Die Rolle bakterieller extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) beim biologischen Abbau von Erdölkomponenten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt befasste sich mit den Mechanismen und Prozessen des Erdölabbaus durch Cyanobakterienmatten. Der erste und wichtigste Schritt des Erdölabbaus ist die Erhöhung der Bioverfügbarkeit hydrophober Erdölkomponenten. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) aus Cyanobakterienmatten oberflächenaktive Eigenschaften besitzen und als Bioemulgatoren wirken. Sie wirken an der Öl-Wasser-Grenzschicht und verringern die Oberflächenspannung. EPS werden während des Abbauprozesses produziert und ihre chemische Zusammensetzung wird an die Funktion als Emulgator angepasst. Sie tragen zur Initialisierung des Abbaus durch das Mattenkonsortium bei, indem sie hydrophobe Komponenten für den bakteriellen Angriff zugänglich machen. Für zwei unterschiedliche Cyanobakterienmatten konnte Erdölabbauaktivität nachgewiesen werden. Die Matte von der Insel Mellum (Nordsee, Deutschland) kommt unter natürlichen Bedingungen vor und ihr Potential für den Abbau von Erdöl besitzt eine besondere Wichtigkeit. Bei Ölaustritten könnten diese Matten nach der mechanischen Entfernung der Ölmassen eine entscheidende Rolle für die Sanierung der Küstengebiete spielen. Die Untersuchungen zum Erdölabbau durch Cyanobakterienmatten zeigten, dass parallel oder kombiniert aerober und anaerober Abbau in den Matten stattfindet. Es konnte darüber hinaus nachgewiesen werden, dass der aus dem Öl stammende Kohlenstoff in intrazelluläre (Lipidbiomarker) und extrazelluläre (EPS) Biomasse eingebaut wird. Speziell der direkte Nachweis von anaeroben erdölabbauenden Sulfatreduzierern in den untersuchten Cyanobakterienmatten gelang im Rahmen dieses Projektes zu ersten Mal. Gesättigte Kohlenwasserstoffe und polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe werden durch unterschiedliche bakterielle Gruppen in den Matten abgebaut. Dieses zeigt das Potential dieser Mattensysteme, auch komplex zusammengesetzte Schadstoffe aus der Umwelt zu entfernen. Insgesamt charakterisieren die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse die untersuchten Matten als effektiv Erdöl-abbauende natürlich vorkommende Konsortien, die in Strategien zur Sanierung kontaminierter Küstengebiete integriert werden können. Der Einsatz 13C markierter Substanzen (stable isotope probing, SIP) und deren Analyse durch die Isotope-Ratio- Massenspektrometrie erwiesen sich als ein Erfolgreicher Ansatz zur Lösung der Fragestellungen des Projektes.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 11th International Symposium on Microbiology, Ecology (ISME-11), Wien, August 2006. "Carbon pools in a hypersaline cyanobacterial mat"
A. Wieland. T. Pape, J.-H. Klock, W. Michaelis
- (2007) Extracellular polymeric substances (EPS) from cyanobacterial mats: characterisation and isolation method optimisation. Mar. Biol. 152, 1077-1085
Klock, J.-H., Wieland, A , Seifert, R., Michaelis, W.
- (2008) A novel, multi-layered methanotrophic microbial mat system growing on the sediment of the Black Sea. Environ. Microbiol. 10, 1934-1947
Krüger, M., Blumenberg, M.,Kasten, S., Wieland, A., Känel, L., Klock, J.-H., Michaelis, W., Seifert, R.
- (2008) Carbon pools and isotopic trends in a hypersaline cyanobacterial mat. Geobiology 6, 171-186
Wieland A , Pape, T , Möbius, J., Klock, J.-H., Michaelis, W.
- American Society of Limnology and Oceanography, Aquatic Sciences Meeting, Nizza, Januar 2009. "Distribution and composition of Exopolymers in hypersaline cyanobacterial mats"
A. Wieland. B. Zippel, J.-H. Klock, T.R. Neu, W. Michaelis
- Intemational Meeting on Organic Geochemistry, Bremen, 2009, plenary talk. "Crude oil biodegradation by coastal cyanobacterial mats and the potential of their extracellular polymeric substances (EPS) as biosurfactants"
Jan-Hendrik Klock. Andrea Wieland, Martin Blumenberg, Walter Michaelis
