Friedrich-Schiller-Universität Jena
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Immobilisierung
Freisetzung
Biofilme
Benthos
Zellwand
Biominerale
Cytosol
Siderophore
pH/Eh-Änderung Redoxreaktionen
Sandstein/
Schiefer Feinkörnig, Organik-reich Heterotrophe Bacteria Western US
Sand/Lehm
GrenzeTiefensedimente Sulfat-reduzierende Bacteria US Atlantic Coast
Opaliner
LehmBohrkern Sulfat-reduzierende Bacteria
Mont Terri,
Switzerland
Sedimente Eozän, mit Ligniten Sulfat-reduzierende Bacteria Texas
Tiefen-
Aquiferebis 265 m Chemoheterotrophe Bacteria South Carolina
BasaltGrundwasser, kein Eintrag
aus Oberflächenwasser
Anaerob, Eisen- und Sulfat-
reduzierer, Methanogene,
Acetogene, Fermentative
Bacteria/Archaea
Columbia River
GranitGrundwasser in Störungen,
mit Wasserstoff und Methan
Chemolithoautotroph;
Homoacetogene, Acetotrophe (to
112 m), Methanogene (to 446 m)
Stripa and Äspö
(Sweden)
Bohrkern, HalitExtrem halophile Archaea,
Halococcus salifodinae
Berchtesgaden;
Cheshire, England
Halophile Archaea; Halobacterium Boulby, England
Permische Salado Formation Obligat aerobe Bacillus Texas, US
Bohrkern Halophile Archaea; Halobacterium Altaussee,
Österreich
SalzmineSteinsalz
Habitat
Bacteria
Karst und Höhlen
Sedimente aus Höhlen
Tiefenwasser aus Granite
und Gneiss
Porengrundwasser
Boreholes (to 1390 m)
Aquifer sediments
102–104
104–108
103–106
103–106
103–104
106–109Archaea Präsent
Eukarya:
Flagellaten Pore groundwater
Unconsolidated sediment
1–102
103–105
Amöben,
Ciliaten, …Pore groundwater
Áquifers
Selten
104–106
Pilze Selten
Abundanzen von Mikroorgansimen
Grün: lebend
Rot: tot
Syto 9
Propidium-Jodid
Quantifizierung von Mikroorganismen
Gesamtzellzahl und Lebendzellzahl
Nach Alexander Strete: Praktikum Mikrobiologie
Reinkulturen sind essentiell für physiologische Charakterisierung
Kultivierbarkeit: ca. 0.1 % der Gattungen
Isolierung von Mikroorganismen
Nach Alexander Strete: Praktikum Mikrobiologie
Physiologische Charakterisierung
„Bunte Reihe“
ZuckerfermentationNach Alexander Strete: Praktikum Mikrobiologie
Denitrifizierung
Nach Alexander Strete: Praktikum Mikrobiologie
16S rDNA Fragmente
Msp I restriction
16S rDNA Sequencing of
samples from each cluster
Hae III restriction
16S-PCR
Clustering
Clustering
Msp I, Hae III compost isolates.
K2/29, K2/31, K2/32,
K2/32
MB7/1,
MB7/14,
MB7/15,
MB7h1,
MB7h5
K2/1, K2/3, K2h28-1
K2h17, C9h9, C9/3
K2h11, K2h12,
K2h21K2/4, K2/8, K2/10,
K2/13, K2/22,
K2h10, K2h13,
K2h22, K2h23,
K2h26, K2h27,
MB7/2, MB7/8,
MB7/9, MB7/10
MB7/3,
MB7/7
C9/9, C9/10-
2, C9/18
MB7/13
K2/30
K2/6, K2/16,
K2/27, K2h28
K2/2, K2/12, K2/24,
K2h3, C9h1, C9h2,
C9h3, C9h4, C9h5,
C9h7, C9h8, C9/7,
C9/8, MB7/5,
MB7/19,MB7/20
Actinomycetales
Bacillus sp.
Streptomyces
Staphylococcus sp.
Genetische Charakterisierung: ARDRA
OTUs:
Operational
Taxonomic
Units
DNA
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
NMDS1
NM
DS
2
Paenisporosarcina sp.
Marinococcus sp.
Marinomonas sp.
Paraliobacillus sp.
Oceanobacillus sp.
Methylobacterium sp.
Nocardia sp.
Micrococcus sp.
Brevibacterium sp.
Leclercia sp.Paracoccus sp.
Streptomyces sp.
Tetrathiobacter sp.
