Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Aufbau einer Ex-situ-Sammlung von methanbildenden Archaea aus Biogasanlagen im ländlichen Raum (Methanogenic Archaea Culture Collection, MACC)

Anschrift
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) - Abt. Bioverfahrenstechnik
14469 Potsdam
Max-Eyth-Allee 100
Kontakt
Dr. Michael Klocke
Tel: +49 331 5699-113
E-Mail: mklocke@atb-potsdam.de
FKZ
22020308
Anfang
01.09.2010
Ende
31.08.2012
Aufgabenbeschreibung
Die Produktion von Biogas aus landwirtschaftlich erzeugter Biomasse besitzt ein hohes Potential zur Erzeugung von regenerativer Energie, zur Reduktion des CO2-Ausstoßes sowie zur Fortentwicklung einer nachhaltigen Landbewirtschaftung. Die Bildung von Biogas erfolgt dabei durch eine komplexe und teilweise syntrophe mikrobielle Gemeinschaft aus methanbildenden Archaea und fermentativen Bacteria. Im Rahmen des geplanten Projektes soll der Aufbau einer Ex-situ-Sammlung von methanbildenden Archaea erfolgen. Primär sollen dabei Stämme aus verschiedensten Arten von Biogasanlagen im ländlichen Raum isoliert und in Reinkulturen überführt werden. Hierbei sollen jeweils auch prozessrelevante Faktoren wie Reaktorstandort, -konstruktion, -betriebsweise und -leistung erfasst werden. Ziel ist der Aufbau einer Sammlung, welche die Biodiversität der in landwirtschaftlichen Biogasanlagen auftretenden methanogenen Archaea repräsentiert. Zur Umsetzung des Projektes sind folgende Arbeitspakete geplant: (1) Einrichtung eines Anaerobier-Labors am Standort ATB, (2) Gewinnung von Isolaten aus landwirtschaftlichen Biogasreaktoren, (3) taxonomische Klassifizierung der Isolate mittels mikro- und molekularbiologischer Verfahren, (4) Aufbau einer Datenbank zur Sammlungsverwaltung. Es wird erwartet, dass die Bereitstellung einer Kollektion verschiedener methanogener Archaea aus unterschiedlichsten Biogasreaktoren den Grundstock für eine umfassende mikro- und molekularbiologische Charakterisierung einzelner, neuartiger Isolate legt. Ebenso kann die Sammlung zur Entwicklung von Inokula für Biogasfermentationen auf Basis besonders "leistungsfähiger" Stämme beitragen. Die "Leistungsfähigkeit" einzelner Stämme kann sich hierbei auf die Faktoren Produktbildung, Substratumsatz, Wachstumsrate, Adaption an Umweltbedingungen etc. beziehen. Die Kollektion soll langfristig auch durch Archaea-Isolate aus anderen anaeroben Systemen im landwirtschaftlichen Bereich ergänzt werden.
Ergebnisdarstellung
In der ersten Phase des Projektes wurde ein Anaerobier-Labor am Standort ATB eingerichtet. Zur weiteren Qualifikation der eingestellten Fachkraft wurden Praktika im Bereich der Anaerobierkultivierung an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, sowie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz organisiert. Da sich erste Anreicherungs- bzw. Isolierungsversuche zur Kultivierung von Archaea aus Laborfermentern als unerwartet schwierig und langwierig erwiesen, wurde - wie im Zwischenbericht geschildert - als zusätzliches Projektziel die Isolierung fermentativer Bacteria angestrebt, die in Biogasreaktoren die hauptsächliche Leistung im Abbau insbesondere von pflanzlicher Biomasse vollziehen. Auf-grund der Projekterweiterung entfiel die Beprobung verschiedenster Biogasanlagen von landwirtschaftlichen Betrieben. Die Isolierungsarbeiten wurden mit Material aus Laborfermentern durchgeführt und weiterentwickelt. Mit verschiedenen Medien und Substraten konnten Archaea mit unterschiedlichem Morphotyp angereichert werden. Das mikroskopische Bild mancher Kulturen wies Zellen einheitlicher Morphologie sowie archaelle Eigenfluoreszenz auf, es handelt sich also möglicherweise bereits um Reinkulturen, worauf auch erste molekularbiologische Untersuchungen hindeuteten. Es wurden 105 Bacteria aus Laborfermentern isoliert und zur Schnellidentifizierung von mikrobiellen Reinkulturen mittels MALDI-TOF MS eine Kooperation mit RIPAC-LABOR GmbH (Potsdam) aufgebaut. Unbekannte Isolate wurden mittels molekularbiologischer Methoden taxonomisch eingeordnet und in die RIPAC-Datenbank mit aufgenommen, was zukünftig eine schnelle Identifizierung dieser Stämme ermög-licht. Des Weiteren wurde eine neue Bakterien-Art der Gattung Clostridium auf physiologischer, phäno- und genotypischer Ebene charakterisiert.

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