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Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen

  • Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen – Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen BIOGAS-CORE Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen und landwirtschaftlichen Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Der anaerobe Abbau von Biomasse zu Biogas erfolgt durch eine komplexe und dynamische Lebensgemeinschaft bestehend aus einer Vielzahl von Bakterien und Archaeen. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Strukturen und funktionellen Zusammenhänge der Mikroorganismen untereinander gewinnen Hochdurchsatztechnologien zur DNA-Analyse zunehmend an Bedeutung. Grundlegend hierfür ist der Aufbau einer Referenzdatensammlung für das Kern- („core“) Mikrobiom von exemplarischen Biogasanlagen. Im Rahmen von fünf Teilvorhaben wurden dazu folgende Arbeiten durchgeführt: (1) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea unter EtablierungEtablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen – Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen BIOGAS-CORE Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen und landwirtschaftlichen Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Der anaerobe Abbau von Biomasse zu Biogas erfolgt durch eine komplexe und dynamische Lebensgemeinschaft bestehend aus einer Vielzahl von Bakterien und Archaeen. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Strukturen und funktionellen Zusammenhänge der Mikroorganismen untereinander gewinnen Hochdurchsatztechnologien zur DNA-Analyse zunehmend an Bedeutung. Grundlegend hierfür ist der Aufbau einer Referenzdatensammlung für das Kern- („core“) Mikrobiom von exemplarischen Biogasanlagen. Im Rahmen von fünf Teilvorhaben wurden dazu folgende Arbeiten durchgeführt: (1) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea unter Etablierung neuartiger Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren, (2) Sequenzierung und bioinformatische Auswertung der Genome der Isolate ausgewählter, insbesondere neuartiger mikrobieller Arten, (3) ergänzende Erhebung, Analyse und Interpretation des mikrobiellen Metagenoms von ausgewählten Biogasreaktoren und Abgleich mit bereits vorhandenen Metagenomdaten und den Genomdaten der erzeugten Isolate. Die Isolatgewinnung erfolgte aus Probenmaterial von insgesamt 16 mesophil oder thermophil betriebenen landwirtschaftlichen Biogasanlagen und sechs Modellfermentern im Labormaßstab. Mittels elf verschiedenen Kultivierungsverfahren wurden Isolate für insgesamt 78 Arten aus zwölf Klassen für fermentative Bacteria und acht Arten aus zwei Klassen für methanogene Archaea mit Wachstum bei mesophilen Temperaturen entwickelt. Ergänzende Kultivierungsverfahren für thermophile Mikroorganismen resultierten in Isolaten für insgesamt 32 Arten aus zusammen fünf Klassen für Bacteria und Archaea. Basierend auf diesen Isolaten wurden acht neue Arten von Mikroorganismen beschrieben. Für insgesamt 16 Arten aus der Domäne Bacteria und fünf Arten aus der Domäne Archaea wurden draft-Genome erstellt. Hiervon wurden fünf ausführlich charakterisiert. Die Kombination von kulturbasierter und kultivierungsunabhängiger Analyse wies auf einen sehr hohen Anteil unbekannter Arten hin. Lediglich 17,5 % der sequenzierten 16S rRNA Gene konnten bereits bekannten Gattungen zugeordnet werden. Dieses unterstreicht die Notwendigkeit der Entwicklung und Anwendung von neuen Kultivierungsstrategien.zeige mehrzeige weniger
  • Establishment of a core microbiome for biogas plants – Genome sequencing of isolates obtained from biogas plants and mapping of metagenome datasets BIOGAS-CORE The production of biogas from renewable resources and agricultural wastes is an essential part of any future-oriented, sustainable, and CO2-neutral energy generation. The anaerobic digestion of biomass, which leads to the formation of biogas, is catalyzed by a complex and dynamic microbial community comprising a huge number of different bacterial and archaeal species. To study the microbial communities and metabolic processes, the application of high throughput techniques for DNA analysis gains more and more in importance. Therefore, the essential basis is the construction of a reference database for the core microbiome of exemplary biogas plants. Within five sub-projects, following work packages were conducted: (i) establishment of new strategies for