Projekt 19652/01

Isolierung und Charakterisierung kälteliebender Mikroorganismen-Gemeinschaften als Quelle neuartiger Biokatalysatoren

Projektträger

Universität RegensburgLehrstuhl für Mikrobiologie
Universitätsstr. 31
93053 Regensburg
Telefon: 0941/943-3182

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass Extremophile ein großes biotechnologisches Potenzial aufweisen. Allerdings sind bisher kälteliebende Mikroorganismen hinsichtlich ihrer biotechnologischen Einsatzmöglichkeiten kaum erforscht worden. In diesem Punkt könnte die Entdeckung einer neuartigen kälteliebenden Lebensgemeinschaft, die sich aus Bakterien und Crenarchaeota zusammensetzt, den Kristallisationskeim für eine zukünftige Niedertemperaturbiotechnologie darstellen. Durch entsprechende Kultivierungen könnte hierbei ein Reich neuartiger Organismen erschlossen werden, welches ein bisher völlig unbekanntes biotechnologisches Potenzial aufweisen könnte.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem ersten Schritt sollen die Umweltbedingungen am Standort der neuentdeckten Lebensgemeinschaft durch periodische Analysen erfasst werden. Die erhaltenen chemischen und physikalischen Parameter charakterisieren den Standort und stellen eine wesentliche Grundlage für spätere Kultivierungsversuche dar. Eine weiterführende Charakterisierung dieser Lebensgemeinschaft soll durch die Kombination unterschiedlicher molekularer Methoden erreicht werden, wobei in situ phylogenetische Untersuchungen und FISH-Studien vorrangig eingesetzt werden.
In einem weiteren Arbeitsschritt sollen die kälteliebenden Crenarchaeota sowie die stäbchenförmigen, bakteriellen Partner kultiviert und isoliert werden. Dieses Ziel soll durch die Verbindung von molekularen Analysen, neuen Kultivierungsmethoden und dem Lasermikroskop zur gezielten Zellvereinzelung erreicht werden. Nach dem Erhalt von ersten kälteaktiven Kulturen schließt sich der Nachweis auf entsprechende Enzymaktivitäten an, wobei als Testsysteme verschiedenartige feste Oberflächen verwendet werden. Besonders interessante Enzymaktivitäten sollen weiter verfolgt, die entsprechenden Enzyme angereichert und anschließend gereinigt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden eine Vielzahl neuer, tiefergehender Erkenntnisse zum Verständnis kälteliebender Mikroorganismen, ihrer mikrobiellen Vielfalt am natürlichen Standort und ihrer biotechnologischen Leistungsfähigkeit erhalten. Einer der wichtigsten Meilensteine in dem Projekt ist in der Isolation des bakteriellen Partners Sip100 aus der crenarchaeellen-bakteriellen Lebensgemeinschaft vom Standort Str. 6 im kalten Mineralbach des Sippenauer Moors bei Regensburg zu sehen. Im Rahmen der dabei angewandten verschiedenen Kultivierungsstrategien konnten bisher etwa 120 unterschiedlichste Reinkulturen kälteliebender Mikroorganismen gewonnen und Langzeit-konserviert werden. Verschiedene Kultivierungsmethoden wurden hierbei neu entwickelt und den Fragestellungen entsprechend angepasst. Ein umfangreiches Enzymscreening zeigte, dass diese Isolate ein vielfältiges Spektrum an hochaktiven Exo- und Endoenzymaktivitäten besitzen und zudem ein breites Wirkspektrum gegen che-misch unterschiedlichste Biopolymere zeigen. Teilweise werden sogar Polymere enzymatisch angegrif-fen, die bisher als enzymresistent angesehen worden waren. Bis auf die bisher noch nicht verlässliche Kultivierung der Crenarchaeota im Labor aus der crenarchaeellen- bakteriellen Lebensgemeinschaft wurden die verfolgten Ziele erreicht, wobei sie in Teilbereichen sogar noch übertroffen wurden (z. B. Erhalt von verschiedenen, archaeellen Mischkulturen im Labor). Da unsere Versuche in dem Projekt klar gezeigt haben, dass die Kultivierung der Crenarchaeota nur zu-sammen mit seinem hochspezifischen Futterbakterium möglich sein wird, welches nunmehr zur Verfügung steht, sollte auch diese Kultivierung in einem überschaubaren Zeitraum gelingen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die erhaltenen Ergebnisse sollen in entsprechenden wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht werden; diese sind damit für die unterschiedlichsten Wissenschaftler und Forschungseinrichtungen zugänglich. Das Vorhaben wird über die Projektlaufzeit weitergeführt, wobei ein Schwerpunkt auf der verlässlichen Kultivierung der Crenarchaeota aus der crenarchaeellen-bakteriellen Lebensgemeinschaft unter Verwendung des kultivierten, spezifischen bakteriellen Partner Sip100 als Futterbakterium liegt. Der zweite Schwerpunkt wird die weiterführende Charakterisierung von interessanten Enzymaktivitäten unter Einbeziehung industrieller Kooperationspartner sein. Die nun vorhandene Kulturensammlung kann aufgrund ihrer charakteristischen Bioaktivitäten detailliert unter entsprechenden Anwendungsaspekten weiterführend analysiert werden.


Fazit

Die für das Projekt gewählte Vorgehensweise hat sich bewährt. Durch die Vielzahl der eingesetzten Methoden war es möglich, tiefergehende biologische Aufschlüsse über die crenarchaeelle-bakterielle Lebensgemeinschaft zu erhalten und daraus den bakteriellen Partner Sip100 direkt aus Originalproben zu isolieren.
Eine große mikrobielle Vielfalt an kälteliebenden Mikroorganismen wurde zudem durch unterschiedlichste Kultivierungsmethoden aus dem Sippenauer Moor gewinnen. Diese Isolate besitzen verschiedenste, hochaktive Exo- und Endoenzymaktivitäten, so dass nun ein reiches Ensemble an Organismen mit hohem biotechnologischen Potenzial für unterschiedlichste Anwendungen zur Verfügung steht.Insgesamt kann festgestellt werden, dass das vorgeschlagene Projekt im Förderzeitraum in den ver-schiedensten Forschungsaspekten sehr gut vorangekommen ist; Änderungen in der Zielsetzung waren nicht notwendig.

Übersicht

Fördersumme

99.970,00 €

Förderzeitraum

02.01.2002 - 30.09.2003

Internet

www.uni-regensburg.de

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik