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Entfesselung des Potentials der Anaeroben Pilze (Neocallimastigomycota)

English title Unleashing the hidden potential of the anaerobic fungi (Neocallimastigomycota)
Applicant Baier Urs
Number 179552
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Biotechnologie Zürcher Hochschule für Angwdt. Wiss, (ZHAW)
Institution of higher education Zurich University of Applied Sciences - ZHAW
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.12.2018 - 30.11.2021
Approved amount 455'205.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Experimental Microbiology
Ecology
Environmental Research

Keywords (3)

Anaerobic fungi; Lignocellulose degradation; Neocallimastigomycota

Lay Summary (German)

Lead
Pilze, welche ohne Sauerstoff leben, weisen oft faszinierende Eigenschaften auf. Über die Herkunft und die Lebensweise dieser Organismen ist jedoch noch wenig bekannt. Durch die Erforschung der Stoffwechselleistungen dieser Mikroorganismen und ihrer Kultivierung eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Anwendung in der Landwirtschaft, bei der Produktion von Bioenergie oder für biotechnologische Produktionsprozesse.
Lay summary

Pilze, welche einen anaeroben Stoffwechsel aufweisen und ohne Sauerstoff leben, finden sich oft im Verdauungstrakt von Wiederkäuern. Dort leben diese faszinierenden Organismen in Symbiose mit anderen Mikroorganismen und tragen dazu bei, schwer abzubauende Naturstoffe wie Zellstoff oder Lignin aufzuschliessen.

In diesem trinationalen Forschungsprojekt gehen Forschende der Universität Innsbruck, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft und der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften den Fragen nach, wo in der Natur anaerobe Pilze isoliert werden können, wie ihr Stoffwechsel funktioniert und wie sie unter kontrollierten Bedingungen vermehrt werden können.

Hauptziel des Projektes ist es, Methoden zur Isolierung, zur Identifizierung und zur Charakterisierung anaerober Pilze zu entwickeln und zu harmonisieren. Dies beinhaltet auch die Charakterisierung der Habitate und der syntrophischen Lebensgemeinschaften anaerober Pilze mit anderen Mikroorganismen.

Weiter werden grundlegende Techniken zur Kultivierung anaerober Pilze im Labormassstab erarbeitet sowie Bedingungen zur langfristigen Stammhaltung definiert. Mit eingeschlossen ist die Entwicklung entsprechender Kultivierungsmedien und die Beschreibung von permissiven Wachstumsbedingungen.

Die Erarbeitung von Kultivierungsstrategien für eine Massenvermehrung unter kontrollierten Laborbedingungen in semi-kontinuierlicher Kultur und die Beurteilung erfolgversprechender Anwendungsfelder z.B. im landwirtschaftlichen und biotechnologischen Umfeld runden die Forschungsaktivitäten ab.

Die erarbeiteten Techniken und Methoden werden publiziert und der internationalen Forschergemeinde zugänglich gemacht.

Direct link to Lay Summary Last update: 18.03.2019

Responsible applicant and co-applicants

Project partner

Natural persons


Name Institute

Abstract

The microorganisms thriving in the ruminant’s digestive tract deliver the metabolic potential for degrading recalcitrant lignocellulose-rich organic matter and rendering it digestible. Amongst the microbiota thriving in the rumen, anaerobic fungi (AF) with the unpronounceable name Neocallimastigomycota host a complex array of enzymes that are especially adapted for degradation of lignocellulosic biomass like straw. In addition, their appressoria attach to the macromolecule structures and physically penetrate them, thus enhancing the enzymatic action.Cultivation of these fungi has often ended in frustration for researchers as the understanding of cultivation requirements is very poor. However, scientists see the great potential of these organisms for biotechnological use, in particular for the utilization of lignocellulosic residues (LCR) in closed loop recycling management. For this project, a consortium from Austria (leading agency; PI: Dr. Sabine Marie Podmirseg), Germany (PI: Dr. Michael Lebuhn) and Switzerland (PI: Prof. Urs Baier), all engaged in the harnessing of AF, is cooperating in close connection with research groups in the United Kingdom and in the Czech Republic. The overarching aim of the proposed project will be to remove existing methodological obstacles preventing the biotechnological utilization of anaerobic fungi. For that purpose, the consortium starts with the crucial basics, explores the cultivation requirements of Neocallimastigomycota, develops suitable culturing and detection methods and finally evaluates their biotechnological application for LCR disintegration.The working hypotheses are, amongst others: (i) the ecological niche for AF is larger than assumed to date; (ii) distinct requirements for micronutrients or supplements have to be met for long-time cultivation; (iii) cultivation without rumen fluid is possible for many strains; (iv) novel AF can be isolated from various also non-rumen habitats. The project will combine classical microbiological methods (microscopy, batch and continuous cultivation, enzymology) with molecular approaches (fluorescence in-situ hybridization, quantitative PCR, direct RNA and next generation sequencing). It is expected to develop suitable protocols for the cultivation of anaerobic fungi and provide the basics for up-scaled production. The project’s goal is to enable researchers and the society to make use of the AF for energetic and material use of LCR.
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