuPE) auf DNA- und RNA-Ebene und unter Verwendung phylogenetischer und funktioneller Markergene
  • Klonierung, Sequenzierung (Sanger, Kapillarelektrophorese), phylogenetische Analyse
  • Quantitative PCR
  • Whole Genome Amplification (MDA)
  • 454 Pyrosequencing (Shot Gun, Amplicon Sequencing)
  • Genom- und Metagenom-Analyse, Genomannotation (Genoscope)
  • Epifluoreszenzmikroskopie, FISH, CARD-FISH
  • Durchflusszytometrie (in Kooperation mit der AG Flow-Cytometry)
  • Biokalorimetrie in Anaerobreaktoren (in Kooperation mit der AG Ökothermodynamik/Biokalorimetrie)
  • Analyse von stabilen Isotopen (in Kooperation mit dem Dept. Isotopenbiogeochemie)
  • Stable Isotope Probing von Nukleinsäuren (DNA-/RNA-SIP)
  • Protein-SIP (in Kooperation mit dem Dept. Proteomik)

Laufende Projekte

Helmholtz-Forschungsprogramm Erneuerbare Energien: Bioenergie

Helmholtz-Forschungsprogramm Terrestrische Umwelt: Umweltverhalten von Chemikalien

Verbundvorhaben: Überwachung von Biogasanlagen mittels der Analyse von Verhältnissen stabiler Isotope (ISOTOP-BIOGAS), FNR FKZ 22013013

Externe Kooperationspartner

Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ) / Bereich Biochemische Konversion

Isodetect

Fachhochschule Nordhausen / Fachbereich Ingenieurwissenschaften

Dept. Mikrobiologie, Eötvös-Loránd-Universität Budapest

Inter Baltic Biogas Arena (IBBA)

Dept. Mikrobiologie, SLU Uppsala (AG Anna Schnürer)

Microbial Ecology Group, Istanbul Technical University/Environmental Engineering Depart., Bogazici University/Inst. Environmental Sciences