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