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Physiology, metabolism and biohydrogen production of Desulfurococcus fermentans
Barbara Reischl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Christa Schleper
Mitbetreuer*in
Simon Karl-Maria Rasso Rittmann
DOI
10.25365/thesis.42723
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28692.77084.960368-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Biowasserstoff ist eine erneuerbare Energie-Quelle und ein umweltfreundlicher Kraftstoff, bei dem keine Treibhausgase gebildet werden. Verbrennung von Wasserstoff resultiert in Wasser. Durch den Nutzen von Abfallprodukten aus der industriellen Verwertung kann eine kosteneffiziente Bildung von Biowasserstoff erreicht werden. Ein potentieller Kandidat für die Produktion von Biowasserstoff ist Desulfuroccus fermentans. Er gehört zu den hyperthermophilen Archaea und der Familie Desulfurococcacaea. In dieser Studie wurde das Wachstum, der Metabolismus und das Potential zur Biowasserstoff Produktion von D. fermentans untersucht. Die Wachstumsrate wurde in geschlossenen Systemen in Serumflaschen und im Bioreaktor getestet mit dem Resultat, dass er auf verschiedenen Zuckern wie Arabinose, Stärke, Fructose, Maltose, Saccharose, Laktose und Zellulose mit unterschiedlicher Wachstumsrate und Zelldichte wachsen kann. Das ist abhängig von der Medium Zusammenstellung, ob Hefe Extrakt enthalten ist und dem verwendeten Atmosphären-Gas. Hefe und das Gas Gemisch H2/CO2 waren dabei wachstumsfördernd. Eine genom-basierte Rekonstruktion des Metabolismus von D. fermentans zeigte, dass dieser Organismus viele Gene besitzt, die die Biowasserstoffproduktion fördern oder möglich machen. Es kann einige Wege nutzen, die zum Erhalt von Reduktionsäquivalenten führen, wie NAD(P)H oder Fd(red). Diese gelten als Elektronen-Spender und werden von verschiedenen Mechanismen zum Biowasserstoff Produktion genutzt. Als Beispiel die Existenz der Glyzerinaldehyde-Ferredoxin-Oxidoreduktase (GAPOR), ein modifizierter Weg des Embden-Meyerhof-Stoffwechselweges, den vor allem Archaea benutzen. Weiters enthält das Genom Gene für eine Umwandlung von Pyruvate zu Formate, welches wiederum oxidiert werden kann um Elektronen zu generieren. Zur Biowasserstof Produktion werden Hydrogenasen eingesetzt. D. fermentans besitzt zwei Gen-Cluster mit [NiFe] Hydrogenasen und den dazugehörigen Aufbau-Proteinen. Einige Schritte im Bezug auf den metabolischen Weg weisen noch einige experimentell zu adressierende Lücken auf, wie der reduktive Zitrat-Zyklus und der Transport einiger Zucker, zum Beispiel Arabinose. Trotz der vielen Möglichkeiten Wasserstoff zu generieren, war die Ausbeute der „Wasserstoff-Entstehungs-Rate“ (HER) sehr gering oder nicht existent. Der Gebrauch der richtigen Wege zur effizienten Biowasserstoff Produktion muss noch verdeutlicht werden.
Abstract
(Englisch)
Desulfurococcus fermentans is an anaerobic, hyperthermophilic crenarchaeon, belonging to the archaeal family Desulfurococcaceae. D. fermentans was examined with respect to its physiology, metabolism and its ability to produce biohydrogen. It is able to use a variety of different carbon sources ranging from monosaccharides to polysaccharides, especially cellulose. Growth was confirmed on starch, fructose, arabinose, cellulose, sucrose, lactose and maltose with an increasing growth rate in that order. A metabolic reconstruction on the basis of the full genome of D. fermentans revealed a large number of broad ABC transporters for sugar uptake. D. fermentans possesses all necessary genes for glycolysis and contains the classical but also the modified Embden-Meyerhof pathway. The reductive citric acid cycle is incomplete. The potential of biohydrogen production was analyzed in bioreactor vessels on fructose and cellulose. Yields of biohydrogen were below 0.01 mmol L-1 h-1, not even roughly close to the “Thauer Limit”, although genes for two membrane bound [NiFe] hydrogenases and other H2 promoting genes like pyruvate fomate lyase and formate dehydrogenase have been detected. D. fermentans does not seem to be the best performer for biohydrogen production but it has an interesting metabolism worth being investigated.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
biohydrogen metabolism Desulfurococcus hydrogenases archaea hyperthermophile
Schlagwörter
(Deutsch)
Biowasserstoff Metabolismus Desulfurococcus Hydrogenasen Archaea hyperthermophil
Autor*innen
Barbara Reischl
Haupttitel (Englisch)
Physiology, metabolism and biohydrogen production of Desulfurococcus fermentans
Paralleltitel (Deutsch)
Physiologie, Metabolismus und Biowasserstoff Produktion von Desulfurococcus fermentans
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
103 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christa Schleper
AC Nummer
AC13279742
Utheses ID
37816
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |