Wie erzeugen Kohle-abbauende Methanogene Biogas? Untersuchung des zentralen Stoffwechsels von Methermicoccus shengliensis

• Antragstellerin: Dr. Julia Kurth
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399509761

Methan ist das zweitwichtigste Treibhausgas auf der Erde. Die Hauptursache der Methanemission in die Atmosphäre sind methanogene Archaeen, was die Wichtigkeit dieser Organismen für den globalen Kohlenstoffkreislauf und die Umwelt hervorhebt. Obwohl Methanogene bereits seit dreißig Jahren erforscht werden, wurde kürzlich ein neuer Methanogeneseweg entdeckt: das thermophile methanogene Archaeon Methermicoccus (M.) shengliensis kann eine Vielzahl methoxylierter aromatischer Verbindungen zur Bildung von Methan verwenden, auch methoxydotrophe Methanogenese genannt. Die Entdeckung eines methoxydotrophen Methanogenen zusammen mit dem reichlichen Vorkommen methoxylierter Verbindungen, wie beispielsweise Lignin, auf der Erde weisen darauf hin, dass methoxydotrophe Archaeen eine bislang unterschätzte Rolle für die Methanbildung und den globalen Kohlenstoffkreislauf spielen. Des Weiteren ist M. shengliensis bisher der einzige Mikroorganismus, der Kohlebestandteile zur Methanbildung nutzen kann, was im Hinblick auf die Optimierung der Methangewinnung in Kohleflözen ein wichtige Entdeckung ist. Trotz der Wichtigkeit und Neuheit dieses einzigartigen Archaeons wurde dessen Stoffwechsel bislang noch nicht genauer untersucht. Ich beabsichtige diese Wissenslücke durch Untersuchung des Transkriptoms und Proteoms in Antwort auf das Wachstum auf methoxylierten Aromaten zusammen mit der enzymatischen Charakterisierung der relevanten Enzyme zu schliessen. Durch Anzucht von M. shengliensis in einem Bioreaktor zusammen mit syntrophen Mikroorganismen, die den Abbau methoxylierter Verbindungen und die Methanbildung aufteilen, und methoxylierten Verbindungen als Substrat werden zudem die Wachstumseigenschaften sowie Methanbildung der verschiedenen Organismen erstmals miteinander verglichen. Hierdurch können erste Erkenntnisse zur ökologischen Rolle und Wichtigkeit von M. shengliensis für die Umwandlung methoxylierter Verbindungen zu Methan, auch im Hinblick auf eine mögliche Anwendung bei der Methangewinnung in Kohleflözen oder der Biodegradation von Öl, gewonnen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Mike Jetten