Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-135
Main Title: Survival of sulfate-reducing bacteria in oxic oligotrophic environments related to drinking water
Author(s): Bade, Karen
Advisor(s): Szewzyk, Ulrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In dieser Arbeit wurde das Überleben von sulfatreduzierenden Bakterien in oxischen, oligotrophen Habitaten mittels eines mehrstufigen Ansatzes untersucht. Kultivierung führte zur Isolierung von vier sulfatreduzierenden Stämmen aus Grund- und von zwei Stämmen aus Trinkwasserverteilungssystemen in Berlin bzw. Mülheim. Die phylogenetische Einordnung der Stämme ergab, dass vier der bis dahin unbekannten Stämme den Desulfovibrionaceae (Stamm zt3l, Mlhm, zt10e und GWE2) zugerechnet werden konnten, während zwei weitere dem Genus Desulfosporosinus (Stamm 5apy und Blif) zugeordnet wurden. Für eine weitergehende Charakterisierung der Sauerstofftoleranz der Sulfat-Reduzierer wurden zwei der neu isolierten Stämme (zt3l und zt10e) in Batch-Kulturen Sauerstoffstress und Nährstoffarmut ausgesetzt, und zwar in (i) sterilem Berliner Trinkwasser, (ii) Mineralmedium und (iii) Co-Kultivierungsansätzen mit dem aeroben Aquabacterium commune. Zwei Stämme aus Stammsammlungen, Desulfomicrobium baculatum (DSM 1743) und Desulfovibrio desulfuricans (DSM 6949), wurden in den Vergleich mit einbezogen, der mittels der direkten Bestimmung der Gesamtzellzahl, anaerober Kultivierung und in situ Hybridisierung kombiniert mit digitaler Bildanalyse durchgeführt wurde. Weitere Experimente belegten den Einfluß des Kulturalters auf den Verlust der Kultivierbarkeit. Der Versuch einer Reaktivierung von unkultivierbaren Sulfatreduzierern erwies sich als erfolglos. Das Überleben von sulfatreduzierenden Bakterien unter natur-ähnlichen Bedingungen wurde anschließend in Modell-Biofilmen untersucht, die in selbst-entwickelten kontinuierlichen Systemen gezüchtet wurden. Dazu wurde der Stoffwechsel, die Produktion von Signalmolekülen und das Verhalten in Biofilmen von häufig im Berliner Trinkwasser vorkommenden aeroben Bakterien untersucht. Zwei Arten, der Stamm B3 und Aquabacterium commune, wurden für die nachfolgenden Biofilmversuche ausgewählt. Die Fähigkeit von Sulfatreduzierern in einem aeroben Biofilm zu Überleben wurde durch die Zugabe von Desulfovibrio desulfuricans (DSM 6949) zu einem aus Aquabacterium commune bestehenden Biofilm getestet, der anschließend dem Trinkwasser ausgesetzt wurde. In weiteren Versuchen wurde nicht nur die Anwesenheit sondern auch die Kultivierbarkeit der Stämme zt3l und zt10e in aeroben Biofilmen nachgewiesen. In situ Hybridisierung und Kultivierung zeigten auch die Fähigkeit von Stamm zt10e in einem oxischen, oligotrophen Habitat zu überleben und sich aus diesem Habitat heraus zu verbreiten. In einem zweistufigen Reaktor konnte die Wiederansiedlung von abgelösten Zellen beobachtet werden.
In this study the survival of sulfate-reducing bacteria in oxic, oligotropic habitats related to drinking water was investigated in a polyphasic approach. Use of cultivation techniques led to the isolation of four sulfate-reducing species from the ground- and of two species from the drinking water systems of Berlin and Mülheim. Phylogenetic analysis revealed that four of the hitherto unknown species belonged to the Desulfovibrionaceae (strains zt3l, Mlhm, zt10e and GWE2) and two to the genus Desulfosporosinus (strains 5apy and Blif). Two isolates were selected for a further characterization. The oxygen tolerance ot two of the newly isolated strains was investigated by exposition to oxygen and nutrient limitation in batch culture experiments in (i) sterile Berlin drinking water; (ii) mineral medium; and (iii) in coculture experiments with the aerobic Aquabacterium commune. Additionally they were compared with two strains from a culture collection, Desulfomicrobium baculatum (DSM 1743) and Desulfovibrio desulfuricans (DSM 6949), using a polyphasic approach including total cell counts, anaerobic cultivation and fluorescent in situ hybridization combined with digital image analysis. Additional experiments elucidated the influence of the culture age on the loss of culturability. Tests performed to resuscitate a non-culturable sulfate reducer failed to succed. The survival of sulfate-reducing bacteria in biofilm environments was then investigated in model biofilms grown in self-developed continuous culture systems. For the generation of the model system further characteristics of the in situ abundant aerobic species in the Berlin drinking water were investigated, with regard to their metabolism, the production of signalling molecules and their behaviour in biofilms. Two species, strain B3 and Aquabacterium commune, were selected for biofilm experiments. The ability of sulfate-reducing bacteria to establish in already developed biofilms was tested by addition of Desulfovibrio desulfuricans (DSM 6949) to a biofilm of Aquabacterium commune and exposition of this biofilm to the drinking water flow. In further experiments not only the presence but also the culturability of strain zt3l and strain zt10e was confirmed in aerobic biofilms. In situ hybridization and culturability were also used to demonstrate the ability of strain zt10e to survive and spread starting from an oligotrophic, oxic habitat. In a two stage reactor the re-attachment of detached biofilm cells in an already developed biofilm was observed.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-396
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/432
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-135
Exam Date: 22-Nov-2000
Issue Date: 28-Jan-2005
Date Available: 28-Jan-2005
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Biofilme
Fluoreszenz in situ Hybridisierung
Sulfatreduzierende Bakterien
Trinkwasser
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