Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE); Teilvorhaben 2: Genomsequenzierung und CORE-Datenbank

Anschrift
Universität Bielefeld - Centrum für Biotechnologie - Institut für Genomforschung und Systembiologie
33615 Bielefeld
Universitätsstr. 27
Kontakt
Dr. Andreas Schlüter
Tel: +49 521 106-8757
E-Mail: aschluet@cebitec.uni-bielefeld.de
FKZ
22006712
Anfang
01.08.2012
Ende
30.09.2015
Aufgabenbeschreibung
Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen und landwirtschaftlichen Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Verantwortlich für den anaeroben Abbau der Biomasse zu Biogas ist eine komplexe und dynamische Mikroflora bestehend aus einer Vielzahl von Bakterien und Archaeen. Die Mehrheit der beteiligten Mikroorganismen ist ebenso wie ihre Stoffwechselleistungen bislang nicht wissenschaftlich untersucht. Die Kenntnis der Biogas-Mikrobiologie wird jedoch als Schlüssel für die weitere technologische Optimierung der Biogasproduktion angesehen. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Zusammenhänge gewinnen Hochdurchsatztechnologien zur DNA-Analyse zunehmend an Bedeutung. Jedoch sind die hiermit erhaltenen Datenmengen bislang nur ansatzweise auswertbar, da es häufig an Referenzdaten mangelt. Um die Hochdurchsatz-DNA-Analytik auch für die Biogasforschung zu erschließen, soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine Referenzdatensammlung für das Kern- („core") Mikrobiom von Biogasanlagen aufgebaut werden. (1) Auswahl und Beprobung von repräsentativen Biogasanlagen, (2) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea, (3) Etablierung neuartiger Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren, (4) Sequenzierung der Genome der Isolate und bioinformatische Auswertung, (5) Sequenzierung von Metagenomen von Biogasanlagen.
Ergebnisdarstellung
Um die Bedeutung der sequenzierten Stämme in einer mikrobiellen BIogasgemeinschaft zu bestimmen, sind zunächst Metagenomsequenzen, repräsentativ für dieses Mikrobiom, erstellt worden. Im zweiten Schritt sind diese metagenomischen Sequenzen auf die Genome der 25 Isolates gemappt worden. Diese Fragment Recruitments haben gezeigt, dass der Stamm M. bourgensis MS2T die genetische Information der methanogenen Archaea vorherrschend in der untersuchten BIogasanalge fast vollständig repräsentiert. Im Falle des Isolates D. tunisiensis L3 konnten 97% der genomischen Sequenz durch Metagenomsequenzen abgedeckt werden. Die Annotation des L3 Genoms hat gezeigt, dass im Genom dieses Stammes Gene kodiert sind, deren Proteine im Abbau von vielen komplexen Zuckermolekülen involviert sind. Die im Rahmen dieses fermentativen Stoffwechsels erzeugten Endprodukte Acetat, CO2 und H2 dienen den methanogenen Archaea als Substrat für die Methanerzeugung. Im Falle von MS2T konnten im Genome 35 Determinanten vorhergesagt werden, die eine Rolle bei der Anpassung des Stammes an hohe Salzkonzentrationen spielen. Basierend auf diesen Eigenschaften wurde postuliert, dass M. bourgensis MS2T sich gut im Fermenterschlamm adaptieren kann und als mögliche Inokulum-Kultur denkbar wäre.

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