Das Projekt "Teilvorhaben 1: Anlagenbetrieb und Analytik aktiver Gilden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Zentrale Analytik, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen durchgeführt. Die wesentlichen Ziele des Verbundvorhabens bestehen darin, (i) die Stoffwechselwege und aktiven Schlüsselorganismen in unterschiedlichen Biogasprozessen und Zuständen zu bestimmen und (ii) ein thermodynamisches Modell der anaeroben Vergärung zu entwickeln, das mit den entsprechend notwendigen, biologisch relevanten Daten untermauert ist. Die Ziele des TV1 liegen in den Bereichen Anlagenbetrieb (ILT) und mikro/molekularbiologische Analytik (AQU). Maissilage wird im einstufigen Durchflussbetrieb (i) mesophil und (ii) thermophil zu Biogas vergoren. Zur Untersuchung der Prozesszustände (a) effizienter stabiler Betrieb und (b) Prozessstörung wird die organische Raumbelastung (OLR) kontinuierlich gesteigert, wobei den Biozönosen zu (a) und (b) ein Puls isotopenmarkierter Maissilage für die metabolischen Studien zugesetzt wird. Anhand konventioneller physiko-chemischer sowie molekularbiologischer Parameter wird der Prozesszustand diagnostiziert. Proben werden den Projektpartnern bereitgestellt. TV1 untersucht Amplikons und Transkripte der Funktionsgene mcrA/mrtA (methanogene Archaeen) und fhs sowie hydA (syntrophe Intermediatoxidierer) qualitativ und quantitativ. In der Zusammenschau werden die zustandsspezifisch relevanten, beschrittenen Stoffwechselwege identifiziert. Die Ergebnisse fließen in das Stoffwechsel- bzw. thermodynamische Modell ein. Die molekularbiologischen Nachweismethoden sollen für eine optimierte Sensorik/Diagnostik verbessert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Mikrobiologie des anaeroben Intermediatstoffwechsels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Mikrobiologie (ifmb) durchgeführt. TV3 bestimmt Stoffwechselintermediate und potenzielle Störstoffe. Aktive Maissilage verwertende Mikroorganismen werden nach Pulsmarkierung mit 13C-Mais mittels rRNA stabiler Isotopenbeprobung identifiziert. Durch zeitlich aufgelöste Analysen werden hydrolytische/primäre Gärer, Syntrophe, sowie Methanogene identifiziert. 13C-markierte Transkriptome identifizieren aktive schlüsselenzymkodierende Funktionsgene. Die vergleichende Analyse von stabilem und gestörtem Zustand erlaubt die Identifizierung von der Störung betroffener Mikroben bzw. Schlüsselgene, welche als Grundlage für die Entwicklung quantitativer molekularer Zustandsanalytik eingesetzt werden. Schlüsselorganismen werden isoliert und charakterisiert. TV3 leistet einen Beitrag zur Verbesserung des Stoffwechsel/thermodynamischen Modells und der molekularen Zustandsanalytik von Biogasfermentern. AP2 Biochemische Prozessanalytik von Störstoffen, Intermediaten und Produkten der anaeroben Fütterungskette. Bestimmung von 13C-markierten Fettsäuren während der stabilen Isotopenbeprobung (RNA-SIP). AP3 'In situ' RNA-SIP mit 13C-Mais, die Präparation der 13C-markierten RNA, Identifikation 13C-marikierter Organismen und Schlüsselgene mit Hilfe von 16S rRNA Amplikon und mRNA-Transkriptom Illuminasequenzierungen. AP4 Präparation/Evaluierung von DNA und RNA aus dem Fermenter. Weiterentwicklung von qPCR basierten Methoden auf Basis des mRNA-Transkriptoms (AP3). AP5 Aus DNA sowie RNA von AP4 werden funktionelle Gene amplifiziert und sequenziert. AP6 Funktionelle Gene und Transkripte werden mittels spezifischer quantitativer PCR vermessen. AP7 Hydrolytische/gärende, syntrophe und methanogene Schlüssel-Mikroben werden isoliert. Deren Relevanz soll durch die molekularen Daten (APs 3-6) evaluiert werden. AP8 Genomsequenzierung und metabolische Rekonstruktion von Isolaten. AP9 Daten werden zur Entwicklung des Stoffwechselmodells aufbereitet. AP10 Verbesserung der molekularbiologischen Analytik für die Zustandsdiagnostik.
Das Projekt "Anaerobe Stabilisierung von Schlachthofabwaessern und Schlachthofabfaellen. Biotechnology Indonesia-Germany BTIG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Regensburg, Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie, Lehrstuhl Mikrobiologie und Archaeenzentrum durchgeführt. Im Rahmen der indonesich-deutschen Kooperation auf dem Gebiet der Biotechnologie werden in Laborfermentern Schlachthofabwaesser und -abfaelle anaerob stabilisiert. Die Fermentationen werden ausfuehrlich analysiert, Fehlgaerungen verschiedenster Art simuliert und die Gaerung danach wieder stabilisiert. Fuer die fluessige Phase kommt ein Festbettreaktor, fuer die feste Phase ein Feststoffreaktor zum Einsatz. In beiden Fermentationsansaetzen soll die Mikrobiologie des Abbaues durch Isolierung von Reinkulturen und deren syntrope Reassoziation charakterisiert werden.
Das Projekt "Biomasseabtrennung mit Hydrozyklonen - Mikrobiologische Charakterisierung fraktionierter Bakterienagglomerate" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Gesamtprojekts ist die Erhoehung der Umsatzrate in Bioreaktoren durch Konzentrierung und Fraktionierung der Biomasse im Ablauf mittels Hydrozyklonen und Rueckfuehrung der Fraktionen mit besonders hoher Aktivitaet. Hydrozyklone sind vorteilhaft wegen ihres einfachen Aufbaus, ihres geringen Platzbedarfs und ihrer geringen Kosten; aufwendige und begrenzt wirksame Biomasseabscheider koennen entlastet werden oder ganz entfallen. Untersuchungen mit einem Hydrozyklon an einem Pilotreaktor und an einem grosstechnischen Reaktor zeigten, dass die Biomasse konzentriert werden kann und dass Fraktionen unterschiedlicher spezifischer Aktivitaet erzeugt werden koennen. Die Biomasse-Fraktionen wurden hinsichtlich Enzymaktivitaeten, Lipidfettsaeuremuster, Gehalt an methanogenen Bakterien und an anderen verschiedenen physiologischen Mikroorganismen-Gruppen untersucht. Die Mikroorganismen-Agglomerate wurden mikroskopisch (Lichtm., Epifluoreszenzm., Sekundaer- und Transmissionselektronenm.) hinsichtlich Partikelgroesse, Form und Struktur untersucht. Nach der Hydrozyklonpassage sind die Agglomerate aus realativ kompakten Mikrokolonien mit geordnetem Aufbau zusammengesetzt, die durch Exopolysaccharide und ein Netzwerk meist fadenfoermiger Bakterien untereinander verbunden sind. Groessere Agglomerate waren zwar zerteilt, aber die syntrophen Mikroorganismengruppen waren nicht getrennt worden. In weiteren Untersuchungen werden zweistufige Hydrozyklonanlagen eingesetzt.