Providencia sp.Vibrio sp.
Salmonella sp.
Shewanella sp.
Rhizobium sp.Brachybacterium sp.
Lactococcus sp.
Bad Salzungen Brine 27%
Gerterode
well 13
Osterberg
well 13
Bad Salzungen
Brine 6%
Wichmar
Gerterode
well 11
Zeitzgrund
Rausdorf2
Jägersdorf
GeisenhainGröben
Kleinpürschütz
Silzequelle
Steinzig
StöbenMüllers Klinge
Schkölen
Pseudoalteromonas sp.Pedobacter sp.1
Buntsandstein
Muschelkalk
Zechstein
Ist eine Formations-spezifische Unterscheidung durch Mikrobiologie möglich?
Sind die Mikrobiome aus Wasser und Gestein verschieden?
Halit (NaCl) Sylvinit (KCl) Karnallit (MgCl)
Salzproben/BohrkerneGrundwasser
vs.
I II III IV
Oberflächensterilisierung
Brine 1.0 MBrine 4.6 M
Halit (NaCl, KCl and Mg[SO4] x H2O)
Karnallitit (NaCl, KMgCl3 x 6 H2O)
Brine 1.0 MBrine 4.6 M
4.6 M
1.0 M
Halophile und Halotolerante:
Metagenomanalysen
Zeigen eine sehr hohe
Auflösung.
Welcher Detailierungsgrad
ist zur Auswertung sinnvoll?
Metagenomanalysen erlauben die Definition
potentieller Stoffwechselwege
Schefeloxidation gekoppet an Nitratreduktion ist dominant bei Bacteria
Ammoniumoxidation ist dominant bei Archaea
Metabolische Vielfalt:
Höheren OrganismenMikroben
Microben interagieren mit:
Umwelt
Beteiligung an der Verteilung und dem reaktiven Transport im Wasser?
• Tagebau und Untertage
• 3000 Halden
• 1200 km²
• 2007 BUGA flower show
Foto: Azendorf 2002
Uranbergbau in Ostthüringen: Wismut
Sickerwasser zeigen Acid Mine Drainage an.
Können Mechanismen zur Schwermetallresistenz identifiziert
werden?
Lassen sich daraus Aussagen zum Verhalten der
Mikroorganismen im Grund- und Tiefenwasser ableiten?
Isolierung und Charakterisierung
Kontrolle: 1.3 x 107/g
Kontaminiert: 8 x 104 Bakterien (Gram(+) und Gram (-),
incl. Streptomyceten)
2 x 103 Hefen
2 x 102 filamentöse Pilze
- 3 % wachsen auf Sickerwasser
- 21 % Sickerwasser
5 mM Ni 10 mM Ni
0.5 mM Co 3 mM Co
0.1 mM Cu 0.5 mM Cu
1.5 mM Cd
Schwermetall-
resistenz bei
Streptomyceten
Siderophore
E13
-Fe
-Fe
+Fe SCF
+Fe
SCF
-Fe
Bindung anderer Metalle
Adsorption on Bodenminerale
Metallothioneine
Neue Metallothioneine von Streptomyceten
zur erhöhten Schwermetallresistenz
Expression in E. coli erlaubt höhere Ni- und Zn-Resistenz
SmtA, Synechococcus
Blindauer et al., 2007
Intrazellulär: Bioremediation…
E13-Mel-3 TSB 14 mM
Biomineralisierung
Ni-Struvit
(Ni-Ammonium-Phosphat-Hexahydrat)
Zusammenfassung
Obwohl Abundanzen in Grund- und Tiefenwässern gering sein
können, tragen die Stoffwechselleistungen von Mikroben zu
Lösung und Transport bei
Anpassung an Nischen erlaubt Besiedlung unterschiedlicher
Habitate
Daher kann Mikrobiologie auch ein Kartierinstrument sein
Mobilisierung
Biomineralisierung
Phylogenetische Analysen
Stickstoffzyklus
Schwefeloxidation
Friedrich-Schiller-Universität JenaDr. Katrin Krause
Dr. Frank Schindler
Dr. Eileen Schütze
Andrea Beyer
Katja Burow
Falko Gutmann
Steffi Formann
Uwe Lange
Benjamin Funai
Michel Klose
Martin Reinicke
Rene Phieler
Annekatrin Voit
Jennifer Stoiber-Lipp
Hanka Brangsch
... viele Bachelor-
und Masterarbeiten
Prof. Dr. Georg Büchel
Dr. Dirk Merten
Gk Alteration