Microbial redox cycling of iron in Lake Grosse Fuchskuhle

Umwelt vorwiegend an Huminstoffe gebunden vorkommt, konnte die Rolle von Huminstoffen in der Fe(II)-Oxidation noch nicht geklärt werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit von Huminstoffen einen Vorteil für Fe(II) oxidierende Mikroorganismen darstellen kann. Dies beruht auf der reduzierten abiotischen Fe(II)-Oxidation und einer möglicherweise erhöhten Energieausbeute durch eine Absenkung des Redoxpotentials von chelatiertem Fe(II) im Vergleich zu freiem Fe(II). Eine MPN-basierte Quantifizierung der Nitrat-abhängige Fe(II)-oxidierenden Mikroorganismen im Sediment des Moorsees Große Fuchskuhle zeigte eine um zwei Größenordnung erhöhte Zellzahl von chemolithotrophen Nitrat-abhängige Fe(II)-oxidierenden Mikroorganismen bei Huminstoffzugabe zum Wachstumsmedium. Bei Sediment Inkubationen unter chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-oxidierenden Bedingungen wurden Mikroorganismen der Gattung Thiomonas angereichert. Einen weitere Charakterisierung dieser Anreicherungen lieferte vorläufige Belege dafür, dass diese Thiomonas Stämme fähig zur chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-Oxidation sind. Zuletzt wurde der Thiomonas arsenivorans Stamm 3As auf die Fähigkeit zur chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-Oxidation getestet, da alle dafür notwendigen Gene im Genom identifiziert werden konnten. Diese Versuche wurden sowohl unter Anwesenheit als auch in Abwesenheit von Huminstoffen durchgeführt. Es konnte ein stöchiometrischer Verbrauch von Fe(II) und Nitrat, wie für Nitrat-abhängige Fe(II)-Oxidation in Gegenwart von Huminstoffen unter autotrophen Wachstumsbedingungen erwarted, beobachtet werden. Demgegenüber konnte in Abwesenheit von Huminstoffen weder unter autothrophen noch unter heterotrophen Bedingungen Fe(II)-Oxidation beobachtet werden, was auf die Bedeutung von Huminstoffen bei der Vermittlung Nitrat-abhängiger Fe(II)-Oxidation hinweist. Nach unserem Wissen ist dies die erste Studie, welche die chemolithotrophe Nitrat-abhängige Fe(II) oxidierende Physiologie in einer bakteriellen Reinkultur zeigt. Darüberhinaus konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Huminstoffe mikrobielle Fe(II)-Oxidation begünstigen. Umwelt vorwiegend an Huminstoffe gebunden vorkommt, konnte die Rolle von Huminstoffen in der Fe(II)-Oxidation noch nicht geklärt werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit von Huminstoffen einen Vorteil für Fe(II) oxidierende Mikroorganismen darstellen kann. Dies beruht auf der reduzierten abiotischen Fe(II)-Oxidation und einer möglicherweise erhöhten Energieausbeute durch eine Absenkung des Redoxpotentials von chelatiertem Fe(II) im Vergleich zu freiem Fe(II). Eine MPN-basierte Quantifizierung der Nitrat-abhängige Fe(II)-oxidierenden Mikroorganismen im Sediment des Moorsees Große Fuchskuhle zeigte eine um zwei Größenordnung erhöhte Zellzahl von chemolithotrophen Nitrat-abhängige Fe(II)-oxidierenden Mikroorganismen bei Huminstoffzugabe zum Wachstumsmedium. Bei Sediment Inkubationen unter chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-oxidierenden Bedingungen wurden Mikroorganismen der Gattung Thiomonas angereichert. Einen weitere Charakterisierung dieser Anreicherungen lieferte vorläufige Belege dafür, dass diese Thiomonas Stämme fähig zur chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-Oxidation sind. Zuletzt wurde der Thiomonas arsenivorans Stamm 3As auf die Fähigkeit zur chemolithotrophen Nitrat-abhängigen Fe(II)-Oxidation getestet, da alle dafür notwendigen Gene im Genom identifiziert werden konnten. Diese Versuche wurden sowohl unter Anwesenheit als auch in Abwesenheit von Huminstoffen durchgeführt. Es konnte ein stöchiometrischer Verbrauch von Fe(II) und Nitrat, wie für Nitrat-abhängige Fe(II)-Oxidation in Gegenwart von Huminstoffen unter autotrophen Wachstumsbedingungen erwarted, beobachtet werden. Demgegenüber konnte in Abwesenheit von Huminstoffen weder unter autothrophen noch unter heterotrophen Bedingungen Fe(II)-Oxidation beobachtet werden, was auf die Bedeutung von Huminstoffen bei der Vermittlung Nitrat-abhängiger Fe(II)-Oxidation hinweist. Nach unserem Wissen ist dies die erste Studie, welche die chemolithotrophe Nitrat-abhängige Fe(II) oxidierende Physiologie in einer bakteriellen Reinkultur zeigt. Darüberhinaus konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Huminstoffe mikrobielle Fe(II)-Oxidation begünstigen.