Erforschung der Reaktionsmechanismen der dissimilatorischen Eisen(III)-Reduktion gekoppelt mit Schwefel-Oxidation (DIRSO) durch azidophile Prokaryonten und deren Relevanz für Biolaugung und Bildung saurer Grubenwässer

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Schippers
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Analytische Chemie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410292009

Biolaugungsprozesse und die Bildung saurer Grubenwässer (acid mine drainage = AMD) beruhen überwiegend auf der mikrobiellen aeroben Eisen(II)- und Schwefeloxidation, und sie sind auch maßgeblich beeinflusst durch mikrobielle, dissimilatorische Eisen(III)reduktion gekoppelt mit Schwefel-Oxidation (DIRSO), welche sowohl für anaerobe als auch für aerobe Bedingungen bei niedrigem pH beschrieben ist. Es gibt nur wenige Untersuchungen zu DIRSO bei Azidophilen, und diese fokussieren auf mesophile Azidophile, aber nicht auf thermophile Azidophile. Es gibt Wissenslücken zur DIRSO-bezogenen Transformation der Eisen- und Schwefelspeziation, zur Struktur der beteiligten Mikroorganismen/gemeinschaften und deren Funktionen und zu den molekularen Mechanismen der Eisen und Schwefel bezogenen Stoffwechselwege in Azidophilen, insbesondere in Thermoazidophilen. Das beantragte Forschungsprojekt beabsichtigt die Erforschung der Physiologie und (Bio)chemie von DIRSO bei thermoazidophilen Archaeen und mesoazidophilen Bakterien. Mikroorganismus-Mineral-Wechselwirkungen werden mit verschiedenen Eisen(III) haltigen Mineralen und verschiedenen Schwefelverbindungen in klar definierten Laborexperimenten untersucht, sowohl mit Reinkulturen inklusiver neuer Isolate, definierten Mischkulturen als auch Mikroorganismen/gemeinschaften aus sauren Umweltstandorten. Analytische Spitzentechnologie wie Synchrotron basierte Methoden (XANES, SR-XRD, STXM), online Raman Spektroskopie, HPLC und andere werden eingesetzt um intermediäre, labile Schwefelverbindungen zu identifizieren und zu quantifizieren bei den Fe-S-gekoppelten Redoxreaktionen sowohl in der Lösung als auch an den Mineraloberflächen. Die Bestimmung der intermediären Schwefelverbindungen wird erlauben Reaktionswege von DIRSO zu beschreiben, sowohl für bereits beschriebene als auch neue Meso- und Thermoazidophile. Gleichzeitig werden während der Laugungsprozesse Struktur und Funktionen der beteiligten Mikroorganismen/gemeinschaften erforscht und Eisen und Schwefel bezogene Stoffwechselwege in thermophilen Azidophilen werden mittels Transcriptomics und Proteomics aufgeklärt. Bezüglich Anwendung wird die Kinetik von DIRSO in gekoppelten aerob-anaeroben Systemen (Reaktoren) erforscht unter Variation von pH, Elektronendonor (reduzierte Schwefelverbindungen) und verschiedener Eisen(III) haltiger Minerale, um die Biolaugung zu verbessern und die Bildung saurer Grubenwässer besser vorhersagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jinlan Xia