Wissenschaftliche Grundlagenforschung
zur Biogasgewinnung aus pflanzlicher Biomasse
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BIOGAS-MARKER

Bioindikatoren der Biogasfermentation

Entwicklung von molekularen Markern und Nachweisverfahren auf Basis der quantitativen (realtime) PCR zum Monitoring von prozessrelevanten Mikroorganismen als Frühwarnsysteme für Prozessstörungen

 

Kontakt: Dr. Michael Klocke, Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V., Max-Eyth-Allee 100, D-14469 Potsdam, mklocke[at]atb-potsdam.de

 

Grundlegendes Problem der Biogaserzeugung ist, dass die hierbei stattfindenden biochemischen bzw. mikrobiologischen Stoffwandlungsprozesse bislang nur ansatzweise verstanden sind. Der Großteil der beteiligten Mikroorganismen ist unbekannt. Demzufolge sind auch deren Stoffwechselleistungen bislang kaum wissenschaftlich untersucht. Die Kenntnis der Biogas-Mikrobiologie wird jedoch allgemein als Schlüssel für die weitere technologische Optimierung der Biogasproduktion angesehen.

Nach dem bisherigen Kenntnisstand kann davon ausgegangen werden, dass folgenden Gruppen von Mikroorganismen zentrale Bedeutung bei dem anaeroben Abbau von pflanzlicher Biomasse und landwirtschaftlichen Reststoffen zu Biogas bzw. Methan zukommt:

  • cellulolytische und acidogene Bakterien wie Clostridien, Bacteroidetes und Bacilli,
  • chemoorganotrophe Archaeen,
  • syntrophe, die Intermediate oxidierende Bakterien,
  • acetoklastische methanbildende Archaeen,
  • hydrogenotrophe methanbildende Archaeen.

 

Im Rahmen dieses Verbundvorhabens sollen molekulare Marker für diese zentralen Gruppen von Mikroorganismen und entsprechende Protokolle zur Anwendung entwickelt werden. Im Einzelnen sollen hierzu folgende Arbeiten umgesetzt werden:

  • Prüfung von verschiedenen alternativen Strategien zur Etablierung von molekularen Markern;
  • Prüfung der Alternativen DNA- und RNA- bzw. cDNA-basierter Nachweis und der jeweiligen Komplementarität zur Bestimmung metabolisch aktiver Zellkonzentrationen;
  • Optimierung der Protokolle zur Präparation der Biomoleküle;
  • Etablierung von Assays auf Basis der quantitativen („realtime“) PCR;
  • Etablierung von Strategien zur Kontrolle des Erfolgs der Präparation und der Nachweisreaktion;
  • Identifizierung von Biomarkern;
  • Anwendung der entwickelten Assays zur Früherkennung von Prozessstörungen im Technikums- und Praxismaßstab.

 

Es wird erwartet, dass mittels dieser Arbeiten grundsätzliche Hindernisse in der Entwicklung und Anwendung biologischer Sensorsysteme überwunden werden. Die Bereitstellung entsprechender Detektionssysteme würde eine verbesserte und zeitnahe Verfolgung der am Biogasprozess beteiligten mikrobiologischen Gemeinschaften sowie ihrer Dynamiken ermöglichen. Insbesondere wird erwartet, dass sich die zu entwickelnden Assays zur Früherkennung und Diagnose von Prozessstörungen einsetzen lassen.

 

Das Vorhaben wird von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderinitiative BioProFi Bioenergie – Prozessorientierte Forschung und Innovation gefördert (Förderkennzeichen 03SF0440, Laufzeit 04/2013-03/2016).

BMBF

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