800-MHz-NMR-Spektrometer (für Flüssigkeiten mit kryogenen Probenköpfen)

• Fachliche Zuordnung: Atmosphären-, Meeres- und Klimaforschung
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493682661

Am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (Universität Oldenburg) sind mikrobiologische Interaktionen und globale Stoffkreisläufe wichtige Forschungsschwerpunkte. Für diese Forschung reisen wir durch Skalen, von Molekülen und einzelnen Zellen bis hin zu Ökosystemen und globalen biogeochemischen Kreisläufen. Prozesse, die auf Submikrometern im Ozean ablaufen, haben letztlich globale Auswirkungen. Die Hälfte der weltweiten Primärproduktion stammt von Einzellern im Meer. Alle Organismen im Ozean scheiden gelöstes organisches Material (DOM) aus. Obwohl Mikroorganismen DOM umsetzen, enthält das DOM-Reservoir mehr Kohlenstoff als die gesamte Biomasse an Land. Der Grund für diese Akkumulation ist unbekannt. DOM ist das marine Geometabolom, das die Gesamtheit der niedermolekularen Stoffwechselprodukte und ihre abiotischen Umwandlungsprodukte umfasst. Es ist eines der komplexesten Gemische und enthält Millionen Verbindungen. Im Fokus der geplanten NMR-Anwendungen steht die Strukturanalyse des marinen Geometaboloms und seiner Vorläufer, die Exo- und Endometabolome mariner Organismen. Konventionelle biochemische Analysen können die Struktur von nur <1% aller Verbindungen im Geometabolom der Tiefsee aufklären, da es sich um eine weitgehend untrennbare Mischung handelt. Unser Hauptwerkzeug ist zurzeit ultrahochauflösende Massenspektrometrie, kombiniert mit multivariater Statistik und numerischer Modellierung. Dieser Ansatz liefert momentan die umfassendsten und detailliertesten molekularen Daten zum Geometabolom. Mit Hilfe der Massenspektrometrie werden jedoch nur grundlegende Strukturinformationen gewonnen. Isomere werden nicht aufgelöst und die Quantifizierung einzelner Verbindungen ist in der Regel unmöglich, da keine ausreichenden Strukturdaten vorliegen, und somit keine Standards zur Quantifizierung. Hochfeld-NMR überwindet diese Einschränkungen und liefert hochgradig komplementäre Informationen zur Massenspektrometrie. Ein intrinsischer Nachteil im Vergleich zu ultrahochauflösender Massenspektrometrie ist die geringe Empfindlichkeit und Auflösung der NMR-Spektroskopie. Die große Anzahl einzelner Verbindungen im Geometabolom verursacht Signalverbreiterung und -überlappung, was zu nicht aufgelösten Signalen in eindimensionalen NMR-Spektren führt. Zwei- und dreidimensionale Hochfeld-NMR löst auch in komplexen Gemischen diskrete Strukturmerkmale auf. Diese detaillierten strukturellen Informationen sind mit keiner anderen Analysetechnik erfassbar. Höchste Auflösung, Empfindlichkeit und Zugang zu langer Instrumentenzeit sind daher Hauptvoraussetzungen für unsere Forschung. Das NMR-Spektrometer wird in ein neues, weltweit einzigartiges "GeoMetabolomics Center" an der Universität Oldenburg eingebettet sein. Wir haben ein faires und offenes Nutzerkonzept. 40% der Messzeit wird externen Nutzern aus den Meeres- und Geowissenschaften, aber auch aus der Medizin, Pharmakologie, Biochemie und anderen Disziplinen in der Region und weltweit zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 800-MHz-NMR-Spektrometer (für Flüssigkeiten mit kryogenen Probenköpfen)
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
• Leiter: Professor Dr. Thorsten Dittmar