Nachweis mikrobieller Interaktionen in Silagen mit Methoden der Multi-Sensor-Technologie, Molekular-Mikrobiologie und der Opimale-Kontroll-Theorie

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Büscher; Professor Dr. André Lipski
• Fachliche Zuordnung: Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514571158

Silagen sind weltweit die wichtigsten Futtermittel für landwirtschaftliche Wiederkäuer und Substrate für die Energieerzeugung mit Biogasanlagen. In den letzten drei Jahrzehnten wurden verschiedene biologische/chemische Zusätze eingesetzt, um sowohl die Fermentationsqualität als auch die antioxidative Kapazität von Silage zu verbessern. Für ein tieferes Verständnis der mikrobiellen Rolle biologischer Silagezusatzstoffe ist es entscheidend, einen Einblick in die mikrobiellen Interaktionen während der Silierung zu erhalten, die zu einer optimalen Silierung führen. Dieser Antrag stellt eine interdisziplinäre Grundlagenstudie dar, kombiniert mit Multi-Sensor- Messungen, molekularbiologischen Analysen, biochemischer LAB-Fermentation unter optimaler Kontrolltheorie und Isolierung von LAB aus hochwertigen Silagen. Zwei Forschungsteams der Universität Bonn wollen an dieser Thematik arbeiten: eines unter der Leitung von Prof. Dr. W. Büscher, verantwortlich für das In-situ-Screening mikrobieller Aktivitäten unter Verwendung von Multisensor-Technologie; das andere unter der Leitung von Prof. Dr. A. Lipski, verantwortlich für die Isolierung von geeigneten LAB und Zusammenstellung von kooperativ arbeitenden Mischkulturen. Die Highlights dieser Studie lassen sich wie folgt charakterisieren: ● Die fundierten Arbeiten der Vorstudie (neuartige experimentelle Methoden und erste berichtete experimentelle Daten) über die optimale Vorauswahl der LAB-Stämme und die optimale LAB-Fermentation werden von beiden Teams präsentiert. ● Ein Multisensor-Array zur kontinuierlichen In-situ-Messung von CO2, Ethanol, O2, pH-Wert und Temperatur aus oder in Silage unter anaeroben, semi-aeroben und aeroben Versuchsbedingungen gewährleistet eine genaue Verfolgung/Untersuchung des LAB-Prozesses bei der Fermentation und der aeroben Zersetzung von Milchsäure. ● Die mathematische Modellierung im Zusammenhang mit dem verallgemeinerten Problem der Bolza-Gleichung (eine Grundgleichung der Theorie der optimalen Steuerung in der angewandten Mathematik) und die Durchführung des vorgeschlagenen Experiments führen zu einer optimalen Selektion von LAB-Stämmen für spezifische Silagen. ●Die Analyse von Mischkulturen von Isolaten aus Silage ist in der Lage mutualistische Interaktionen zwischen verschiedenen Stämmen während des Siliervorganges nachzuweisen. Wachstumsraten und Säureproduktion sollen sowohl für Rein- als auch für definierte Mischkulturen gemessen werden. Um die Mechanismen der Interaktionen zu charakterisieren, werden Synthese und regulatorische Wirkung von Quorum sensing Autinducer Molekülen nachgewiesen. Weiterhin sollen Transkriptomanalysen von Mischkulturen durchgeführt werden, um Interaktionen zwischen Bakterienstämmen auch auf regulatorischer Ebene nachzuweisen. Mutualistische Aktivitäten von Mischkulturen werden mit Hilfe des bereits entwickelten Multi-Sensor-Minireaktorsystems erfasst, quantifiziert und im Detail in ihrer zeitlichen Dynamik untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen