Department Isotopenbiogeochemie

Welche Rolle spielen biogeochemische Prozesse für die Funktionalität von Ökosystemen, wenn diese nachhaltig gemanagt werden sollen? Wie können stabile Isotopenmessungen helfen, das Schicksal von Chemikalien in anoxischen Umgebungen wie zum Beispiel Boden-Aquifer Systemen, Süßwasser und Tiefseesedimenten, aber auch Bioreaktoren zu verstehen? Wie beeinflussen Struktur, Funktion, Aktivität und Regulation von Mikroorganismen und mikrobiellen Gemeinschaften die Kreisläufe von Elementen in der Umwelt auf Zellniveau bis hin zu makroskopischen Skalen?

Um diese und viele weitere Fragestellungen beantworten zu können, müssen wir die Aktivität von einzelnen Zellen sowie Zellgemeinschaften in komplexen Umgebungen und das Schicksal von Chemikalien unter in-situ relevanten Bedingungen verstehen. Dazu benötigen wir Konzepte und Methoden, mit denen das Schicksal von Chemikalien nachverfolgt werden kann und mit denen es möglich ist, Mikrobiota und ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt zu analysieren.

Unsere Methoden im Department Isotopenbiogeochemie (ISOBIO) umfassen innovative Kombinationen von anaerober Kultivierung, CSIA (Compound Specific Isotope Analysis), molekularbiologischen Methoden, hochauflösender Massenspektrometrie zur Protein- und Metabolitenanalyse sowie korrelativer chemischer Mikroskopie. Wir nutzen hochauflösende bildgebende Verfahren in Kombination mit chemischer Analytik und der Messung stabiler Isotope als Prozessindikator für biogeochemische Prozesse. Wir sind Experten für mikrobielle reduktive Dehalogenierung, den anaeroben Kohlenwasserstoffabbau, in-situ Mikrokosmen mit isotopisch markierten Substanzen in Böden und Grundwasser, Stabile-Isotope-Analytik für forensische Fragestellungen und Isotopenfraktionierungsstudien, um biogeochemische Prozesse zu charakterisieren. Wir betreiben die Forschungsplattformen ProVIS - Zentrum zur Visualisierung biochemischer Prozesse auf zellulärer Ebene sowie das Labor für Stabile Isotope des UFZ mit modernster Analytik.

Für die Untersuchung biogeochemischer Prozesse entwickeln wir neue Isotopen- und mikroskopische Techniken. Wir wollen die mikrobiologischen Prozesse des anaeroben Abbaus von Kohlenwasserstoffen, halogenierten organischen Verbindungen und neuen sogenannten „emerging Contaminants“ in Ökosystemen auf mikrobiologischer, biochemischer und genetischer Ebene verstehen, um Ökosystemleistungen quantifizieren zu können. Darüber hinaus vertiefen wir das Verständnis der biogeochemischen Kreisläufe der biologischen Elemente C, N, P, S sowie verschiedener Metalle in terrestrischen Umweltsystemen. Wir untersuchen die mikrobielle Korrosion, um Schädigungen der Gas- und Ölinfrastruktur zu vermindern. Kenntnisse über die Korrosion von Mineralen helfen uns, biotechnologische Laugungsverfahren zu entwickeln, mit denen Metallen und seltenen Erden gewonnen werden können.

Unser Ziel ist es, biochemische Reaktionen auf verschiedenen Ebenen von der Zelle und Biofilmen hin zu makroskopischen Skala zu analysieren und zu verstehen.