BiogasFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Dynamik des Intermediat-Stoffwechsels in Biogasprozessen (MODISTO); Teilvorhaben 2: Biologie der Hydrolyse pflanzlicher Rohstoffe - Akronym: Modisto-TV2

Anschrift
Technische Universität München - Wissenschaftszentrum Weihenstephan - Forschungsdepartment Biowissenschaftliche Grundlagen - Lehrstuhl für Mikrobiologie
Emil-Ramann-Str. 4
85354 Freising
Kontakt
Prof. Dr. Wolfgang Liebl
Tel: +49 8161 715450
E-Mail schreiben
FKZ
22021715
Anfang
01.08.2016
Ende
30.11.2020
Ergebnisverwendung
TV2a: Die Anreicherung und Isolierung cellulolytischer und saccharolytischer Bakterien resultierte in insgesamt 20 verschiedenen Reinkulturen. Daraus konnten fünf neuartige Spezies bzw. Isolate (N2K1T, MD1, MA18, 249c-K6, GS7-6-2T) physiologisch charakterisiert und deren Genomsequenzen untersucht werden. Die Etablierung von GH48-Genen als molekularer Marker über die Entwicklung eines neuen PCR-Primer-Gemisches einerseits, sowie die Zusammenstellung einer GH48-Datenbank zur vereinfachten taxonomischen Einordnung von GH48-basierten OTUs andererseits, ermöglichte die Analyse der cellulolytischen Bakterien in verschiedenen Fermenter-Zuständen oder in Anreicherungskulturen. Insgesamt war der Anteil an cellulolytischen Bakterien bei Einsatz einer In Sacco Anreicherung deutlich erhöht. Bemerkenswert war auch, dass die Diversität cellulolytischer Bakterien sowie der Anteil an unbekannten cellulolytischen Genera vor allem in den mesophilen Anreicherungen oder dem mesophilen Fermenterbetrieb deutlich höher war als in den thermophilen Prozessen. Im TV2b wurden die Genome von vier bakteriellen Spezies aus DNA-Sequenzen der Isolate assembliert. Für die Bearbeitung der im MODISTO-Verbund durchgeführten Amplikonsequenzierungen konnte eine Pipeline etabliert werden, die im Wesentlichen auf den Programmpaketen Usearch und Vsearch beruht. Damit ließen sich die Sequenzen in OTUs (operational taxonomical units) bzw. ZOTUs zusammenfassen und Tabellen mit Zähldaten der Häufigkeiten der Sequenzierfragmente erstellen. Für weitere Analysen wurde auf die statistische Programmierumgebung R und das Paket DESeq2 zurückgegriffen. Damit war es möglich, OTUs zu identifizieren, deren Häufigkeit sich signifikant bezüglich der untersuchten Parameter des Fermenterbetriebs unterschied.
Aufgabenbeschreibung
Das Teilvorhaben TV2a der TUM befasste sich im Forschungsverbund MODISTO mit dem Teilaspekt der molekularen Mikrobiologie in der Analyse-Kette, insbesondere mit den Mikroorganismen, die den optimalen, d.h. effizienten und raschen Biomasseabbau einleiten und die daher die Grundlage einer effizienten Ausnutzung der für den Prozess bereitgestellten Biomasse darstellen. Ein Hauptziel dabei war es, die am Biomasseabbau beteiligten Bakterien, d.h. die Schlüsselorganismen des Abbauprozesses, zu definieren, ggf. neue am Prozess beteiligte Bakterien zu isolieren und und ihre Rolle für diesen Prozess mit mikrobiologischen, molekularbiologischen und bioinformatischen Methoden zu untersuchen. Untersuchungsschwerpunkt der TUM waren insbesondere die an der Biomassehydrolyse, einem Flaschenhals im Abbauprozess, beteiligten Bakterien. Aus den Genomsequenzdaten neuer Isolate konnten deren Gene für hydrolytische Enzyme und Abbausysteme untersucht und mit anderen Sequenzdaten aus mikrobiellen Gemeinschaften in Biogasprozessen abgeglichen werden. Im Teilvorhaben TV2b wurden Nukleinsäure-Sequenzdaten analysiert, die von den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Zum einen wurden Genomassemblierungen aus DNA-Sequenzierungsansätzen von Rein- und Mischisolaten aus TV2a erzeugt, weiterhin wurden Qualitätsmetriken und Annotationsdaten dafür bereitgestellt. Sequenzdaten aus Gäransätzen und Markierungsexperimenten wurden in TV1b, TV2a, sowie TV3 erzeugt und in TV2b analysiert. Für die Ermittlung der taxonomischen Zusammensetzung von Mikroorganismengemeinschaften wurden Amplikonsequenzen von 16S-rRNA- und ausgewählten Schlüsselenzymgenen, sowie Metagenom- und Metatranskriptomsequenzen verwendet. Dabei wurde auch Veränderungen zwischen unterschiedlichen Fermenterbetriebszuständen, sowie über die Zeit in verschiedenen Fraktionen aus Markierungexperimenten untersucht.

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