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.