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) 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 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 Biogas und anderen Wertstoffen aus erneuerbaren Ressourcen zu erschließen.

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.

Unsere Forschungsthemen im Einzelnen:

  • Vergärung lignocellulosereicher und stickstoffreicher Abfall- und Reststoffe
  • Bioaugmentation von anaeroben Bioreaktoren
  • Sekundäre Pflanzenstoffe im Biogasprozess
  • Spurenelemente im Biogasprozess
  • Biotechnologische Nutzung von Gärungsprozessen (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 (in Kooperation mit der AG Systembiologie mikrobieller Gemeinschaften)
Tarek M.M. Hamed Elzamel
Athaydes Francisco Leite jr.
Andreas Hardy Keller
Rico Lucas
Emine Gözde Özbayram
Denny Popp
Babett Wintsche
Hongyun Zhu

Techniker/-innen

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

Studenten/-innen

Diana Engberg
Miriam Kokal
Malte Stadtmann
Eric Witt


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
  • 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)