the isolation of microbial strains from biogas reactor samples and generation of isolates for cellulolytic, acidogenic,Establishment of a core microbiome for biogas plants – Genome sequencing of isolates obtained from biogas plants and mapping of metagenome datasets BIOGAS-CORE The production of biogas from renewable resources and agricultural wastes is an essential part of any future-oriented, sustainable, and CO2-neutral energy generation. The anaerobic digestion of biomass, which leads to the formation of biogas, is catalyzed by a complex and dynamic microbial community comprising a huge number of different bacterial and archaeal species. To study the microbial communities and metabolic processes, the application of high throughput techniques for DNA analysis gains more and more in importance. Therefore, the essential basis is the construction of a reference database for the core microbiome of exemplary biogas plants. Within five sub-projects, following work packages were conducted: (i) establishment of new strategies for the isolation of microbial strains from biogas reactor samples and generation of isolates for cellulolytic, acidogenic, acetogenic, and nitrogen-converting bacteria as well as for methanogenic archaea; (ii) whole genome sequencing of selected isolates with novel characteristics and subsequent bioinformatic analysis of the obtained genome datasets; (iii) additional sequencing, analysis and interpretation of metagenomes and comparison with previously published metagenome datasets and the genome information for the isolates developed in this study. Microbial isolates were obtained from sample material of in total 16 mesophilic or thermophilic agricultural biogas plant and six laboratory-scale model fermenters. Applying eleven cultivation strategies, for fermentative Bacteria isolates for 78 species affiliated with twelve classes and, in case of methanogenic Archaea, for eight species of two classes able to grow at mesophilic temperatures were developed. In addition, further cultivation strategies were applied in order to isolate thermophilic microorganisms resulting in isolates for in total 32 species of five classes of Bacteria and Archaea. Based on these isolates, eight novel species were characterized and taxonomically described. Draft genomes were developed for in total 16 bacterial and five archaeal species. From these, five were extensively characterized. By the combination of culture-based and cultivation-independent analysis, the presence of a huge number of hitherto unknown microbial species in biogas reactors can be assumed. Only 17.5 % of all sequenced microbial 16S rRNA genes were assignable to recently known genera. This underlines the necessity of the development and subsequent application of novel cultivation strategies.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
URN:urn:nbn:de:kobv:186-opus4-117608
Titelzusatz (Deutsch):Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen
Schriftenreihe (Bandnummer):Bornimer Agrartechnische Berichte (92)
Verlag:Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
Verlagsort:Potsdam
Herausgeber*in:Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
Sonstige beteiligte Person(en):Michael (Redaktion) Klocke
Dokumentart:Einzelveröffentlichung / Monografie
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2017
Jahr der Erstveröffentlichung:2017
Veröffentlichende Institution:Stadt - und Landesbibliothek Potsdam
Urhebende Körperschaft:Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB)
Sonstige Beteiligte Körperschaft:Universität Bielefeld ; Johannes Gutenberg Universität Mainz ; Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg ; Technische Universität München
Datum der Freischaltung:10.07.2017
Freies Schlagwort / Tag:Anaerober Abbau von Biomasse, Biomethanisierung, Systemmikrobiologie, Methanbildende Archaeen, Gärende Bakterien, Kultivierung von Mikroorganismen, Genomanalyse
anaerobic digestion of biomass, biomethanation, systems microbiology, methanogenic archaea, fermentative bacteria, cultivation of microorganisms, genome analysis
Seitenzahl:427 S.
Landkreise / Gemeinden:Potsdam / Potsdam, Stadt
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Kollektionen :Institutionen / Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) / Bornimer Agrartechnische Berichte
Lizenz (Deutsch):Es gilt das deutsche Urheberrecht.
Zugriff auf den Volltext:Uneingeschränkter Zugriff auf das Dokument