BIOS

Bildung von biogenen Eisenoxiden (BIOS) und ihr Potential für mikrobielle Eisenreduktion und Fermentation unter anoxischen Bedingungen

04.02.2022 bis 01.05.2025

Biogene Eisenoxide (BIOS) sind Eisen-Kohlenstoff (Fe-C)-reiche Aggregate, die von mikroaerophilen und anaeroben Fe(II)-oxidierenden Bakterien (FeOB) in suboxisch-anoxischen Sedimenten und Wassersäulen produziert werden. Der Abbau von BIOS durch anaerobe mikrobielle Metabolismen kann wichtige Auswirkungen auf den Fe- und C-Zyklus in anoxischen Umgebungen haben. Die Spezies- und Umwelt-beeinflussten Variationen im gebildeten BIOS und die Auswirkungen dieser Variationen auf den Fe- und C-Kreislauf durch anaerobe Mikroben sind jedoch noch wenig erforscht. Zu diesem Zweck haben wir einen Forschungsansatz gewählt, der sich auf experimentelle Arbeiten mit mikrobiellen Systemen konzentriert. Im Arbeitspaket WP1 wird das BIOS durch FeOB mit bekannten Unterschieden in den Fe(II)-Oxidationsmechanismen gebildet. In WP1 werden drei Kulturen verwendet: Rhodopseudomonas palustris TIE-1 (photoautotroph), Anreicherungskultur KS (ein nitratreduzierendes Konsortium) und Acidovorax sp. BoFeN1 (Chemodenitrifizierer). Weitere Experimente werden mit TIE-1 durchgeführt, um Veränderungen im gebildeten BIOS als Funktion der Lichtintensität und der gelösten Fe2+-Konzentrationen zu untersuchen. Das gebildete BIOS wird hinsichtlich Mineralogie, organischer Zusammensetzung und hydratisierter Struktur durch eine Kombination von XRD, Mössbauerspektroskopie, chemischen Analysen, FTIR, dynamischer Lichtstreuung und Kryo-FIB-SEM charakterisiert. Parallele BIOS-enthaltende Kulturen werden für die Verwendung in WP2 und WP3 des Projekts gespeichert. In WP2 wird die Bioverfügbarkeit von BIOS-assoziierten Fe(III)-Mineralien durch Inkubation mit Fe(III)-reduzierenden Bakterien (entweder Shewanella oneidensis MR-1 oder Geobacter sulfurreducens) mit bekannten Unterschieden in ihren Fe(III)-Reduktionsmechanismen (z.B. Elektronen-Shuttling vs. direkter Zell-Mineral-Kontakt) getestet. Schließlich wird in WP3 die Bioverfügbarkeit von BIOS-assoziiertem organischem C durch Inkubation mit einem fermentativen Konsortium (angereichert aus Seesedimenten in Gegenwart von Natriumazid als Atmungsinhibitor, einschließlich mikrobieller Fe(III)-Reduktionshemmung) getestet. Die Auswertung der wässrigen Chemie (Fe2+, Zellzahlen, ATP, DOC, flüchtige Fettsäuren) in WP2 und WP3 über die Zeit wird das Ausmaß und die Raten der mikrobiellen Nutzung von BIOS-assoziierten Fe(III)-Mineralien und organischem C liefern. Diese Fe und C-Dynamik kann anschließend auf der Grundlage der physikochemischen Variationen der verschiedenen BIOS, wie sie in WP1 charakterisiert sind, interpretiert werden. Insgesamt wird es uns das vorgeschlagene Projekt ermöglichen, die Fe- und C-Reaktivität direkt mit Variationen in der mikrobiellen Gemeinschaft und der Umwelt in Verbindung zu bringen.