Anaerobic fungi - non-model microbes for a sustainable future
Anaerobe Pilze – wenig erforschte Mikroorganismen mit Schlüsselpotenzial für eine nachhaltige biotechnologische Zukunft
Mikroorganismen besiedeln eine Vielzahl ökologischer Nischen, sind an unterschiedlichste Umweltbedingungen angepasst und nutzen ein breites Spektrum an Substraten. Ihre metabolische Diversität macht sie zu einer wertvollen Ressource für die Entwicklung innovativer biotechnologischer Anwendungen. Im Rahmen einer internationalen Kooperation zwischen der Forschungsgruppe um Frau Prof. Dr. Sabine Grüner-Lempart an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und der Forschungsgruppe um Prof. Dr. Matthias Hess an der University of California, Davis (UC Davis) wird dieses Potenzial gezielt erschlossen. Ziel ist es, nachhaltige bioverfahrenstechnische Ansätze mit einem systembiologischen Verständnis mikrobieller Interaktionen zu verbinden, um ökologische und agrarwissenschaftliche Herausforderungen zu adressieren.
Fokus auf Nicht-Modell-Organismen
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Erforschung sogenannter Nicht-Modell-Mikroorganismen, die aufgrund ihrer schwierigen Kultivierbarkeit bislang nur unzureichend charakterisiert wurden. Diese Organismen verfügen häufig über einzigartige metabolische Eigenschaften, die neue Perspektiven für die Optimierung biotechnologischer Prozesse eröffnen. Anaerobe Pilze (AF) stellen eine solche Organismengruppe dar und stehen im Zentrum des geplanten Forschungsvorhabens.
Anaerobe Pilze und ihre syntrophen Partner
Anaerobe Pilze sind hochaktive Lignozellulose-degradierende Organismen und kommen primär im Verdauungstrakt herbivorer Tiere, insbesondere Wiederkäuern, vor. Dort zersetzen sie Lignozellulose-haltige Biomasse mechanisch und enzymatisch und setzen dabei Acetat, Formiat, CO₂ und H₂ frei. In enger syntropher Interaktion mit methanogenen Archaeen tragen sie zur Methanbildung bei. Diese Interaktionen sind wechselseitig vorteilhaft: Methanogene nutzen die Metabolite der Pilze zur Methanproduktion, während sie gleichzeitig die faserabbauende Aktivität der Pilze durch Beeinflussung des hydrogenosomalen Stoffwechsels fördern.
Zielsetzung des Projekts
Das Hauptziel des Projekts besteht in der detaillierten Charakterisierung der Interaktionen zwischen anaeroben Pilzen und Methanogenen, insbesondere im Hinblick auf deren Einfluss auf Methanemissionen im Pansen sowie auf ihr Potenzial zur Verwertung pflanzlicher Reststoffe aus industriellen Prozessen. Die Forschung beginnt mit einem Forschungsaufenthalt einer HSWT-Studentin an der UC Davis, bei dem neuartige anaerobe Pilze aus methanreduzierten Pansensimulationen isoliert und charakterisiert werden. In einer zweiten Phase wird ein Doktorand der UC Davis AF aus natürlichen Pansenproben isolieren, die zur Zersetzung zellulosehaltiger Pflanzenreste aus der Industrie beitragen sollen.
Anwendungspotenzial
Die Verarbeitung pflanzlicher Rohstoffe in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie erzeugt jährlich große Mengen an Faserresten, die bislang überwiegend thermisch entsorgt werden. Eine mikrobielle Vorbehandlung dieser Rückstände ermöglicht die Extraktion wertvoller Inhaltsstoffe (z. B. Antioxidantien) sowie die Entfernung unerwünschter Farb- und Aromastoffe. Die verbleibenden Fasern können anschließend als funktionelle Lebensmittelbestandteile, Trägermaterialien oder Dämmstoffe weiterverwendet werden.
Vergleichende Analyse und Ausblick
Im Rahmen einer vergleichenden Analyse sollen Konsortien aus anaeroben Pilzen und Methanogenen aus Pansenumgebungen mit unterschiedlichem Methanbildungspotenzial hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Abundanz und metabolischen Kapazität untersucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für ein weiterführendes gemeinsames Forschungsprojekt zur Entwicklung mikrobieller Managementstrategien unter gezieltem Einsatz anaerober Pilze.
