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ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, Teilprojekt Uni Frankfurt

Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, Teilprojekt Uni Frankfurt" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissen, Lehrstuhl Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik.

ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2

Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie.Die Einsatzmöglichkeiten der Gasfermentationstechnologie und die Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Rohstoff bieten umweltfreundliche Alternativen im Sinne der Wiederaufbereitung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie. Die mikrobielle Fixierung und Umwandlung von CO2 in biologisch hergestellte Rohstoffe ermöglicht zudem die Reduktion des Ausstoßes von Treibhausgasen. Die besondere Gruppe der autotrophen acetogenen Bakterien betreibt einen Fermentationsprozess, der unabhängig von Licht und Sauerstoff ist. Die Energieträger, welche diese Bakterien nutzen, um CO2 zu verwerten, sind Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oder eine Mischung aus beiden Energieträgern (Synthesegase). Das Ziel dieses Vorhabens ist die gentechnische Herstellung rekombinanter acetogener Bakterienstämme, welche derzeitige energetische Barrieren überwinden und erhöhte Wachstumsraten und Produktionsleistungen während der Gasfermentation erreichen. Diese optimierten Stämme werden anschließend für eine heterologe Acetonproduktion genutzt. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen rekombinante acetogene Bakterienstämme mittels gentechnischer Methoden hergestellt werden. Zum einen werden Stämme konstruiert, die zusätzlich auf einem Expressions-plasmid die Gene des ech-Clusters tragen. Zum anderen werden Stämme hergestellt, welche die met-Gene plasmidcodiert exprimieren. Die Durchführung der notwendigen Arbeiten erfolgt wie in der Vorhabensbeschreibung geschildert. Die verifizierten rekombinanten acetogenen Bakterienstämme werden an die Verbundpartner (1, 3 und 4) zur weiteren Bearbeitung verschickt. Die besten Stämme werden daraufhin weiter gentechnisch modifiziert und für eine heterologe Acetonproduktion optimiert. Der in der Vorhabensbeschreibung definierte Arbeitsplan sieht das Erreichen von drei Meilensteinen sowie drei Pflichtergebnissen (engl., Deliverables) vor.

ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2

Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2, ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik - Genomische und Angewandte Mikrobiologie.Die Verwendung von CO2 als Rohstoff für die nachhaltige Produktion von Treibstoffen und Basischemikalien stellt eine umweltfreundliche Alternative zur Nutzung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie dar und bietet die Möglichkeit, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Für die Entwicklung von entsprechenden nachhaltigen Prozessen sind acetogene Bakterien besonders vielversprechend, da sie unabhängig von Licht und Sauerstoff die Energieträger H2 oder CO oder eine Mischung beider (Synthesegase) verwenden, um CO2 in höherwertige Produkte umzuwandeln. Hauptziel von OBAC ist es, energetische Barrieren acetogener Bakterien zu überwinden. Hierzu sollen wichtige Vertreter genetisch so verändert werden, dass sie mehr Energie generieren und somit die Produktionsleistung gesteigert wird. Darüber hinaus wird eine Erweiterung der Produktpalette bzgl. industriell relevanter Verbindungen angestrebt. Ein Ziel dieses Teilvorhabens ist es, die genetische Basis zur Erzeugung von Produktionsstämmen durch Genomsequenzierungen eines breiten Spektrums von acetogenen Bakterien zu erweitern. In Kombination mit Transkriptionsanalysen sollen neue Angriffspunkte zur Stammoptimierung und Erweiterung der Produktpalette mittels 'metabolic engineering' identifiziert werden. Diverse acetogene Bakterien sollen sequenziert und auf besondere Genkassetten für die Energiekonservierung untersucht werden, die für rekombinante Produktionsstämme relevant sein könnten. Diese rekombinanten Stämme werden ebenfalls sequenziert und validiert. Transkriptionsanalysen werden allen Verbundpartnern bei der Identifizierung von solchen Genen und Stoffwechselwegen dienen, die auf veränderte Wachstumsbedingungen, insbesondere auf den Einsatz der Gase des Industriepartners Arcelor reagieren. Der Fokus wird dabei auf den rekombinanten Stämmen bzw. Produktionsstämmen sowie den Untersuchungen des Expressionsniveaus von Genen mit Relevanz für die Acetonproduktion liegen.

