Wachstum und Atmung von Mikroorganismen - eine Verbindung zwischen mikrobieller Aktivität und Bioenergetik im Boden

• Antragsteller: Dr. Sergey Blagodatskiy; Professor Dr. Michael Bonkowski
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554807460

In der ersten Phase des SPP "SoilSystems" hat die Entwicklung prozessbasierter Modelle zur Beschreibung des mikrobiellen Wachstums und seiner bioenergetischen Grenzen im Boden kritische Wissenslücken und Forschungsbedarfe aufgezeigt. An erster Stelle steht dabei eine genauere Bestimmung der gesamten und aktiven mikrobiellen Biomasse im Boden, weil sie essenziell für die Entwicklung eines mechanistischen Verständnisses der gekoppelten Kohlenstoff- und Energiebilanzen und der Effizienz des mikrobiellen Wachstums ist. Eine bessere Abschätzung der mikrobiellen Biomasse kann durch eine Kombination von Messungen der Kinetik der substratinduzierten mikrobiellen Atmung, der Wärmefreisetzung, Veränderungen des DNA- und RNA-Gehalts im Boden und Erfassung der mikrobiellen Lebensstrategien erreicht werden. Mit Hilfe dieser ergänzenden Informationen wollen wir unsere in der ersten Phase entwickelten bioenergetischen Modelle erweitern und verfeinern. Das resultierende Modell soll a) hinreichend einfach formuliert sein, um die Modellparameter aus Daten zur Atmungskinetik und aus unabhängigen Messungen der mikrobiellen Gesamtbiomasse abzuleiten, b) das mikrobielle Wachstum von der Ruhephase bis zum unbegrenzten exponenziellen Wachstum in Bezug auf die makromolekulare Zellzusammensetzung (v.a. den relativen Anteil der RNA als wachstumsbezogene Zellkomponente) beschreiben können. Alternative Konzepte zur Beschreibung mikrobieller Lebensstrategien, z.B. das r-K-L oder das Y-A-S Kontinuum, werden über RNA-basierte molekulare Methoden (Metatranskriptomik) anhand von Veränderungen der exprimierten funktionellen Gene in der mikrobiellen Gemeinschaft während der Substrat-induzierten Wachstumsphase verglichen. Dies resultiert in einer erweiterten, klar prozessbasierten Modellierung, die anschließend auf komplexere experimentelle Datensätze, die im Konsortium des Schwerpunktprogramms gewonnen wurden, angewandt werden soll. Der Vergleich verschiedener Modellierungsansätze innerhalb des Konsortiums wird ganz wesentlich zur Synthese und zu einem verbesserten Prozessverständnis mikrobiellen Wachstums im Boden beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Mitverantwortlich: Dr. Kenneth Dumack