Mikrobiologie anaerober Systeme

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Forschungsthemen

Zu den anaeroben Mikroorganismen gehören die ältesten Lebensformen 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 globale Stoffkreisläufe, den Abbau von Schadstoffen in anoxischen Umweltsystemen und für viele biotechnologische Prozesse wie die Abwasserbehandlung und die Vergärung von Biomasse und organischen Abfällen zu Biogas und anderen Produkten.

Die AG Mikrobiologie Anaerober Systeme (MicAS) erforscht die Ökologie und Physiologie anaerober mikrobieller Gemeinschaften in natürlichen und technischen Ökosystemen mit dem Ziel, die Stoffwechselaktivitäten anaerober Mikroorganismen für biotechnologische Anwendungen zu nutzen sowie die ökophysiologische Funktion von bisher nicht kultivierten Organismen und ihre Bedeutung für mikrobielle Ökosystemdienstleistungen aufzuklären.

In technischen Systemen wie anaeroben Bioreaktoren entwickeln wir mikrobiologische Strategien zur Prozessoptimierung. Ziele sind i) mikrobielle Parameter zur Prozesssteuerung zu identifizieren und ii) neue Stoffströme und mikrobielle Ressourcen für die Produktion von Wertstoffen und Energieträgern aus erneuerbaren Ressourcen zu erschließen.

In Umweltsystemen, z.B. kontaminierten Grundwasserleitern, untersuchen wir die Rolle anaerober Mikroorganismen in biogeochemischen Kreisläufen und beim Abbau organischer Schadstoffe.

Aktuelle Forschungsthemen im Einzelnen:

  • Vergärung lignocellulosereicher und stickstoffreicher Abfall- und Reststoffe
  • Bioaugmentation von anaeroben Bioreaktoren
  • Spurenelemente im Biogasprozess
  • Gärungsprozesse zur stofflichen Nutzung von Biomasse und organischen Reststoffen (Carboxylat-Plattform)
  • Prozessüberwachung anhand der Biogas-Isotopensignatur
  • Kohlenstoffflüsse und syntrophe Interaktionen in anaeroben Konsortien
  • Metagenombasierte Analyse metabolischer Netzwerke in anaeroben Konsortien
  • Mikrobielle Ökologie BTEX-kontaminierter Grundwasserleiter

AG MicAS Dezember 2015

Doktoranden/-innen

Fabian Bonk
Tarek M.M. Hamed Elzamel
Andreas Hardy Keller
Athaydes Francisco Leite
Bin Liu
Rico Lucas
Emine Gözde Özbayram
Babett Wintsche

Techniker/-innen

Birke Brumme
Elke Häusler
Ute Lohse
Lisa-Marie Bangen (Auszubildende)

Studenten/-innen



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)
  • Next Generation Sequencing (Shot Gun, Amplicon Sequencing)
  • Genom- und Metagenom-Analyse, Genomannotation (Genoscope)
  • Epifluoreszenzmikroskopie, FISH, CARD-FISH
  • 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. Molekulare Systembiologie)