Charakterisierung unkultivierter Archaea aus Böden

Die molekularbiologische Untersuchung von Böden führte in den letzten Jahren zu einer stetigen Zunahme der Zahl unkultivierter Archaea. Dabei wurden Sequenzen verschiedener Linien innerhalb der Euryarchaeota und Crenarchaeota detektiert. Über die Physiologie dieser Mikroorganismen ist bislang kaum e...

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Main Author: Kemnitz, Dana
Contributors: Conrad, Ralf, Prof. Dr. (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2004
Biologie
Subjects:
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Description
Summary:Die molekularbiologische Untersuchung von Böden führte in den letzten Jahren zu einer stetigen Zunahme der Zahl unkultivierter Archaea. Dabei wurden Sequenzen verschiedener Linien innerhalb der Euryarchaeota und Crenarchaeota detektiert. Über die Physiologie dieser Mikroorganismen ist bislang kaum etwas bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war es, neue Erkenntnisse über unkultivierte Archaea zu erhalten. Die Anreicherung der Rice Cluster (RC-) III-Archaea (verwandt mit Thermoplasmatales) aus zwei anoxischen Böden der Flutungsebene des Flusses Waal erfolgte anaerob in einem Mineralmedium mit Hefeextrakt als komplexem Substrat. Mit Hilfe der T-RFLP-Methode und der phylogenetischen Analyse von Klonsequenzen wurde die erfolgreiche Anreicherung dieser Euryarchaeota gezeigt. Unter Anwendung der Real Time-PCR-Methode war es möglich, das Wachstum der RC-III-Archaea innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft in Kultur zu verfolgen. Dieser langsam wachsende Mikroorganismus (Verdopplungszeit von ca. 3 Tagen) zeigte eine hohe Abundanz innerhalb der Archaea (bis zu 60%). Da die Kultur jedoch einen hohen Hintergrund verschiedener Bakterien (1 Mrd. 16S rDNA-Zielmoleküle pro ml) enthielt, betrug der relative Anteil von RC-III nur ca. 0,1% an der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft. Dennoch konnte der Phänotyp der RC-III-Archaea beschrieben werden. Sie wurden als anaerobe, heterotrophe, mesophile und neutrophile Mikroorganismen charakterisiert, die vermutlich an der Fermentation von Oligopeptiden beteiligt sind. Durch die weitere Anreicherung mit Pepton als Substrat wurde die kokkoide Zellform mittels Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) gezeigt. Weiterhin wurde die Abundanz sowie der Phänotyp der methanogenen RC-I-Archaea einer Anreicherungskultur aus Reisfeldboden (Lueders et al., 2001) untersucht. Der Anteil dieser Euryarchaeota betrug ca. 50% der mikrobiellen Gemeinschaft. Die RC-I-Methanogenen waren thermophil und hydrogenotroph, konnten aber ebenfalls mit Formiat wachsen. Trotz der nahen Verwandtschaft zu den acetoclastischen Methanosarcinales waren die RC-I-Archaea nicht in der Lage, mit Acetat zu wachsen. Erstmals gelang eine Vereinzelung von RC-I durch Koloniebildung in festem Medium. Die RC-I-Archaea wurden jedoch nur in Begleitung einer charakteristischen bakteriellen Begleitflora isoliert. Der Nachweis des Coenzyms F420, welches im methanogenen Stoffwechsel vorkommt, gelang anhand der Autofluoreszenz der stäbchenförmigen Zellen. Durch die molekularbiologische Untersuchung des Tiefenprofils eines Waldbodens konnten drei unkultivierte Linien der Euryarchaeota und Crenarchaeota nachgewiesen werden. Die Euryarchaeota waren am nächsten mit den Thermoplasmatales verwandt. Die Sequenzen der Crenarchaeota gruppierten in den von DeLong (DeLong, 1998) beschriebenen Linien 1.1b und 1.1c. Die T-RFLP-Analyse der verschiedenen Bodenschichten konnte eine Dominanz der Crenarchaeota (vor allem der Linie 1.1c) nachweisen. Mit Hilfe der Real Time-PCR-Methode wurde die Zahl der Archaea und Bacteria ermittelt. Die Zahl der Archaea veränderte sich zwar kaum mit der Bodentiefe, ihr relativer Anteil an der gesamten Mikrobenflora nahm jedoch zu und betrug ca. 60%. Dieser Anteil stellt im Vergleich mit vorherigen Studien von Böden eine sehr hohe Abundanz dar.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2005.0063