Sekundäre Gärungen^BioPara^Erfassung des hydrolytischen Potentials von Biogasanlagen^Acidogenese durch fermentative Bakterien und anaerobe Pilze sowie Abundanzen methanotropher Organismen in Biogasreaktoren^Statistische Analyse multipler Datensätze zur Identifikation von Engpässen und Entwicklung neuer Konzepte für die Optimierung von Biogasprozessen, Populationsbestimmung und Analyse der acetogenen Bakterien in Biogasanlagen

Das Projekt "Sekundäre Gärungen^BioPara^Erfassung des hydrolytischen Potentials von Biogasanlagen^Acidogenese durch fermentative Bakterien und anaerobe Pilze sowie Abundanzen methanotropher Organismen in Biogasreaktoren^Statistische Analyse multipler Datensätze zur Identifikation von Engpässen und Entwicklung neuer Konzepte für die Optimierung von Biogasprozessen, Populationsbestimmung und Analyse der acetogenen Bakterien in Biogasanlagen" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften.1. Vorhabensziel: Im geplanten Netzwerk sollen biochemische und metagenomische Parameter in Biogasanlagen erarbeitet werden. Essigsäure-bildendene, anaerobe Bakterien, die acetogenen Bakterien, sind ein wichtiges Glied in der anaeroben Nahrungskette. Ihr Stoffwechsel ist divers und sie verbinden die Aktivitäten von primären Gärern mit den methanbildenden Archaeen. Die biochemischen Leistungen der acetogenen Bakterien in Biogasanlagen sind aber nur unzureichend bekannt. Diese Lücke soll in diesem Projekt geschlossen werden. Dazu werden die acetogenen Bakterien bestimmt, isoliert und ihr metabolisches Potential wird überprüft. Nachfolgend werden die Schlüsselenzyme identifiziert und die Expression ihrer Gene analysiert. Diese Untersuchungen werden dann ein klares Bild darüber liefern, welche acetogenen Bakterien wann aktiv sein werden. Dadurch können Stoffflüsse und Flaschenhälse in der Gesamtumsetzung in der Biogasanlage erkannt und Prozesse optimiert werden. 2. Arbeitsplanung: 1) Populationsanalyse acetogener Bakterien. 2) Isolierung und Charakterisierung acetogener Bakterien. 3) Analyse des metabolischen Potentials. 4) Quantifizierung der Expression von Genen der Schlüsselenzyme. 5) Biochemische Charakterisierung von Schlüsselenzymen.

Teilvorhaben 4: Methanogene Archaea^Teilvorhaben 5: Hydrolytische Bakterien^Teilvorhaben 1: N2-Umsetzer und MALDI-TOF/MS Analytik^Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE), Teilvorhaben 3: Acido- und acetogene Bakterien

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Methanogene Archaea^Teilvorhaben 5: Hydrolytische Bakterien^Teilvorhaben 1: N2-Umsetzer und MALDI-TOF/MS Analytik^Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE), Teilvorhaben 3: Acido- und acetogene Bakterien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Mainz, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung.Der anaerobe Abbau von Pflanzenmaterial verläuft formal in vier Stufen, die in eine hydrolytische, acidogene, acetogene und methanogene Stufe eingeteilt werden können. Es soll eine komplettes Mikrobiom von Nawaro Biogasanlagen, die mit unterschiedlichen Substraten bestückt werden, im Laufe des geplanten Kooperationsprojektes erstellt werden. Dieses ehrgeizige Ziel lässt sich nur durch Kooperation von mehreren Arbeitsgruppen und Industriepartnern erreichen. Das Ziel unserer Arbeitsgruppe im Rahmen dieses Kooperationsprojektes ist die Isolierung und Charakterisierung von acidogenen und acetogenen Bakterien in laufenden Biogasanlagen, die mit Mais als Substrat betrieben werden. (1) 5 verschiedene mit Mais betriebene Biogasanlagen werden beprobt. Mit Hilfe anaerober Kulturtechniken werden Bakterien isoliert, die die aus Cellulose und Hemicellulose freigesetzten Zucker in Säuren und Alkohole umwandeln. (2) Eine weitere Gruppe von Bakterien, die die gebildeten Säuren und Alkohole in methanogene Substrate (Acetat, H2, CO2) umwandelt, soll ebenfalls isoliert werden. (3) Aus ausgewählten Isolaten wird die DNA gereinigt und für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt. (4) Es werden biochemische und physiologische Untersuchungen durchgeführt, um das Potential der Isolate zur Beschleunigung des Abbaus von Pflanzenmaterial oder zur Problembehebung zu ermitteln. (5) Vorhandene methanogene Isolate aus Biogasanlagen werden ebenfalls für die Metagenomanalysen zur Verfügung gestellt.

