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Dr. Johannes Raff

Lei­ter Biogeochemie
j.raffAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2951

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Abteilung Biogeochemie

Forschung

In der Umwelt beeinflussen physikalische, chemische und biologische Prozesse das Wanderungsverhalten von langlebigen Radionukliden (RN). In der Biosphäre als solches sind vor allem pro- und eukaryotische Mikroorganismen an den Stoffkreisläufen der Elemente beteiligt und führen zur Mobilisierung oder Immobilisierung vieler radioaktiver und nicht radioaktiver Elemente. Darüber hinaus sind ihre Physiologie und Biochemie dahingehend optimiert, in jedweder Umgebung dieser Erde überleben zu können und auch dauerhaft zu überleben. Daneben bestimmen die Wechselwirkung von Radionukliden mit Mikroorganismen und höheren Organismen das Migrationsverhalten von Radionukliden in der Natur und letztlich wie sehr die Radionuklide eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit sind. Ziel der Forschung der Abteilung Biogeochemie ist es, dominierende Prozesse in der Ökosphäre einschließlich der Nahrungskette zu identifizieren, die Biochemie der Prozesse auf molekularer Ebene zu verstehen und ihre Relevanz für Radionuklidmigration und -transfer nicht nur in der Natur, sondern auch im Umfeld eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle abschätzen zu können. Neben reiner Grundlagenforschung sollen auch thermodynamische Daten generiert werden, die zu einer Verbesserung der im Rahmen einer Sicherheitsbewertung genutzten Modelle führen sollen.

Arbeitsgebiete

Arbeitsgebiete der Abteilung Biogeochemie am Institut für Ressourcenökologie ©Copyright: Dr. Matschiavelli, Nicole
  • Bestimmung der mikrobiellen Diversität in schwermetall- und radionuklid-kontaminiertem Wasser und Boden (u. a. aus Hinterlassenschaften des ehemaligen Uranbergbaus) sowie in Wirtsformationen von möglichen Standorten für Endlager radioaktiver Abfälle
  • Untersuchung der Wechselwirkung von mikrobiellen Referenzstämmen und Isolaten mit Radionukliden
  • Wechselwirkung von eukaryotischen Zellen mit Radionukliden, insbesondere mit Pflanzen, Pilzen, Schwämmen und Algen
  • Untersuchung der Wechselwirkung ausgewählter Bioliganden und Modellverbindungen mit Radionukliden
  • Charakterisierung von mikrobiellen Prozessen, die die Bedingungen einer tiefengeologischen Lagerung von hoch-radioaktivem Abfall beeinflussen können (z. B. Umwandlung von Bentonit als Barrierematerial)
  • Berechnung und Bestimmung der umweltrelevanten Metallspeziation
  • Überprüfung und Validierung von Transportmodellen
  • Charakterisierung von Partikeln in der Umwelt, die einen Einfluss auf den Transport von Radionukliden haben
  • Untersuchung der Transportprozesse von Radionukliden durch Partikel (einschließlich Mikroben) in natürlichen Wässern

Neuste Publikation

Uranium(VI) interactions with Pseudomonas sp. PS-0-L, V4-5-SB and T5-6-I

Kasko, J.; Li, X.; Müller, K.; Ge, Y.; Vettese, G. F.; Law, G. T. W.; Siitari-Kauppi, M.; Huittinen, N. M.; Raff, J.; Bomberg, M.; Herzig, M.

Pseudomonas sp. are indigenous inhabitants of ombrotrophic bogs which can survive in acidic, nutrient-poor environments with wide temperature fluctuations. Their interactions with contaminant radionuclides can influence radionuclide biogeochemistry in boreal environment. Here, uranium (U(VI)) bioassociation by Pseudomonas sp. PS-0-L, V4-5-SB and T5-6-I isolated from a boreal bog was studied by a combination of batch contact experiments, spectroscopy and microscopy. All strains removed U from the solution and the U bioassociation efficiency was affected by the nutrient source, incubation temperature, time and pH. Highest U bioassociation occurred in the strains PS-0-L (0.199 mg U/gBDW) and V4-5-SB (0.223 mg U/gBDW). Based on in-situ attenuated total reflection Fourier transformation infrared spectroscopy (ATR FT-IR) analyses, the most likely functional groups responsible for U binding were the cell surface carboxyl groups. In addition, transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM/EDX) showed dense intra-cellular round- and needle-like U accumulations in the cytoplasm and near to the inner cell membrane. The presence of U with phosphorus was indicated in elemental mapping. Modelled data showed ≡SOOHx-1 and ≡SOCO2Hx-1 as the dominant surface sites, contributing to the negative cell surface charge. The U removal efficiency depended on the U(VI) speciation under different pH conditions. At pH 5, the main species reacting with bacterial cell surfaces was UO22+, while at pH 9 UO2(OH)2 and UO2(OH)3- dominated the reactions. Further, U bioassociation increased with increasing aqueous U(VI) concentrations. Our data suggests U bioassociation on 1) outer cell membrane/cell wall associated carboxyl groups (e.g., proteins), and 2) intracellular phosphate groups (e.g., phospholipids).

