Abteilung Oberflächengewässer

Ökologische Stabilität von mikrobiellen Gemeinschaften in gemischten Nitritation-Anammox (Subprojekt von IsoMol)


Die autotrophe Beseitigung von Stickstoff (N) durch anaerobe Ammoniumoxidation (Anammox) ist ein wichtiger Mechanismus der N-Eliminierung, sowohl in technischen als auch in natürlichen Systemen. Im Hauptstrom von Kläranlagen könnte es sogar den Betrieb unter Energieautarkie ermöglichen. Die autotrophe N-Entfernung durch Anammox-Bakterien umfasst die gleichzeitige Oxidation von Ammonium (NH4 +) und Reduktion von Nitrit (NO2-) unter sauerstoffarmen Bedingungen in einer Reaktion, die zuerst in einer de-nitrifizierenden Kläranlage entdeckt wurde. Das metabolische Endprodukt vom Anammoxprozess ist gelöstes N2, was es zu einem effizienten fixierten N-Eliminierungsweg in technischen Systemen macht.

Das Ziel des multidisziplinären IsoMol Projektes ist es, die Zusammenhänge zwischen biochemischen Stoffwechselwegen, der Leistung mikrobieller Gemeinschaften, Umweltbedingungen und der mikrobiellen Zusammensetzung in der autotrophen Stickstoffeliminierung zu verstehen.
In diesem Projekt wird das Department für mikrobielle Ökologie der Eawag Kastanienbaum die Aktivität und ökologische Stabilität von Anammox-Biofilmen untersuchen. Ein besseres Verständnis über die Aktivitäten von Anammox-Konsortien ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Prozessstabilität und damit für die Verwendbarkeit der autotrophen N-Entfernung in größerem Maßstab.  Widerstand (Grad, in dem eine Gemeinschaft Veränderungen im Angesicht von Störungen widersteht) und Resilienz (Fähigkeit der Gemeinschaft, in den Zustand vor der Störung zurückzukehren) sind zwei quantifizierbare Metriken, die die mikrobielle Gemeinschaftsstabilität direkt beeinflussen. Unser Hauptziel ist es nun, die Schlüsselmechanismen, welche Resistenz und Resilienz von mikrobiellen Gemeinschaften zugrunde liegen zu identifizieren und zu verstehen.
Wir werden Stressexperimente in kleinmaßstäbigen Bioreaktoren an der Eawag Dübendorf durchführen. Durch die Kombination von Leistungsparametern, Biodiversitätsindizes und Gentranskripten wird es uns dann möglich sein Stabilitätsgrenzbereiche abzuschätzen. Die Ergebnisse aus den Experimenten werden uns helfen, die mechanistischen Grundlagen von Stabilität und Kollaps in komplexen Anammox-Biofilmen zu verstehen.

Figur 1: Der Anammox Prozess