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 4: Methanogene Archaea

Anschrift
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg - Fakultät Life Sciences
21033 Hamburg
Ulmenliet 20
Kontakt
Prof. Dr. Paul Scherer
Tel: +49 40 42875-6355
E-Mail: paul.scherer@haw-hamburg.de
FKZ
22006912
Anfang
01.08.2012
Ende
30.09.2015
Aufgabenbeschreibung
1. Ziele: Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Die für die Biogasgewinnung verantwortliche Mikroflora und ihre Stoffwechselleistungen sind bislang überwiegend nicht wissenschaftlich untersucht. Dies ist jedoch der Schlüssel für eine Optimierung und Effizienzsteigerung der Biogasproduktion. Dieses ehrgeizige Ziel läßt sich nur durch Kooperation von mehreren Arbeitsgruppen und Industriepartnern erreichen. Um moderne DNA-Analytik auch für die Biogasforschung zu erschließen, soll eine Referenzdatensammlung mit Metagenomen für das Kern- ("core") Mikrobiom aufgebaut werden. 2. Arbeitsplanung: (1) Auswahl und Beprobung von repräsentativen Biogasanlagen; (2) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea; (3) Etablierung neuer Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren; (4) Sequenzierung der Genome der Isolate und bioinformatische Auswertung; (5) Sequenzierung von Metagenomen; (6) Datenabgleich und Aufbau einer Referenzdatenbank für das Core-Mikrobiom und (7) Etablierung einer zeitnahen Diagnostik des Reaktorzustandes mittels MALDI-TOF/MS. Die entwickelte Referenzdatenbank wird ein wesentlicher Baustein für die effektive Anwendung von OMIK-Technologien zur weiteren Analyse und Optimierung der Biogastechnologie sein. Das Ziel unserer Arbeitsgruppe im Rahmen dieses Kooperationsprojektes ist die Isolierung und Charakterisierung von methanogenen Archaea, für die ein neuartiger, leistungsfähiger Methanbildner oder eine Symbiontenkultur gefunden werden soll, insbesondere auch thermophile Vertreter (Punkt 1, 2 und 3 des Verbundarbeitsplans). Aus ausgewählten Isolaten wird die DNA gereinigt und für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt. Es werden biochemische und physiologische Untersuchungen durchgeführt, um das methanogene Potential der Isolate zu ermitteln. Es
Ergebnisdarstellung
In Zusammenarbeit mit dem CeBiTec (TV2) konnte über Metagenomdaten erstmals ein Mikrobiom einer thermophilen, landwirtschaftlichen Biogasanlage erstellt werden, bei denen als Methanbildner die Methanomicrobia und Methanobacteria dominierten, während es bei den Bakterien (etwa 90 % der Population) die Clostridia, Bacilli und Thermotogae waren. Im Rahmen dieser Studie wurde erstmals eine einfache Kultivierungsmethode ohne ein kostenaufwendiges Anaerobenzelt entwickelt, um damit methanogene Isolate unter einer sauerstofffreien Schutzgasatmosphäre auf H2/CO2 zu erhalten. Ferner wurden eine methodische Optimierung der Kultivierung sowie die Isolierung von sowohl mesophilen als auch thermophilen Methanbildnern durchgeführt. Insgesamt konnten von den 15 Folgekulturen 7 hochangereicherte methanbildende Archaeen und 3 Isolate erzielt werden. Ein Isolat war Methanothermobacter marburgensis, welches bisher aus einer BGA noch nicht isoliert war. Von den Isolaten wird in Zusammenarbeit mit dem CeBiTec das Gesamtgenom bestimmt.

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