Lipidumsatz im Boden: Unterscheidung zwischen Biosynthese, Recycling und Transformation mittels positionsspezifischer 13C-Markierung und fragmentspezifischer 13C-Bestimmung von n-Alkyllipiden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Michaela Dippold
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278571255

Lipide sind eine diverse Metabolitklasse, die ein weites Spektrum an Funktionen in Zellen und Böden erfüllt. Sie können eine Schutzfunktion übernehmen, sind Membranbausteine oder dienen als Speichersubstanz. Wegen ihrer großen Vielfalt und Spezifität stellen sie eine der vielversprechendsten Biomarkersubstanzklassen dar. Außerdem sind Lipide wichtige Bestandteile der organischen Bodensubstanz (OBS) und tragen zu deren physikochemischen Eigenschaften wie Hydrophobizität und Kohlenstoffspeicherung bei. Erkenntnisse aus Biomarkerstudien erlauben inzwischen eine detaillierte Lipidquellendifferenzierung, während das Wissen um Lipidtransformationen im Boden nach wie vor sehr eingeschränkt ist. Recycling wird als relevanter Prozess betrachtet, da die Neusynthese von Lipiden eine aufwändige Biosynthese erfordert. In-situ konnte dies in Böden bis jetzt jedoch nicht nachgewiesen werden. Dieser Antrag hat zum Ziel, Transformationen von Lipiden, mikrobielle Neusynthese und Lipid-Recycling in Böden getrennt zu erfassen um neue Einblicke in das komplexe Prozessgefüge von Lipidkreisläufen und OBS Umsätzen zu erhalten.Die mikrobielle Neusynthese von Lipiden soll mittels 13C-markierter Glukose, einem unmittelbar verwertbaren Metaboliten, erfasst werden. Fragmentspezifischer Isotopeneinbau, gemessen mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie und Online-Fragmentierung, erlaubt eine getrennte Erfassung der Neusynthese von Kopfgruppe, Grundgerüst und Fettsäure-Alkylketten der Phospholipide. Darüber hinaus wird das Recycling extrazellulärer Lipide erfasst. Der Einbau positionsspezifisch markierten Palmitats (13C-1, 13C-2, 13C-16) in mikrobielle Phospholipidfettsäuren (PLFA) wird fragmentspezifisch mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie erfasst. Ein intakter Einbau der applizierten n-Alkylkette beweist hierbei ein Lipid-Recycling. Schließlich soll die Summe extra- und intrazellulärer Lipidtransformationen auf einer längeren Zeitskala erfasst werden. Hierfür kann ein bereits laufendes Feldexperiment mit positionsspezifischer Palmitat-Markierung genutzt werden. Recycling und Transformation der applizierten n-Alkylkette soll in freien Lipiden (n-Alkane, n-Alkohole, n-Fettsäuren und Hydroxy-Fettsäuren) sowie in hydrolysierbaren Lipiden nachgewiesen werden.Die Kombination von positionsspezifischer Markierung mit fragmentspezifischem Isotopeneinbau bietet die einzigartige Möglichkeit Transformationen organischer Verbindungen zu untersuchen, da Neusynthese und Recycling zweifelsfrei unterschieden werden können. Zwischen Recycling und Stabilisierung zu differenzieren ist unabdingbar um den organischen C-Kreislauf im Boden zu verstehen. Außerdem wird das Wissen um mikrobielle Veränderungen von Biomarkermustern die Interpretation dieser pflanzlichen und mikrobiellen Lipidsequenzen erleichtern und die Kenntnisse über Umsatzprozesse einer der wichtigsten Substanzklassen der OBS vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen