Abteilung Biogeochemie

Schwerpunkt der Forschung in der Abteilung Biogeochemie ist das Verständnis der Wechselwirkung langlebiger Radionuklide mit Biosystemen. Dabei interessieren uns die verschiedenen Ebenen vom Biomolekül über einzelne Organismen bis hin zu komplexen Lebensgemeinschaften. Ziel ist es einerseits zu verstehen, welchen Einfluss biologische Systeme auf das Verhalten von Radionukliden in der Umwelt haben (Freisetzung, Mobilität und Bioverfügbarkeit). Andererseits erforschen wir die Effekte von Radionukliden auf den Stoffwechsel von Zellen und den ganzen Organismus (Aufnahme, Anreicherung, Chemo- und Radiotoxizität) und die daraus resultierenden Gefahren für uns Menschen.

Mit modernsten molekularbiologischen, spektroskopischen und mikroskopischen Methoden(1) arbeiten wir in den Bereichen der Endlagerforschung zur Verbesserung der Langzeitsicherheit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle und der Radioökologie zum Schutz von Mensch und Umwelt vor den Gefahren natürlich und künstlich freigesetzter Radionuklide.

Neben der Grundlagenforschung ist es unser Ziel, die gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung innovativer Sanierungsverfahren und der Verbesserung von Modellen zur Beschreibung des Verhaltens von Radionukliden in der Umwelt einzusetzen.

Interesse an einer Mitarbeit?

Zur Unterstützung unserer Arbeiten suchen wir fortwährend Studenten (m/w/d) und Praktikanten (m/w/d) aus der Biologie, Chemie und den Umweltwissenschaften, die entweder ihre Abschlussarbeit bei uns machen oder einfach nur praktische Erfahrung sammeln wollen. Interessiert? Dann melde Dich gerne zur Klärung aller offenen Fragen.

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

Investigating the interaction of uranium(VI) with diatoms and their bacterial community: A microscopic and spectroscopic study

He, Y.; Wei, T.-S.(2); Kluge, S.; Flemming, K.; Sushko, V.; Hübner, R.(3); Steudtner, R.(4); Raff, J.(5); Mallet, C.; Beauger, A.; Breton, V.; Péron, O.; Stumpf, T.(6); Sachs, S.(7); Montavon, G.

Abstract

Diatoms and bacteria play a vital role in investigating the ecological effects of heavy metals in the environment. Despite separate studies on metal interactions with diatoms and bacteria, there is a significant gap in research regarding heavy metal interactions within a diatom-bacterium system, which closely mirrors natural conditions. In this study, we aim to address this gap by examining the interaction of uranium(VI) (U(VI)) with Achnanthidium saprophilum freshwater diatoms and their natural bacterial community, primarily consisting of four successfully isolated bacterial strains (Acidovorax facilis, Agrobacterium fabrum, Brevundimonas mediterranea, and Pseudomonas peli) from the diatom culture. Uranium (U) bio-association experiments were performed both on the xenic A. saprophilum culture and on the four bacterial isolates. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy coupled with spectrum imaging analysis based on energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed a clear co-localization of U and phosphorus both on the surface and inside A. saprophilum diatoms and the associated bacterial cells. Time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy with parallel factor analysis identified similar U(VI) binding motifs both on A. saprophilum diatoms and the four bacterial isolates. This is the first work providing valuable microscopic and spectroscopic data on U localization and speciation within a diatom-bacterium system, demonstrating the contribution of the co-occurring bacteria to the overall interaction with U, a factor non-negligible for future modeling and assessment of radiological effects on living microorganisms.

Keywords: Achnanthidium saprophilum; 16S rRNA genes; Extracellular polymeric substance (EPS); Co-localization; Luminescence spectroscopy; Radionuclides; Uranium

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-38772(9)

Mehr Publikationen(10)

Projekte

Eine Übersicht abgeschlossener Projekte finden Sie hier(15).

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
Rahel Bertheau801/P3543138
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/P1032457
r.linares-jimenezAthzdr.de
Julia Marie Mätzkow801/P3062860
j.maetzkowAthzdr.de
Dr. Henry Moll801/P2562433
2549
h.mollAthzdr.de
Antonio Newman Portela801/P1032720
a.newman-portelaAthzdr.de
Dr. Susanne Sachs801/P2082436
s.sachsAthzdr.de
Jana Seibt801/P2193194
2510
j.seibtAthzdr.de
Dr. Robin Steudtner801/P3172895
r.steudtnerAthzdr.de
Lukas Waurick801/P3063241
l.waurickAthzdr.de
Toni Webert.weberAthzdr.de

MICRONUC

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Andrea Cherkouk801/P3562989
a.cherkoukAthzdr.de
Sindy Kluge801/P2193194
s.klugeAthzdr.de
Dr. Nicole Matschiavelli801/P3182759
n.matschiavelliAthzdr.de
Dr. Ting-Shyang Wei801/P3182759
t.weiAthzdr.de

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Dr. Johannes Raff

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

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(3) https://orcid.org/0000-0002-5200-6928
(4) https://orcid.org/0000-0002-3103-9587
(5) https://orcid.org/0000-0002-0520-3611
(6) https://orcid.org/0000-0002-4505-3865
(7) https://orcid.org/0000-0001-9097-9299
(8) https://doi.org/10.1016%2Fj.ecoenv.2024.116893
(9) https://www.hzdr.de/publications/Publ-38772
(10) https://www.hzdr.de/db/!Publications?pSelFirstHDZRAuthorOuOrAuthorOu=FWOB&pSelWithSubmitted=0&pSelApproved=%2D1&pSelPublForm=1&pSelInfoText=0&pSelSort=PUBL_DATUM&pSelDescAsc=DESC
(11) https://www.radonorm.eu
(12) https://www.ejp-eurad.eu/implementation/chemo-mechanical-aging-cementitious-materials-magic
(13) https://www.ejp-eurad.eu/implementation/container-corrosion-under-disposal-conditions-concord
(14) https://pianoforte-partnership.eu/
(15) https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=71713
(16) https://twitter.com/biogeochem_HZDR