Mikrobiologie anaerober Systeme

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:

Anaerobe Konversion lignocellulosereicher und stickstoffreicher Abfall- und Reststoffe
Bioaugmentation von anaeroben Bioreaktoren
Spurenelemente im Biogasprozess
Gärungsprozesse zur stofflichen Nutzung von Biomasse und organischen Reststoffen (Carboxylat-Plattform, Syngas-Plattform)
Biologische Methanisierung von Wasserstoff aus Überschussstrom (Power-to-Gas)
Prozessüberwachung anhand der Biogas-Isotopensignatur
Kohlenstoffflüsse und syntrophe Interaktionen in anaeroben Konsortien
Metagenombasierte Analyse metabolischer Netzwerke in anaeroben Konsortien
Mikrobielle Ökologie BTEX-kontaminierter Grundwasserleiter

Studierende und Hiwis

Felix Kaufmann
Paul Kluge
Michael Schmidt
Linglong Yu

Technikerinnen

Elke Häusler
Ute Lohse

Gastwissenschaftler/-innen

Frederik Rask Dalby

Alumni

Lisa-Marie Bangen
Birke Brumme
Dr. Franziska Bühligen
Dr. Tarek M.M. Hamed Elzamel
Dr. Christin Koch
Dr. Athaydes Leite
Dr. Zuopeng Lv
Dr. Denny Popp
Dr. Katharina Porsch
Sebastian Röther
Dr. Babett Wintsche

Laufende Projekte

Helmholtz-Forschungsprogramm Erneuerbare Energien: Nachhaltige Biotechnologie und Bioökonomie (SusBioTech)

Helmholtz-Forschungsprogramm Terrestrische Umwelt: Umweltverhalten von Chemikalien

INNO INDIGO IPP3 S&T Biobased Energy: Entwicklung effizienter Biomasse-Konversionspfade für die Produktion und Verwertung von Biokraftstoffen (CONVER-B), BMBF FKZ 01DQ17016

IBÖM02: Biobasierte Capron- und Caprylsäure – Herstellung, Aufreinigung, Vermarktungsstrategie (CapAcidy), BMBF FKZ 031B0389B

Abgeschlossene Projekte

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

Nachhaltige Bioökonomie in Brasilien: Biogas aus Zuckerrohr-Abfällen in der brasilianischen Bioethanol-Industrie (iNoPa-Projekt)

Verbundvorhaben: Spurenelemente durch Energiepflanzen - Stoffströme und Handlungsempfehlungen für eine optimierte Prozessbiologie in Biogasanlagen (NiCo), FNR FKZ 22019214

Externe Kooperationspartner

Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ) / Bereich Biochemische Konversion / Bereich Bioraffinerien

Isodetect

Fachhochschule Nordhausen / Fachbereich Ingenieurwissenschaften

Universität Leipzig / Institut für Organische Chemie

Georg-August-Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum, Abteilung Sedimentologie und Umweltgeologie

FG Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft, Institut IWAR der TU Darmstadt

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik 2 - Technische Biologie

Universität Konstanz, Fachbereich Biologie

University of Eastern Finnland, School of Forest Sciences

Jadavpur University, Chemical Engineering Department

Dept. Mikrobiologie, Eötvös-Loránd-Universität Budapest

Inter Baltic Biogas Arena (IBBA)

SLU Biogas Center

Microbial Physiology Group, Wageningen University

Department of Engineering, Aarhus University

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

Kontakt

Dr. Sabine Kleinsteuber

Department Umweltmikrobiologie
Arbeitsgruppe Mikrobiologie anaerober Systeme
sabine.kleinsteuber@ufz.de

Tel.: +49 341 235-1325
Permoserstraße 15 | 04318 Leipzig

Aktuelles

Wir suchen Studierende der Biologie, Biochemie oder Biotechnologie für Praktika, Bachelor-/Master- oder Diplomarbeiten. Interessiert? Kontaktieren Sie uns!

Aktuelle Publikationen

2019 (3)

Bonk, F., Popp, D., Weinrich, S., Sträuber, H., Becker, D., Kleinsteuber, S., Harms, H., Centler, F., (2019):
Determination of microbial maintenance in acetogenesis and methanogenesis by experimental and modeling techniques
Front. Microbiol. 10 , art. 166
Volltext (URL)
Lv, Z., Leite, A.F., Harms, H., Glaser, K., Liebetrau, J., Kleinsteuber, S., Nikolausz, M., (2019):
Microbial community shifts in biogas reactors upon complete or partial ammonia inhibition
Appl. Microbiol. Biotechnol. 103 (1), 519 - 533
Volltext (URL)
Meng, X., Liu, B., Zhang, H., Wu, J., Yuan, X., Cui, Z., (2019):
Co-composting of the biogas residues and spent mushroom substrate: Physicochemical properties and maturity assessment
Bioresour. Technol. 276 , 281 - 287
Volltext (URL)

2018 (19)

