Ahmad F. Khadem5 december 2012

Methanotrophy under extreme conditions

Biochemistry and physiology of Methylacidiphilum fumariolicum SolV

Methanotrofie onder extreme condities Biochemie en fysiologie van

Methylacidiphilum fumariolicum SolV

Methaan eten

Wetenschappelijke naam van het micro-organisme

Vervoermiddelen

Energie

Huishoude

ns

Ontdekt in 1778 Is een belangrijke fossiele brandstof Belangrijkste component van aardgas

Methaan (CH4)

Maar... Na kooldioxide (CO2) het belangrijkste broeikasgas Draagt tot 20% bij aan het broeikaseffect Atmosferische concentratie steeg 2,7 sinds de industrialisatie

Methaan (CH4)

Broeikaseffect

Temperatuur stijging

IJskappen smelten

Zee niveau stijging

En alle gevolgen vandien

Chemisch

Methaan balans: productie oxidatie

Antropogeen

Natuurlijk

Biologisch

Chemisch OH. reacties in de atmosfeer

Biologisch Methanotrofe micro-organismen (met of zonder zuurstof)

Methanotrofen zijn belangrijke spelers voor het behoud van de

methaan balans op onze planeet

Methaan balans: productie oxidatie

Ontdekking van methanotrofen (1906)

Meer dan 100 methanotrofen geisoleerd (1970)

Nog meer methanotrofen geïsoleerd (tot 2007)

Methanotrofe micro-organismen

Allemaal Proteobacterië

n

Maar... 100 jaar later,In 2007-2008 werden nieuwe methanotrofen ontdekt

Geïsoleerd uit vulkanische gebieden

Allemaal Verrucomicrobia

Verschil

Methylacidiphilun fumariolicum SolV

Methylacidiphilun infernorum V4

Methylacidiphilun kamchatkensis Kam1

Top

Wetenschappelijke Tijdschriften

2 x Nature 1 x PNAS

Hell’s gate in Nieuw-Zeeland Methylacidiphilum infernorum V4

Methanotrofe Verrucomicrobia

Uzon Caldera in Rusland Methylacidiphilum kamchatkense Kam1

Solfatara in Italië Methylacidiphilum fumariolicum SolV

De ontdekking van SolV

Foto dr. Arjan Pol

Campi Flegrei (brandende velden), Napels, Italië

Ondiepe vulkanische krater

4000 jaar oud

Slapende vulkaan

Land van zwavel

Medische doeleinden

Laatste uitbarsting in 1198

Freatische uitbarsting

Explosieve stoom uitbarsting

Het grondwater interageert met magma

Fumarolen fonteinen van hete stoom

Zijn een toeristische attractie

CO2CH4

De ontdekking van SolV

Foto dr. Arjan Pol

Fangaia (modder poel) Bemonstering

Heet: 50-70°C

Zuur: pH 1-2

Laag zuurstof

De ontdekking van SolV

Onderzoeksvraag

Promotieonderzoek

Hoe is SolV in staat om te overleven onder de extreme

omstandigheden van zijn natuurlijke omgeving?

Analyse van het genetische materiaal (DNA) Informatie over het micro-organisme

Hypothese opstellen

Hypothese testen / Experimentele opzet Fysiologische experimenten (groei

experimenten)

Biochemische experimenten (enzym activiteit)

Beantwoorden onderzoeksvraag

Bevestigen of verwerpen hypothese

Inzicht in het metabolisme van het micro-organisme

Aanpak

Methaan oxidatie voor energie behoefte

3 enzymen beschikbaar regulatie

Antwoorden

0

5000

10000

15000

20000

25000

1 2

Enzym 1Enzym 2Enzym 3

Veel zuurstof

Weinig zuurstof

Acti

vite

it

Koolstofdioxide fixatie voor koolstof behoefte

anders dan de Proteobacteriën

Planten/bomen fixeren CO2

Antwoorden

Carbon dioxide (%)

Doub

ling

time

(hou

rs)

0

20

40

60

80

100

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 7.5 10.0

Del

ing

tijd

in u

ren

Koolstofdioxide (%)

Stikstoffixatie: stikstofgas (N2) uit de lucht

voor het eerst aangetoond in Verrucomicrobia

Antwoorden

Rhizobium bacterie in wortelknolletjes

Slaan energie op als glycogeen

voor het eerst aangetoond in Verrucomicrobia

anders dan de Proteobacteriën

Antwoorden

De lever van de mens

Methylacidiphilum fumariolicum SolV

Vertegenwoordiger van de recent ontdekte methanotrofe Verrucomicrobia

Een aantal belangrijke eigenschappen zijn ontrafeld

Methaan consument in de Solfatara

Beperken het broeikaseffect !!!

Belangrijke speler in koolstof- en stikstof cycli van de Solfatara

Conclusies

Begeleiders:prof. dr. ir. Mike S.M. Jettendr. Huub J.M. Op den Camp

dr. Arjan Pol

Studenten:Seyed S. Mohammadi

Joey Kampman Iris van Leeuwen

Dankwoord

NWO Mozaïek

Radboud Universiteit Nijmegen

Familie en vrienden:

Mijn MoederMijn vrouw Zahraa Bouke HellingaBeatrijs Ouwehand

Uvoor

de aandacht

Afdeling microbiologie, Nijmegen

Lab Uitje 2012

Ahmad F. Khadem5 december 2012

Methanotrophy under extreme conditions

Biochemistry and physiology of Methylacidiphilum fumariolicum SolV