SargBiome

PROJEKTTITEL

Mikrobiome pelagischer Sargassum-Algen und ihre Rolle beim Nährstoffkreislauf, bei der Zersetzung und ihrer potenziellen Verwendung für die Bioethanolproduktion.

KURZBESCHREIBUNG DES PROJEKTS

Die braune Meeresalge pelagisches Sargassum hat in den letzten zehn Jahren aufgrund der massiven Strandungen auf beiden Seiten des Atlantiks weltweite Aufmerksamkeit erlangt. Zahlreiche lokale Initiativen und Unternehmen versuchen, ihre Biomasse durch die Herstellung wertvoller Produkte wie Bioethanol zu verwerten, das sowohl als Vorläufer für nachhaltige Kunststoffe als auch als Biokraftstoff verwendet werden kann. Versuche, Sargassum mit handelsüblichen Hefen zu fermentieren, haben jedoch bisher nur zu sehr geringen Erträgen geführt. Obwohl es einige Studien gibt, die das Mikrobiom von Sargassum beschreiben, liegen keine Informationen über die Funktion der auf Sargassum wachsenden Mikroorganismen und ihre Rolle bei der Bereitstellung von Nährstoffen oder dessen Abbau vor. Eine Hypothese lautet, dass das Mikrobiom Sargassum mit zusätzlichen Nährstoffen versorgt, wodurch es in oligotrophen Gewässern schnell wachsen kann. Darüber hinaus scheidet Sargassum einen hohen Prozentsatz an Kohlenstoff als gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) aus. Es wird vermutet, dass ein Teil dieses ausgeschiedenen Kohlenstoffs schwer abbaubar ist und daher zur langfristigen Kohlenstoffbindung im Ozean beiträgt.

SargBiome hat zum Ziel, die Biodiversität von Mikroorganismen, die auf gesundem und sich zersetzendem Sargassum wachsen, aufzuklären, ihr Potenzial zur Versorgung der Algen mit Nährstoffen durch Stickstofffixierung oder Eisenchelatbildung zu bewerten und ihre Biomasse und ausgeschiedenes DOC abzubauen. Durch eine Kombination aus Feldprobenahmen, Laborexperimenten und metagenomischer Analyse wird der Doktorand die Biodiversität und Funktionen von Sargassum-Mikrobiomen charakterisieren und Meereshefen isolieren, die in der Lage sind, Sargassum durch Fermentation zu biologisch abbaubarem Bioethanol zu verarbeiten. Diese Arbeit wird nicht nur unser grundlegendes Verständnis der Ökologie dieser relevanten Makroalgen verbessern, sondern auch wichtige Erkenntnisse für den aufstrebenden Sektor der blauen Wirtschaft liefern.

HYPOTHESEN UND ÜBERGEORDNETE ZIELE

Das übergeordnete Ziel von SargBiome ist es, die Rolle des Mikrobioms von pelagischem Sargassum für dessen Wachstum und Zersetzung zu beleuchten, um der Industrie wichtige Erkenntnisse über dessen Potenzial für die Kohlenstoffbindung und als Quelle für nachhaltige Produkte für die blaue Bioökonomie zu liefern.

Die Hypothesen von SargBiome lauten:

1. Die Biodiversität der pelagischen Sargassum-Mikrobiome verändert sich je nach ihrem Status: frei schwimmend in oligotrophen Gewässern, frei schwimmend in nährstoffreichen Gewässern und sich am Strand zersetzend.
2. Sargassum-Mikrobiome enthalten Stickstofffixierer und Eisen chelatbildende Bakterien, die ihr Wachstum fördern können.
3. Ein hoher Prozentsatz des von Sargassum ausgeschiedenen gelösten organischen Kohlenstoffs ist schwer abbaubar und kann weder von seinem Mikrobiom noch von den umgebenden pelagischen Mikroorganismen abgebaut werden, was zu einer dauerhaften Kohlenstoffbindung führt.
4. Aus den Mikrobiomen des sich zersetzenden Sargassums isolierte Meereshefen sind bei der Herstellung von Bioethanol durch Fermentation effizienter als handelsübliche Hefen.

Pro

ject Title

Pelagic Sargassum microbiomes and its role in nutrient turnover, decomposition and potential application for bioethanol production.

SHORT DESCRIPTION OF THE PROJECT 

The brown seaweed pelagic Sargassum has gained global attention in the last decade due to the massive beaching events occurring on both sides of the Atlantic. Numerous local initiatives and companies are trying to valorize its biomass by creating valuable products such as bioethanol that can be used both as a precursor for sustainable plastics or as biofuel. However, attempts to ferment Sargassum using commercial yeasts have previously resulted in very low yields. Even though there are a few studies describing Sargassum microbiomes, no information is available regarding the function of the microorganisms growing on Sargassum and their role in providing nutrients or degrading it. One hypothesis is that its microbiome provides Sargassum with extra nutrients enabling it to grow fast in oligotrophic waters. Furthermore, Sargassum excretes a high percentage of carbon as dissolved organic carbon (DOC). Part of this excreted carbon has been hypothesized to be recalcitrant and therefore contribute to long-term carbon sequestration in the ocean. 

SargBiome aims to elucidate the biodiversity of microorganisms growing on healthy and degrading Sargassum, assess their potential to provide the algae with nutrients via nitrogen fixation or iron chelation, and to degrade its biomass and excreted DOC. Through a combination of field sampling, lab experiments, and metagenomic analysis, the PhD candidate will characterise the biodiversity and functions of Sargassum microbiomes and isolate marine yeasts capable of biodegrading Sargassum through fermentation producing bioethanol. This thesis will not only advance our basic understanding of the ecology of this relevant macroalgae, but it will also provide crucial knowledge to the nascent blue economy sector. 

HYPOTHESES AND OVERARCHING GOALS

The overarching goal of SargBiome is to shed light on the role of the microbiome of pelagic Sargassum on its growth and decomposition to deliver important knowledge to industry PROGRAM MANAGEMENT - VERSION 1 2 INSP-2024 (V) Project proposal on its potential for carbon sequestration and a source for sustainable products for the blue bioeconomy. 

The hypotheses of SargBiome are: 

1. The biodiversity of pelagic Sargassum microbiomes changes depending on its status: free floating in oligotrophic waters, free-floating in nutrient replete waters and degrading on the beach.
2. Sargassum microbiomes include nitrogen fixers and iron chelating bacteria that can increase its growth.
3. A high percentage of the dissolved organic carbon excreted by Sargassum is recalcitrant and cannot be degraded by its microbiome or surrounding pelagic microorganisms leading to permanent carbon sequestration. 

4. Marine yeasts isolated from degrading Sargassum microbiomes are more efficient at producing bioethanol through fermentation than commercial yeasts.