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EXC 3048:  Microbes-for-Climate (M4C): Mechanismen, Folgen und Chancen der mikrobiellen Umwandlung von Treibhausgasen

Fachliche Zuordnung Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
Grundlagen der Biologie und Medizin
Förderung Förderung seit 2026
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533620160
 
Von Mikroben lernen, um die Grenzen der natürlichen CO2-Umwandlung zu überwinden. Das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) spielt eine entscheidende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Mikroorganismen sind für etwa 50% der jährlichen CO2-Umwandlungen auf der Erde verantwortlich und damit Hauptakteure im Kohlenstoffkreislauf, was jedoch häufig verkannt wird. Einige der mikrobiellen CO2-Umwandlungsprozesse sind effizienter als die Photosynthese, während andere CO2 in das noch stärkere Treibhausgas Methan (CH4) umwandeln. Die grundlegenden Mechanismen und molekularen Maschinen, die diese verschiedenen CO2-Umwandlungswege antreiben, sind jedoch wenig verstanden. In Microbes-for-Climate (M4C) werden wir eine mikrobenzentrierte ganzheitliche Sicht auf die Vergangenheit, Gegenwart und potenziellen Zukünfte des Kohlenstoffkreislaufs entwickeln. Unser Fokus sind CO2-umwandelnde Mikroorganismen und ihre molekularen Maschinen, die jedes Jahr ~120-200 Gt CO2 umsetzen. Durch kombinierte molekular-evolutionäre und biochemische Ansätze werden wir verstehen, wie mikrobielle CO2-Umwandlungen den biologischen Kohlenstoffkreislauf (den wir als "Kohlenstoffkreislauf 1.0" definieren) initiiert und geformt haben und wie sie auf die Herausforderungen des gegenwärtigen "Kohlenstoffkreislaufs 2.0" unseres Anthropozäns reagieren (d.h. sich anpassen und evolvieren). Mittels Synthetischer Biologie werden wir neue Wege beschreiten, um die Grenzen der bisher in der Evolution entstandenen CO2-Umwandlungsprozesse zu überwinden. Dazu werden wir "New-to-nature"-Lösungen entwickeln, die radikal neue, effizientere Wege zur Umsetzung von CO2 eröffnen, die die Natur bisher nicht hervorgebracht hat. Die Mission von M4C ist es ein grundliegendes Verständnis über die drei Rollen CO2-umwandelnder Mikroben im Klimawandel zu gewinnen: als Treiber, als Betroffene und als Wegbereiter möglicher Lösungen. Unsere Forschung ermöglicht es, die Evolution und Aktivität CO2-umwandelnder Mikroben zu verstehen, vorherzusagen, und gezielt zu verändern bzw. völlig neu zu gestalten. Dadurch wird es möglich werden, leistungsfähigere Alternativen zum „Betriebssystem“ des biologischen Kohlenstoffkreislaufs zu entwickeln. Letztendlich wird unsere Forschung den Weg zu einem "mikrobiellen Neokarbonozän" ebnen, in dem mikrobielle CO2-Umwandlungen als integraler Bestandteil eines zukünftigen "Kohlenstoffkreislaufs 3.0" einen entscheidenden Beitrag zum Ausgleich menschenverursachter CO2-Emissionen leisten können. M4C wird zwei bestehende Zentren (Microcosm Earth Center & Center for Synthetic Microbiology) zu einem Forschungs-Hub für mikrobielle CO2-Umwandlung verbinden, exzellente Forschende anziehen, talentierte Individuen aller Karrierestufen und unterschiedlichste Bildungshintergründe fördern, Innovationstransfer vorantreiben, mit renommierten institutionellen Partnern auf vier Kontinenten zusammenarbeiten und aktiv mit der jungen Generation kommunizieren, die am meisten vom Klimawandel betroffen sein wird.
DFG-Verfahren Exzellenzcluster (ExStra)
Antragstellende Institution Philipps-Universität Marburg
 
 

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