Characterization of nitrite oxidizing bacteria with 13C-labeling experiments in complex ecosystems
Final Report Abstract
Die bereits vorhandenen Datensammlungen der Fettsäureprofile Nitrit‐oxidierender Mikroorganismen konnten durch die Analyse weiterer Nitrospira‐Kulturen weiter ausgebaut werden. Zu den neuen Profilen gehören Fettsäuredaten aus thermophilen Nitrospira‐Kulturen, als auch solche aus Aquakulturen. Diese Daten bestätigen die chemotaxonomische Differenzierungsmöglichkeit innerhalb der Gattung Nitrospira. Weiterhin bildete diese Datenbasis die Grundlage für eine Identifizierung aktiver Nitrit‐oxidierender Populationen in Belebtschlammproben und Proben aus Aquakulturbiofiltern durch Assimilation von 13C‐markiertem Carbonat. In allen untersuchten Proben konnten markierte Nitrospira‐typische Fettsäuren nachgewiesen werden. Dieser Befund bestätigt die Hypothese, dass die Gattung Nitrospira in den meisten Habitaten die dominierende Rolle in der Nitritoxidation einnimmt. Die Markierungsexperimente wurden unter verschiedenen Expositionsbedingungen, d.h. unterschiedliche Nitritkonzentrationen und unterschiedliche Expositionstemperaturen, durchgeführt. Diese variierenden Bedingungen führten bei den exponierten Proben zu Verschiebungen im Markierungsgrad der Nitrospira‐typischen Fettsäuren. Diese Beobachtung deutete auf die Aktivität verschiedener Ökotypen aus der Gattung Nitrospira in den untersuchten Proben hin. Damit übereinstimmend war der Nachweis verschiedener 16S rRNA‐Gensequenzen der Gattung Nitrospira in allen untersuchten Proben. Diese Sequenzen wurden über einen Klonierungs‐/Sequenzierungsansatz unter Verwendung Gattungs‐spezifischer PCR‐Primer aus den Proben gewonnen. Für die Belebtschlammprobe konnte auf der Grundlage dieser Sequenzen eine rRNA‐gerichtete fluoreszenz‐markierte Oligonukleotidsonde hergestellt werden. Mit dieser Sonde wurde mikroskopisch ein Zelltyp nachgewiesen, der sich von der aus Belebtschlamm bekannten Spezies Nitrospira defluvii im Aggregationsverhalten als auch Zellmorphologisch unterschied. Die Befunde aus diesem Projekt unterstützen daher die Hypothese, dass die Diversität an Vertretern der Gattung Nitrospira in Belebtschlamm als auch in Aquakultur‐Biofiltern hoch ist und je nach physikalisch‐chemischen Umweltparametern die Nitritoxidationsaktivität von unterschiedlichen Nitrospira‐Spezies dominiert wird. Die Bestätigung dieser These über einen Anreicherungsansatz ist aufgrund der langsamen Wachstumsgeschwindigkeiten schwierig. Die hier angewandte Methode der 13C‐Carbonat‐Exposition in Verbindung mit einer Fettsäureanalyse hat sich aber als geeignet erwiesen, um aktive aber langsam wachsende Populationen von Nitrit‐Oxidierern kultivierungsunabhängig nachzuweisen und zu identifizieren.
Publications
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2013. Relevance and diversity of Nitrospira populations in biofilters of brackish RAS. PLoS ONE 8: e64737
Kruse, M., S. Keuter, E. Bakker, E. Spieck, T. Eggers and A. Lipski
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2013. The nitrite‐oxidizing community from activated sludge from a municipal wastewater treatment plant determined by fatty acid methyl ester‐stable isotope probing. System Appl Microbiol. 36: 517‐524
Kruse, M., S. Zumbrägel, E. Bakker, E. Spieck, T. Eggers and A. Lipski
