Kal­te Quel­len

Unsere Forschung

In die­sem Pro­jekt un­ter­su­chen wir die Öko­phy­sio­lo­gie an­ae­rober Koh­len­was­ser­stoff-ab­bau­en­der Mi­kro­or­ga­nis­men und ih­rer Part­ner­or­ga­nis­men an ma­ri­nen Gas- und Ölquel­len. Häu­fig­keit, Di­ver­si­tät und Ak­ti­vi­tät der be­tei­lig­ten Mi­kro­or­ga­nis­men wer­den haupt­säch­lich mit Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung, 16S rRNA Gen­se­quen­zie­rung so­wie hochauflösenden Mikroskopiertechniken un­ter­sucht. Stoff­wech­sel­we­gen und po­ten­zi­el­len Zwi­schen­pro­duk­ten ver­su­chen wir über Me­ta­ge­no­mik, Me­ta­tran­skrip­to­mik und Me­ta­pro­teo­mics auf die Spur zu kom­men.

In die­sem Pro­jekt ar­bei­ten wir eng mit der HFG MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie (G. Wegener/A. Boetius) und der MPG Forschungsgruppe Mikrobielle Metabolismen (T. Wagner) zu­sam­men. 

Anaerobe Oxidation von Alkanen

Die an­ae­ro­be Me­than­oxi­da­ti­on (AOM) wird als Um­keh­rung der Me­tha­no­ge­ne­se ver­stan­den. In ma­ri­nen Se­di­men­ten an me­than- und Ölquel­len ist sie meis­tens mit der Re­duk­ti­on von Sul­fat zu Sul­fid ver­bun­den. Für die an­ae­ro­be Um­set­zung von Me­than sind mi­kro­bi­el­le Ag­gre­ga­te aus me­tha­notro­phen Ar­chae­en, so­ge­nann­te „ANME" („AN­ae­ro­bic ME­tha­notro­phs"), und sul­fat­re­du­zie­ren­de Bak­te­ri­en ver­ant­wort­lich (für einen Überblick siehe Knittel und Boetius, 2009).

Für an­de­re kurz­ket­ti­ge Koh­len­was­ser­stof­fe, wie Pro­pan und Bu­tan, kann­te man aus Rein­kul­tu­ren lan­ge Zeit nur Bak­te­ri­en, die die voll­stän­di­ge Sub­stra­t­oxi­da­ti­on zu CO₂ mit der Sul­fat­re­duk­ti­on im sel­ben Or­ga­nis­mus kop­peln (z. B. der Bu­tan-ab­bau­en­de Stamm BuS5, Kniemeyer et al., 2007). Sie ak­ti­vie­ren Pro­pan und Bu­tan durch Ad­di­ti­on an Fu­marat un­ter Bil­dung von Al­kyl­suc­ci­na­ten. Der Ab­bau von Ethan, Pro­pan und Bu­tan in der Um­welt blieb je­doch bis zur jüngs­ten Be­schrei­bung bu­tan­oxi­die­ren­den Ar­chaea der Gat­tung Candidatus Syn­tro­pho­ar­cha­e­um durch Laso-Pérez et al. (2016) und ethan­oxi­die­ren­den Ar­chaea der Gat­tung Candidatus Ar­goar­cha­e­um etha­ni­vor­ans (Chen et al., 2019) (vor­her be­kannt als GoM-Arc1 cla­de) kryp­tisch. Die­se Ar­chae­en le­ben ähn­lich wie ANME-Ar­chae­en in ei­ner syn­tro­phi­schen As­so­zia­ti­on mit Part­nerbak­te­ri­en und ver­wen­den eine mo­di­fi­zier­te Me­thyl-Co­en­zym-M-Re­duk­ta­se (MCR), um Al­ka­ne zu ak­ti­vie­ren und Al­kyl-CoM als Zwi­schen­pro­duk­te zu bil­den.

Anaerobe Oxidation von Ethan

In Zu­sam­men­ar­beit mit Gunter Wegener ha­ben wir ein ther­mo­phi­les ethan­oxi­die­ren­des Kon­sor­ti­um aus Candidatus Etha­nope­redens und sei­nen sul­fat­re­du­zie­ren­den Part­nerbak­te­ri­en Candidatus Des­ul­fo­fer­vi­dus (Hot­See­p1) kul­ti­viert. Die­se Kon­sor­ti­en wach­sen viel schnel­ler als alle an­de­ren zu­vor be­schrie­be­nen al­kan­oxi­die­ren­den Ar­chae­en. Da­mit wird eine schnel­le Bio­mas­se­pro­duk­ti­on und der Auf­bau ei­nes neu­en Mo­dell­sys­tems mög­lich. Ein ge­schlos­se­nes Ge­nom zeig­te das Vor­han­den­sein ei­ner ein­zel­nen, stark di­ver­gie­ren­den MCR, was ver­mut­lich auf eine Sub­strat­spe­zi­fi­tät für Ethan hin­weist (Hahn et al. 2020).

Ver­tre­ter von Ca. Ar­goar­cha­e­um und Etha­nope­redens) wur­den an je­der un­ter­such­ten Ethan-emit­tie­ren­den Gas­quel­le nach­ge­wie­sen (Hahn et al. 2020) und da­mit als Haupt­trei­ber für die glo­ba­le ma­ri­ne an­ae­ro­be Oxi­da­ti­on von Ethan (AOE) vor­ge­schla­gen. Ihr neu­ar­ti­ger Ab­bau­weg des Ethan könn­te zu­künf­ti­ge bio­tech­no­lo­gi­sche An­wen­dun­gen er­mög­li­chen, in­dem der Weg um­ge­kehrt wird und eine Etha­no­ge­ne­se aus CO₂ er­mög­li­chen könn­te.

Ak­tu­el­le Ar­bei­ten um­fas­sen den in-situ-Nach­weis von mRNA von Schlüs­sel­ge­nen so­wie in Zu­sam­men­ar­beit mit Tristan Wagner die Bio­che­mie von Schlüs­sel­pro­te­inen.