TY  - THES
T1  - Untersuchung der Energie- und Nährstoffflüsse mikrobieller Gemeinschaften
A1  - Starke,Robert
Y1  - 2017/05/02
N2  - Die Aktivität von Organismen in komplexen, mikrobiellen Gemeinschaften wurde in den letzten Jahrzehnten vermehrt durch den Einbau stabiler Isotope in die Biomasse aktiver Spezies untersucht. Der Isotopeneinbau kann in allen Biomolekülen, aber hauptsächlich in DNA, RNA, Proteinen und Phospholipidfettsäuren nachverfolgt werden. Hierbei nimmt die phylogenetische Information, der Genotyp, ausgehend von der DNA über die RNA hin zu den Proteinen ab, wohingegen der Phänotyp maßgeblich durch die Proteine geprägt wird. Folglich liefert die Untersuchung von DNA und RNA präzisere phylogenetische Daten, während Proteine genauere Aussagen über den tatsächlichen Zustand im System erlauben. In dieser Arbeit wurde die Markierung mit stabilen Isotopen (13C und 15N) in Proteinen (Protein-SIP) für zwei grundsätzlich verschiedene mikrobielle Gemeinschaften angewandt: (a) Die Benzolmineralisation einer sedimentären Gemeinschaft, die aus einem anaeroben Grundwasseraquifer angereicht wurde sowie (b) die kurzzeitige und aerobe Assimilation von Pflanzenmaterial im Boden.
Markierung des Sekundärstoffwechsels einer benzolmineralisierenden und sulfatreduzierenden, mikrobiellen und in Zeitz angereicherten Gemeinschaft mittels 13C2-Acetat:
Die seit 2007 untersuchte und aus Zeitz angereicherte mikrobielle Gemeinschaft wurde mit dem zuvor postulierten Hauptintermediat der syntrophen Benzolmineralisation, Acetat, inkubiert. Das Substrat wurde vollständig 13C-markiert in geringen Mengen zugegeben, um den sekundären Abbau während verschiedener Stadien des Benzolabbaus aufzuschlüsseln. Es wurde demonstriert, dass zusätzlich zur Benzolmineralisation zugegebenes Acetat keinen Einfluss auf das Ausmaß der Sulfidbildung als Endprodukt der Sulfatreduktion hat. Stattdessen wird Acetat in absteigender Reihenfolge von den Campylobacterales, den Syntrophobacterales, den Archaeoglobales, den Clostridiales und den Desulfobacterales assimiliert. Die epsilonproteobakteriellen Campylobacterales zeigten den schnellsten und höchsten Einbau, wodurch zuvorige metagenombasierende Studien bestätigt und den Epsilonproteobakterien dieser Gemeinschaft erstmals eine physiologische Rolle gegeben werden konnte.
Physiologie des primären Acetatverwerters einer benzolmineralisierenden und sulfatreduzierenden, mikrobiellen und in Zeitz angereicherten Gemeinschaft:
In dieser Studie wurde das Genom des primären Acetatverwerters aus dem vollständigen Metagenom der benzolmineralisierenden mikrobiellen Gemeinschaft rekonstruiert. Die genomische DNA stammte aus einer Hungerkultur des gleichen Aquifers, die zuvor auf m-Xylen wuchs und eine Anreicherung des epsilonproteobakteriellen Phylotyps dieser Gemeinschaft aufzeigte. Die Präsenz der Sulfidquinonoxidoreduktase (sqr) und der Polysulfidreduktase (psr) suggeriert eine Schlüsselrolle im Schwefelzyklus. Das Epsilonproteobakterium ist in der Lage, das aus der Sulfatreduktion des Sekundärstoffwechsels entstandene und toxische Sulfid mittels SQR zu Polysulfid zu oxidieren und anschließend mittels PSR zu reduzieren. Die in der zuvorigen Studie demonstrierte direkte Acetatassimilation wurde durch die Detektion eines Acetattransporters (actP) und der Acetyl-CoA Synthetase (acsA) zur Acetataktivierung bestätigt.
Kurzzeitige Assimilation von 15N-markiertem Pflanzenmaterial im Boden:
In dieser Protein-SIP Studie wurde die Assimilation von Pflanzenmaterial im Boden erstmals mittels 15N-markiertem Tabak gezeigt. Gegensätzlich zu der bisher vorherrschenden Annahme, dass Pilze die aus den Pflanzen stammenden, komplexen Verbindungen wie Cellulose und Lignin abbauen und niedermolekulare Verbindungen abgeben, die anschließend von Bakterien metabolisiert werden, wurde gezeigt, dass Bakterien die dominanten Organismen während der kurzzeitigen Assimilation von Pflanzenmaterial sind. Die in den Pflanzen enthaltenen, niedermolekularen Verbindungen werden zunächst von den Bakterien genutzt bis die komplexen Verbindungen angereichert und von den langsam wachsenden Pilzen umgesetzt werden. Die Verwendung von multiOMIK-Techniken resultierte in einem multidimensionalen Schema, dass die Gruppierung und Kategorisierung unterschiedlicher Verhaltensweisen von Mikroorganismen ermöglicht.

KW  - Proteine
KW  - Isotop
KW  - Kohlenstoff
KW  - Stickstoff
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1348
ER  -