Abteilung Biogeochemie

Forschung

In der Umwelt beeinflussen physikalische, chemische und biologische Prozesse das Wanderungsverhalten von langlebigen Radionukliden. 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 Mikroorganismen mit Radionukliden und mit höheren Organismen das Migrationsverhalten von Radionuklide in der Natur und letztlich wie sehr die Radionuklide eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit sind. Ziel der Forschung der Abteilung Biogeochemie ist es daher, dominierende Prozesse in der Ökosphäre einschließlich der Nahrungskette zu identifizieren, die Biochemie der Prozesse auf molekularer Ebene zu verstehen und ihre Relevanz für die Radionuklidmigration 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

• Bestimmung der mikrobiellen Diversität in schwermetall- und radionuklid-kontaminiertem Wasser und Boden wie auch in Wirtsformationen von möglichen Endlagerstandorten:
  • Kulturunabhängie Verfahren:
    Extraktion von DNA, PCR, Sanger-Sequenzierung, Next Generation Sequencing (nächste Generation der Sequenzierungstechnologien)
  • Kulturabhängige Verfahren:
    Anreicherung, Isolierung, Charakterisierung und Kultivierung von mikrobiellen Isolaten aus den oben genannten Lebensräumen, z.B. Bakterien, Archaeen und Pilze
• Untersuchung der Wechselwirkung von mikrobiellen Referenzstämmen und Isolaten mit Radionukliden:
  • Biosorption, Bioakkumulation und Biotransformation von Radionukliden mit Mikroorganismen
  • Toleranz von Mikroorganismen gegenüber verschiedener Radionuklide
  • Analyse der genetischen Faktoren, die für die Zell-Radionuklid-Wechselwirkung verantwortlich sind.
  • Untersuchung bakterieller S-Layer-Proteine von Uranabfallhaldenisolaten und hier Aufklärung der Metall-Struktur-Beziehung und Metallbindung
  • Studien zur Mikroorganismen-Uran-Wechselwirkung im Flutungswasser ehemaliger Uranminen zum Zwecke einer Bioremediation und eines Upscalings der Prozesse für die Entwicklung einer Pilotanlage zur Wasserbehandlung.
• Wechselwirkung von eukaryotischen Zellen mit Radionukliden, insbesondere mit Pflanzen, Pilzen, Schwämmen und Algen.
• Untersuchung der Wechselwirkung ausgewählter Bioliganden und Modellverbindungen mit Radionukliden:
  
  • Komplexbildung von Actiniden mit Flavonoiden und Badionen
  • Untersuchung der Wechselwirkung von f-Elementen mit Calmodulin und Phosvitin
• 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

Experimentelle Methoden

• Spektroskopie: LIFS (TRLFS, LIPAS), Fluorimetrie, UV-vis-NIR, XAS, Raman
• 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)
• Zellaufschluss in kleinen und großen Volumina (mittels Schwingmühle, Ultraschallaufschluss, bead ruptor, Hochdruckhomogenisator)
• Mikroskopie: CLSM, REM, TEM, AFM
• 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 01.09.2017-31.08.2020

Mitarbeiter

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Flemming, Katrin	801/P309	2958	k.flemminghzdr.de
Günther Dr., Alix	801/P256	2433 2522	a.guentherhzdr.de
Heller, Sylvia	801/P213	2123 2513 2510	s.hellerhzdr.de
Hilpmann, Stephan	801/P306	2860	s.hilpmannhzdr.de
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