Teilvorhaben 1: N2-Umsetzer und MALDI-TOF/MS Analytik^Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE), Teilvorhaben 5: Hydrolytische Bakterien

Das Projekt "Teilvorhaben 1: N2-Umsetzer und MALDI-TOF/MS Analytik^Etablierung eines core-Mikrobioms für Biogasanlagen - Genom-Sequenzierung von Isolaten aus Biogasanlagen und Mapping von Metagenom-Datensätzen (BIOGAS-CORE), Teilvorhaben 5: Hydrolytische Bakterien" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie.1. Ziele: Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Die für die Biogasgewinnung verantwortliche Mikroflora und ihre Stoffwechselleistungen sind bislang überwiegend nicht wissenschaftlich untersucht. Dies ist jedoch der Schlüssel für die Optimierung der Biogasproduktion. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Zusammenhänge sind die erhaltenen Datenmengen aus Mangel an Referenzdaten nicht gut auswertbar. Um moderne DNA-Analytik auch für die Biogasforschung zu erschließen, soll eine Referenzdatensammlung für das Kern- ('core') Mikrobiom aufgebaut werden. 2. Arbeitsplanung: (1) Auswahl und Beprobung von repräsentativen Biogasanlagen; (2) Gewinnung von Isolaten für cellulolytische, acidogene, acetogene und stickstoffumsetzende Bakterien sowie für methanogene Archaea; (3) Etablierung neuer Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren; (4) Sequenzierung der Genome der Isolate und bioinformatische Auswertung; (5) Sequenzierung von Metagenomen; (6) Datenabgleich und Aufbau einer Referenzdatenbank für das Core-Mikrobiom; und (7) Etablierung einer zeitnahen Diagnostik des Reaktorzustandes mittels MALDI-TOF/MS. Dies soll neue Erkenntnisse zur Biogas-Mikrobiologie liefern. Die entwickelte Referenzdatenbank wird ein wesentlicher Baustein für die effektive Anwendung von OMIK-Technologien zur weiteren Analyse und Optimierung der Biogas-Mikrobiologie sein.

ENG-ENALT 2C, Biogas generation from waste in the potato processing industry

Das Projekt "ENG-ENALT 2C, Biogas generation from waste in the potato processing industry" wird/wurde gefördert durch: Kommission der Europäischen Gemeinschaften Brüssel. Es wird/wurde ausgeführt durch: Schwarting.Objective: The construction and operation of a plant for biogas production from potato processing waste. General Information: The process used is a two-stage agitated tower reactor system with completely separate fermentation and methane producing stages. The flow of substrates against special built-in elements in each stage permits a specifically defined substrate shear rate. At the same time an internal phase separation (solids/liquid), adapted to the type of solids to be separated (second stage biomass/first stage substrate), takes place in the shearing field. These can be adjusted to allow maximum conversion rates for specific bacteria, guaranteeing the continuous extraction of gas (shearing of gas/solids). The purpose of the first process stage is the total fermentation of organic solids. This fermentation is supported by the adaptation of pH, T, and shearing. Only the solids where hydrolysis is repressed by fermentation products in the first stage are transported into the second stage with the dissolved organic solids. This is achieved by a differential separation of the retention time of solids and liquid. In the second process stage only acetogenic and methane-generating reactions take place, hampered by only a few hydrolytic reactions. Conderably higher conversion rates (i.e. increased gas production per volume unit) can be achieved. The entire process takes place in the thermophilic range and is controlled by the regulation of pH in the second stage, thereby maintained at maximum conversion and in the stable pH range. Achievements: For complexe waste substrates containing solid matter an increase in production rates for microbial methane formation out of organic waste compounds is reached by a two-stage reaction. The separation of the acidification stage and the methane forming stage leads to different biocenoses in the respective reactors with a higher specific catalyst (biomass) quantity in comparison with single-stage plants. Another advantage of the two-stage reaction is its higher process stability. The gradual scale up of an anaerobic waste-water process has been realized with this example of the microbial methane formation out of a potato sludge (original waste water). After the separation of potato peels the waste water contains solid matter i.e. small potato pieces and flakes (0,5 cm in diameter) and it contains starch granules and considerable quantities of potato cell agglomerates. The solid matter content is subject to heavy fluctuations in total concentration and in composition. Before the construction of the full-scale plant in München/Germany extensive laboratory and pilot plant tests have been performed. In the full-scale plant, due to the numerous delays in the authorizing procedure, in the construction of the foundations and during start-up of operation, comprehensive measurements could not be made until March 1987. The plant was put into operation with sewage sludge taken from the tower of the sewage treatment ...

Beitrag Oligochaeten-assoziierter anaerober Bakterien zum Energie- und Stoffkreislauf im Boden

Das Projekt "Beitrag Oligochaeten-assoziierter anaerober Bakterien zum Energie- und Stoffkreislauf im Boden" wird/wurde ausgeführt durch: Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (ÖMIK).

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