Neu entdeckte Bakterien-Ordnung könnte die Biogasprodukti­on revolutionieren

Die neu benannte und klassifizierte Ordnung Darwinibacteriales ist eine der am häufigsten vorkommenden taxonomischen Gruppen von Mikroorganismen, die an der anaeroben Gärung beteiligt sind – also an der Zersetzung organischen Materials, bei der Biogas entsteht.

Diese Entdeckung gelang Forscher:innen des von der EU finanzierten Projekts Micro4Biogas unter Beteiligung der TU Dresden. Sie analysierten 80 Proben aus 45 Biogasanlagen mit dem Ziel, die Produktion des erneuerbaren Brennstoffs zu steigern.

Die Forschungsergebnisse wurden in zwei Artikeln auf dem Preprint-Server für die Biowissenschaften bioRxiv veröffentlicht. Die Begutachtung steht noch aus.

© Micro4Biogas

Wissenschaftler:innen des europäischen Forschungsprojektes Micro4Biogas haben eine neue taxonomische Ordnung von Bakterien entdeckt und klassifiziert, die auf die Zersetzung von organischem Material spezialisiert sind und der Schlüssel zu einer optimierten Biogasproduktion sein könnten. Die von ihnen als Darwinibacteriales bezeichnete Ordnung ist eine der am häufigsten vorkommenden Bakterien-Ordnungen in Biogasanlagen, wurde aber bisher noch nie wissenschaftlich klassifiziert.

Die Entdeckung gelang Wissenschaftler:innen aus Deutschland, Spanien und den Niederlanden, die 80 Proben von sich zersetzendem organischem Material aus 45 großen Biogasanlagen in Deutschland, den Niederlanden und Österreich entnommen und deren mikrobielle Zusammensetzung mittels DNA-Sequenzierung untersucht haben. Zu ihrer Überraschung waren in allen 80 Proben Vertreter der Darwinibacteriales zu finden, trotz der Unterschiede und der Entfernung zwischen den Anlagen.

Die Forscher:innen waren auf der Suche nach den mikrobiellen Hauptakteuren der anaeroben Gärung, bei der organisches Material abgebaut und anschließend in energiereiches Gas umgewandelt wird, das dann als Brennstoff verwendet werden kann. Dieser Vorgang gilt als Black Box, da die Rolle und Funktionsweise der meisten beteiligten Mikroorganismen bislang unbekannt ist. Eine Steigerung der Biogaserzeugung würde einen entscheidenden Wandel in der Energiewirtschaft bedeuten und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Energieimporten verringern. Doch die fehlende mikrobiologische Forschung hat dies bisher ausgebremst.

Die Wissenschaftler:innen des Micro4Biogas-Konsortiums sind nun in der Lage, maßgeschneiderte, hocheffiziente Populationen von Biogas produzierenden Mikroben zu schaffen. Ihr Ziel ist es, Biogasanlagen robuster und weniger abhängig von Subventionen zu machen, sodass sie kommerziell betrieben werden können und die erneuerbaren Energien weltweit Auftrieb erhalten.

Die Forschenden vermuten, dass eine bestimmte Familie innerhalb dieser neuen Ordnung (die Familie Darwinibacteriaceae) in wechselseitiger Zusammenarbeit mit Archaeen stehen, einer weiteren Art von Mikroorganismen, die an der anaeroben Gärung beteiligt sind. Die Bakterien produzieren Stoffwechselverbindungen, die die Archaeen dann zur Erzeugung von Methangas nutzen. Dies deckt sich mit früheren Studien, die einen Zusammenhang zwischen der Ordnung Darwinibacteriales und der Biogasproduktion festgestellt haben. Sollten sich diese Ergebnisse bestätigen, wären diese Bakterien ein vielversprechender Ansatz für die Entwicklung von Strategien, um die Effizienz in der Biogasproduktion zu steigern.

Link zu den Artikeln (in Englisch)

• Roser Puchol-Royo, Javier Pascual, Asier Ortega-Legarreta, Pascal Otto, Jeroen Tideman, Sjoerd-Jan de Vries, Christian Abendroth, Kristie Tanner, Manuel Porcar, Adriel Latorre-Perez. 2023. Unveiling the ecology, taxonomy and metabolic capabilities of MBA03, a potential key player in anaerobic digestion. 
  bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2023.09.08.556800
• Pascal Otto, Roser Puchol-Royo, Asier Ortega-Legarreta, Kristie Tanner, Jeroen Tideman, Sjoerd-Jan de Vries, Javier Pascual, Manuel Porcar, Adriel Latorre-Perez, Christian Abendroth. 2023. Multivariate comparison of taxonomic, chemical and technical data from 80 full-scale an-aerobic digester-related systems.
  bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2023.09.08.556802

Über das MICRO4BIOGAS-Projekt
Micro4Biogas ist ein von der EU finanziertes Projekt (H2020, Finanzhilfevereinbarung Nr. 101000470), das sich mit der Entwicklung maßgeschneiderter mikrobieller Konsortien zur Steigerung der Biogasproduktion beschäftigt.
Das Projekt vereint 15 Institutionen aus sechs Ländern und zielt darauf ab, den Ertrag, die Geschwindigkeit, die Qualität und die Reproduzierbarkeit der Biogasproduktion zu steigern und damit diese erneuerbare Energie als ökologisch, politisch und wirtschaftlich sinnvolle Option zu konsolidieren.
https://micro4biogas.eu

Kontakt an der TUD:
Pascal Otto
Institut für Abfall- und Kreislaufwirtschaft