Substratspeicherung

Substratspeicherung beschreibt eine biologische Strategie, bei der Organismen überschüssige Substrate in gespeicherte Reserven umwandeln, um sie später zu nutzen, wenn die äußere Versorgung ausbleibt. Der Begriff wird vor allem in der Mikrobiologie, Bodenkunde und Biogeochemie verwendet und umfasst intrazelluläre sowie extrazelluläre Formen der Kohlenstoff- und Energiespeicherung. Typische Speicherstoffe sind Glykogen, Stärke, Lipide, Polyphosphate und kohlenstoff- bzw. energiereiche Polymere wie Polyhydroxyalkanoate (PHAs).

Auf mikrobieller Ebene erfolgt die Substratspeicherung, wenn Substrate in Überschuss vorhanden sind, beispielsweise Zucker oder Fettsäuren. Ein Teil des Kohlenstoffs wird in Speicherpolymere umgewandelt, wodurch Zellen in der Lage bleiben zu überleben, zu wachsen oder sich zu regenerieren, wenn Substratknappheit einsetzt. In Pflanzen und Algen dienen Stärke bzw. Lipide als Reserven in Samen und im Gewebe; auch andere Organismen nutzen ähnliche Mechanismen, um energetische Puffer zu schaffen. In Ökosystemen trägt die Substratspeicherung zur Stabilisierung mikrobieller Aktivität bei Fluktuationen der Ressourcen bei und beeinflusst den Bodenkohlenstoffkreislauf.

Bedeutung und Anwendungen: In der Abwassertechnik spielen Feast–Famine-Zyklen eine zentrale Rolle. Mikroorganismen speichern Kohlenstoff als PHAs während des Fests und nutzen diese Reserven bei Nahrungsknappheit, während sie zugleich Phosphate aufnehmen, was für die Phosphatentfernung durch polyphosphataufnehmende Organismen wichtig ist. Messungen erfolgen über Mikroskopie und chemische Nachweise von PHAs, Glykogen oder Lipiden, ergänzt durch Modelle des Kohlenstoffflusses.