Prof.Dr. Paul Scherer
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31.01.2011

Die auf molekularen Gensonden basierende quantitative Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH), konnte erfolgreich zum ersten Mal fur faserreiche Medien etabliert werden. Hierzu wurde ein Gensonden-Set fur die funf wichtigsten methanogenen und zehn wichtigsten hydrolytischfermentativen Organismengruppen, sowie vier Kontrollsonden zusammengestellt: Methanobacteriales, Methanomicrobiales, Methanococcales, Methanosarcinaceae, Methanosaetaceae, Spirochaetes, Chloroflexi, Firmicutes, Bacteroidetes, Planctomycetes, al- Proteobacteria, be-Proteobacteria, ga-Proteobacteria, de-Proteobacteria, Actinobacteria, Domane Archaea, Domane Bacteria, Universalsonde und Nonsens-Sonde. Die zu einem hohen Anteil in feststoffreichen NawaRo-Biogasanlagen enthaltenen Pflanzenfasern, Mineralien und bakteriellen Aggregate konnten durch den Einsatz eines bis dato fur diesen Zweck noch nicht eingefuhrten Mikrodispergierwerkzeugs aufgeschlossen werden. Durch diese Homogenisation gelang es ohne grose Zellverluste (unter 6% der gesamt Population) Fasern, Partikel und Aggregate aufzuschliesen und die an ihnen haftenden Organismen zu losen. Durch die parallele Erweiterung des Hybridisierungsprotokolls (Waschschritte, SDS- und Pufferkonzentration), konnte die Hybridisierungsquantitat (Verhaltnis der positiv mit der Universalsonde markierten Zellen zu einer Gesamtzellfarbung) auf einen Bereich zwischen 75 und 90% gesteigert werden. Durch den Einsatz eines semiautomatischen digitalen Bildanalysesystems, konfiguriert an der HAW HH, konnte das hohe atenaufkommen von 450 digitalen Bildern mit je bis zu 2000 Zellen pro Hybridisierung bewaltigt werden. Um das Hybridisierungsverfahren auf die wchselnden Bedingungen in verschiedenen industriellen Biogasanlagen optimal einstellen zu konnen, wurde der Auswertung eine Snap-Shot g Probe-Hybridisierung vorgelagert. Die in diesem Projekt entwickelte Technik konnte erfolgreich an Biogasfermentern im Labormasstab sowie an industriellen NawaRo-Biogasanlagen erstm

Es soll eine molekularbiologische, praxistaugliche, sowie quantitative Systemanalyse zur Hochdurchsatzvergärung von NawaRo (Rüben/Mais) erarbeitet werden, um die bislang mikrobiologische "Black Box" solcher Biogasanlagen besser verstehen zu können. Ein wichtiger neuer Aspekt der geplanten Arbeiten ist,dass der Einfluss der Prozessparameter auf die Veränderung der methanogenen Population und die Durchsatzleistung eines Bigasreaktors erfasst wird. Aufbauend auf bereits erfolgten RFLP-Analysen sollen für die primär an der Methanogenese beteiligten Organismengruppen sog. FISH Gensonden spezifisch erstellt werden. Die FISH- ist im Gegensatz zur RFLP-Methodik quantitativ und soll parallel fluoreszenzmikroskopische Bildanalysen validieren. Durch die Anwendung der FISH-Technik kann die Analysendauer für eine RFLP-Analyse von 5-6 Wochenf auf 1-2 Tagen gesenkt werden. Die erstellte Systemanalyse mit der molekularbiologischen FISH-Technik soll auch im praktischen Einsatz an großen Biogasanlagen getestet werden. Ziel ist es, reproduzierbare Handlungsweisen zum sicheren Start und Betrieb einer Hochdurchsatzvergärung zu erarbeiten, damit dieses Wissen von Betreibern genutzt werden kann.