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Detektion und Charakterisierung Polyphosphatspeichernder Bakterien in Gewässersedimenten.

Glöß, Stefanie - Carl von Ossietzky Universität Oldenburg (2010)


In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Seen bezüglich des Vorkommens von Polyphosphat (Poly-P) untersucht. Parallel erfolgte eine molekularbiologische Charakterisierung der Bakteriengemeinschaften auf unterschiedlichem phylogenetischem Niveau.

Ergänzende Untersuchungen wurden an Belebtschlämmen durchgeführt. Mittels 31P-NMR konnten die Poly-P Gehalte in den obersten Sedimentschichten bestimmt werden. Dabei zeigte sich, dass der benthische Poly-P Gehalt nicht an bestimmte chemische Parameter oder an die Trophie gekoppelt ist. Poly-P wurde auch in Sedimentfallenmaterial nachgewiesen. Ein Teil des Poly-P Pools in den obersten Sedimentschichten resultiert folglich aus sedimentierendem Material, welches aus dem Freiwasser eingetragen wird.

Die Sedimente mit den höchsten Werten (Stechlin, Scharmützel- und Arendsee) wurden mikrobiologisch und molekularbiologisch genau untersucht. Ausgehend von der Annahme, dass aus Belebtschlämmen bekannte Poly-P akkumulierende Bakterien (PAO) in diesen Gewässersedimenten vermehrt anzutreffen sind, erfolgte der Einsatz spezifischer Primer und Sonden. PAO, insbesondere Candidatus Accumulibacter phosphatis konnten in allen Proben detektiert werden, in keinem Fall spielten sie jedoch eine nennenswerte Rolle in der mikrobiellen Gemeinschaft.

Um dominierende Bakteriengruppen innerhalb der Bakteriengemeinschaft zu ermitteln, wurden 16S rDNA Klonbibliotheken erstellt und Großgruppenspezifische Primer (z.B. für Denaturierende Gradienten Gel Elektrophorese, DGGE) und entsprechende Oligonukleotidsonden (CARD-Fluoreszenz in situ Hybridisierung, CARDFISH) eingesetzt. Es zeigte sich in allen Proben eine große Diversität, in keinem Fall koinzidierte jedoch ein gehäuftes Vorkommen einer bestimmten Großgruppe mit einem hohen Poly-P Gehalt.

Insbesondere der Stechlinsee war durch besonders hohe benthische Poly-P Gehalte gekennzeichnet. Daher erfolgte eine genauere Untersuchung unter saisonalen Veränderungen. Starke Schwankungen im Poly-P Gehalt konnten festgestellt werden. Auch die Bakteriengemeinschaft zeigte eine große Diversität, häufig mit einem hohen Anteil unbekannter Vertreter.

Die Induzierbarkeit der Poly-P Synthese in Sedimenten und eine daran gekoppelte Präferenz von PAO innerhalb der Bakteriengemeinschaft wurde anhand von Laborexperimenten untersucht. Durch aerobe bzw. alternierende aerobe/anaerobe Bedingungen konnte die Poly-P Bildung gesteigert werden, anaerobe Bedingungen hemmten hingegen die Poly-P Synthese. Eine dominierende Rolle von bekannten PAO bzw. bestimmten bakteriellen Gruppen konnte hingegen nicht festgestellt werden.

Da die bisher etablierten Methoden zur Charakterisierung der Bakteriengemeinschaft in Hinblick auf PAO nicht den erhofften Erfolg brachten, wurde in der vorliegenden Arbeit die Laser-Mikrodissektion für Umweltproben etabliert. Ziel war es, Bakterien mit Poly-P Granula Zusammenfassung 2 (erkenntlich im Fluoreszenzmikroskop mittels DAPI-Färbung) gezielt aus Sediment- und Belebtschlammproben zu separieren, um sie anschließend phylogenetisch charakterisieren zu können. Erste Ergebnisse zeigen eine hohe Diversität von bekannten aber auch bisher unbekannten PAO in den untersuchten Proben.

Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der verschiedenen Gewässersedimente bzw. Inkubationsexperimente mittels DGGE, CARDFISH und 16S rDNA Klonbibliotheken werden dadurch untermauert.


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