Keywords: bioassociation; biosorption; bioaccumulation; modelling; carboxyl group; phosphate group

Experimentelle Methoden

  • Spektroskopie: LIFS (TRLFS, LIPAS), Fluorimetrie, UV-vis-NIR, XAS, Raman, ATR-FTIR, NMR
  • Molekularbiologie (DNA-Extraktion, PCR, Sanger-Sequenzierung, Next Generation Sequencing, heterologe Expression von Proteinen)
  • Aerobe und anaerobe Kultivierung von Mikroorganismen im Labormaßstab mittels Bioreaktoren (1-50 l)
  • Pflanzenzellkultivierung
  • Zellaufschluss in kleinen und großen Volumina (mittels Schwingmühle, Ultraschallaufschluss, bead ruptor, Hochdruckhomogenisator)
  • Mikroskopie: CLSM, REM, TEM, AFM, Licht- und Fluoreszenzmikroskopie
  • Chromatographie: HPLC, FPLC
  • Proteinbiochemie (Isolierung und Charakterisierung)

Projekte

  • MIND, EU Projekt, Förderkennzeichen 661880, Laufzeit 01.06.2015- 31.05.2019
  • BioVeStRa, BMBF Projekt, 02S9276A, Laufzeit 01.06.2016-31.05.2019
  • CONCERT: European Joint Programme for the Integration of Radiation Protection Research; EC-Projekt, Förderkennzeichen 662287, Laufzeit 2015-2020
  • TransAqua, BMBF-Projekt, Förderkennzeichen 02NUK030F, Laufzeit 01.06.2013-30.11.2017
  • UMB project, BMWI-Projekt, Förderkennzeichen 02E11344B, Laufzeit 01.04.2015-31.12.2017
  • BioNEWS, BMBF-Projekt, Förderkennzeichen 03WKCL03F, Laufzeit 01.01.2015-31.12.2017
  • TRANS-LARA, BMBF-Projekt, Förderkennzeichen 02NUK051B, Laufzeit 01.09.2017-28.02.2021
  • iCROSS, HGF/BMBF, Förderkennzeichen SO-093 und 02NUK053B, Laufzeit 01.07.2018-30.06.2021
  • RadoNorm: Towards effective radiation protection based on improved scientific evidence and social considerations - focus on radon and NORM; EU-Projekt, Förderkennzeichen Nr. 900009, 01.09.2020-31.08.2025
  • EURAD-MAGIC – NEA/EU-Projekt, Laufzeit: 01.06.2019-31.05.2024
  • Ultrasens (WIPANO), BMWi-Projekt, Förderkennzeichen 03THWSN004, Laufzeit: 01.07.2020-31.10.2021
  • UMB II, BMWi Projekt, Förderkennzeichen 02E11870B, Laufzeit: 01.01.2021-31.12.2023
  • EURAD-ConCorD – NEA/EU Projekt, Laufzeit: 01.06.2021-31.05.2024
  • RENA/ BMBF Projekt, Förderkennzeichen 02NUK066A, Laufzeit: 01.09.2021-31.08.2024
  • PepTight/BMBF Projekt, Förderkennzeichen 031B1122A, Laufzeit: 01.09.2021-31.08.2024
  • TRAVARIS/BMBF Projekt, Förderkennzeichen 15S9437C, Laufzeit 01.11.2022-31.10.2025

Team

Foto: Gruppenbild der Abteilung Biogeochemie des Instituts für Ressourcenökologie ©Copyright: Dr. Johannes Raff

Leitung

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Johannes Raff801/P3142951
j.raffAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Björn Drobot801/P3172895
b.drobotAthzdr.de
Katrin Flemming801/P3092958
k.flemmingAthzdr.de
Dr. Alix Günther801/P2562433
2522
a.guentherAthzdr.de
Max Klotzsche801/P3063241
m.klotzscheAthzdr.de
Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch801/P2522076
e.krawczyk-baerschAthzdr.de
Raul Eduardo Linares Jimenez801/P2052438
r.linares-jimenezAthzdr.de
Dr. Henry Moll801/P2562433
2549
h.mollAthzdr.de
Dr. Susanne Sachs801/P2082436
s.sachsAthzdr.de
Jana Seibt801/P2193194
2510
j.seibtAthzdr.de
Dr. Robin Steudtner801/P3172895
r.steudtnerAthzdr.de

MICRONUC

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Andrea Cherkouk801/P3562989
a.cherkoukAthzdr.de
Dr. Ting-Shyang Wei801/P3182860
t.weiAthzdr.de