Bonk, F., Popp, D., Weinrich, S., Sträuber, H., Kleinsteuber, S., Harms, H., Centler, F., (2018):
Ammonia inhibition of anaerobic volatile fatty acid degrading microbial communities
Front. Microbiol. 9 , art. 2921
Volltext (URL)
Bonk, F., Popp, D., Weinrich, S., Sträuber, H., Kleinsteuber, S., Harms, H., Centler, F., (2018):
Intermittent fasting for microbes: how discontinuous feeding increases functional stability in anaerobic digestion
Biotechnol. Biofuels 11 , art. 274
Volltext (URL)
Günther, S., Becker, D., Hübschmann, T., Reinert, S., Kleinsteuber, S., Müller, S., Wilhelm, C., (2018):
Long-term biogas production from glycolate by diverse and highly dynamic communities
Microorganisms 6 (4), art. 130
Volltext (URL)
Janke, L., Weinrich, S., Leite, A.F., Sträuber, H., Radetski, C.M., Nikolausz, M., Nelles, M., Stinner, W., (2018):
Year-round biogas production in sugarcane biorefineries: Process stability, optimization and performance of a two-stage reactor system
Energy Conv. Manag. 168 , 188 - 199
Volltext (URL)
Kahl, S., Kleinsteuber, S., Nivala, J., van Afferden, M., Reemtsma, T., (2018):
Emerging biodegradation of the previously persistent artificial sweetener acesulfame in biological wastewater treatment
Environ. Sci. Technol. 55 (5), 2717 - 2725
Volltext (URL)
Keller, A.H., Kleinsteuber, S., Vogt, C., (2018):
Anaerobic benzene mineralization by nitrate-reducing and sulfate-reducing microbial consortia enriched
from the same site: comparison of community composition and degradation characteristics
Microb. Ecol. 75 (4), 941 - 953
Volltext (URL)
Keller, A.H., Kleinsteuber, S., Vogt, C., (2018):
Correction to: Anaerobic benzene mineralization by nitrate-reducing and sulfate-reducing microbial consortia enriched from the same site: comparison of community composition and degradation characteristics (vol 75, pg 941, 2017)
Microb. Ecol. 75 (4), 954 - 954
Volltext (URL)
Kleinsteuber, S., (2018):
Metagenomics of methanogenic communities in anaerobic digesters
In: Stams, A.J.M., Sousa, D.Z., (eds.)
Biogenesis of hydrocarbons
Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology
Springer International Publishing, Cham,
Volltext (URL)
Lian, S., Nikolausz, M., Nijenhuis, I., Leite, A.F., Richnow, H.H., (2018):
Biotransformation and inhibition effects of hexachlorocyclohexanes during biogas production from contaminated biomass characterized by isotope fractionation concepts
Bioresour. Technol. 250 , 683 - 690
Volltext (URL)
Liebetrau, J., Weinrich, S., Sträuber, H., Kretzschmar, J., (2018):
Anaerobic fermentation of organic material: biological processes and their control parameters
In: Meyers, R.A., (ed.)
Encyclopedia of sustainability science and technology
Springer, New York, p. 1 - 30
Volltext (URL)
Lv, Z., Jiang, J.H., Liebetrau, J., Richnow, H.H., Fischer, A., Ács, N., Nikolausz, M., (2018):
Ammonium chloride vs urea-induced ammonia inhibition of the biogas process assessed by stable isotope analysis
Chem. Eng. Technol. 41 (4), 671 - 679
Volltext (URL)
Meng, X., Liu, B., Xi, C., Luo, X., Yuan, X., Wang, X., Zhu, W., Wang, H., Cui, Z., (2018):
Effect of pig manure on the chemical composition and microbial diversity during co-composting with spent mushroom substrate and rice husks
Bioresour. Technol. 251 , 22 - 30
Volltext (URL)
Ozbayram, E.G., Ince, O., Ince, B., Harms, H., Kleinsteuber, S., (2018):
Comparison of rumen and manure microbiomes and implications for the inoculation of anaerobic digesters
Microorganisms 6 (1), art. 15
Volltext (URL)
Ozbayram, E.G., Kleinsteuber, S., Nikolausz, M., Ince, B., Ince, O., (2018):
Enrichment of lignocellulose-degrading microbial communities from natural and engineered methanogenic environments
Appl. Microbiol. Biotechnol. 102 (2), 1035 - 1043
Volltext (URL)
Ozbayram, E.G., Kleinsteuber, S., Nikolausz, M., Ince, B., Ince, O., (2018):
Bioaugmentation of anaerobic digesters treating lignocellulosic feedstock by enriched microbial consortia
Eng. Life Sci. 18 (7), 440 - 446
Volltext (URL)
Robles, C., Nair, R.B., Kleinsteuber, S., Nikolausz, M., Sárvári Horváth, I., (2018):
Biogas production: microbiological aspects
In: Tabatabaei, M., Ghanavati, H., (eds.)
Biogas, Biofuel and Biorefinery Technologies
Biofuel and Biorefinery Technologies Vol. 6
Springer, Cham, p. 163 - 198
Volltext (URL)
Sträuber, H., (2018):
Mittelkettige Fettsäuren als Teilstrom des Biogasprozesses
DBFZ-Jahrestagung 2018: Energie & Stoffe aus Biomasse: Konkurrenten oder Partner? 19./20. September 2018
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH, Leipzig, S. 156
Volltext (URL)
Sträuber, H., Bühligen, F., Kleinsteuber, S., Dittrich‐Zechendorf, M., (2018):
Carboxylic acid production from ensiled crops in anaerobic solid‐state fermentation ‐ trace elements as pH controlling agents support microbial chain elongation with lactic acid
Eng. Life Sci. 18 (7), 447 - 458
Volltext (URL)
Wintsche, B., Jehmlich, N., Popp, D., Harms, H., Kleinsteuber, S., (2018):
Metabolic adaptation of methanogens in anaerobic digesters upon trace element limitation
Front. Microbiol. 9 , art. 405
Volltext (URL)