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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-opus-4724
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 7 Februar 2006 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Robert (Prof. Dr.) Huber |
| Tag der Prüfung: | 17 Dezember 2004 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin |
| Stichwörter / Keywords: | Euryarchaeota , Sippenauer Moor , In-vitro-Kultur , Zelloberfläche , Archaea , mikrobielle Perlenkettengemeinschaft , SM1 Euryarchaeon , Archaea , microbial string-of-pearls community , SM1 Euryarchaeon |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 10374 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Extreme Biotope mit z.B. hoher Salinität, extremen pH- Werten und hohen Temperaturen wurden lange Zeit als typisches Habitat für Archaea angesehen. Kultivierungs- unabhängige molekulare Untersuchungen auf Basis ribosomaler RNA- Gensequenzen haben jedoch ihre globale Verbreitung in Nieder- bis Moderattemperatur- Biotopen bewiesen. Bis heute sind diese Archaea quasi nicht kultivierbar und ihre ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Extreme Biotope mit z.B. hoher Salinität, extremen pH- Werten und hohen Temperaturen wurden lange Zeit als typisches Habitat für Archaea angesehen. Kultivierungs- unabhängige molekulare Untersuchungen auf Basis ribosomaler RNA- Gensequenzen haben jedoch ihre globale Verbreitung in Nieder- bis Moderattemperatur- Biotopen bewiesen. Bis heute sind diese Archaea quasi nicht kultivierbar und ihre offensichtliche ökologische Signifikanz bleibt nach wie vor verborgen.
Vor kurzem entdeckten Mitarbeiter der AG Prof. Dr. Robert Huber im Regensburger Raum ein einzigartiges archaeell/bakterielles Konsortium, welches in Form makroskopisch sichtbarer, neuartiger, mikrobieller Perlenketten in kaltem (10°C), sulfidhaltigen Quellwasser vorkommt. Im Inneren einer Perle formt das neuartige SM1 Euryarchaeon eine Mikrokolonie, die äußere Hülle wird durch filamentöse S- oxidierende Bakterien aufgebaut. Unter aeroben Bedingungen (Sippenauer Moor) bildet das SM1 Euryarchaeon zusammen mit Thiothrix sp., bei geringeren Sauerstoffkonzentrationen (Islinger Mühlbach) zusammen mit dem neuartigen epsilon- Proteobakterium IMB1 eine, vielleicht sogar auf eine Symbiose basierende, stabile Gemeinschaft.
Durch eine neu etablierte Methode, der in situ- Kultivierung, ist es gelungen, diese mikrobiellen Perlenkettengemeinschaften schnell und zuverlässig in größeren Mengen an Polyethylennetzen direkt im natürlichen Biotop ('natürlicher Chemostat') zu züchten. Aus ca. 10.000 Perlen, die nun wöchentlich geerntet werden konnten, wurde das SM1 Euryarchaeon durch verschiedene physikalische Sedimentations- und Zentrifugationsschritte bis zu einer Reinheit von ca. 98% von Begleitorganismen separiert. Aufgrund dieser hohen Reinheit, der guten Lebensfähigkeit und der ausreichend gewinnbaren Menge an Zellen konnte die erhaltene, natürlich gewachsene SM1- Fraktion wie eine im Labor züchtbare (Rein-)Kultur biologisch detailliert untersucht werden.
Auf diesem Weg konnten z.B. die optimalen physiologischen Bedingungen für das SM1 Euryarchaeon (Temperatur: -2°C bis +30°C; neutraler pH, Niedersalz) bestimmt und die Monophylie der aufgereinigten SM1- Zellen durch Immuno- FISH gezeigt werden.
Im Rahmen struktureller Untersuchungen wurden auf der Zelloberfläche jeder der nur etwa 0,6 µm großen SM1- Zellen ca. 100 filamentöse Anhängsel mit einer ungewöhnlich komplexen Struktur entdeckt: nanometerdicke, stacheldrahtartige, in der Zellwand verankerte Filamente tragen an ihren Enden winzige, mit Widerhaken besetzte Tripel- Haken (Ø 60 nm). Da diese Struktur innerhalb der Prokaryonten eine neue Klasse filamentöser Zellanhängsel repräsentiert, wurde für sie die Bezeichnung 'Hamus' (lateinisch für: Haken, Widerhaken, Angel; Plural: 'Hami') vorgeschlagen. Die über eine breite pH- und Temperaturspanne stabilen Hami sind hauptsächlich aus einem 120 kDa Protein aufgebaut, das auch auf genetischer Ebene erfasst werden konnte. Dieses perfekte mechanische Nano- Werkzeug, welches die Natur im Laufe der Evolution für die Zelladhäsion geschaffen hat, könnte sich sogar auf dem Gebiet der Nanobiotechnologie als nützlich erweisen.
Das aus dieser Arbeit gewonnene Wissen erweitert unser Verständnis bezüglich unkultivierter, kälte-liebender Archaea als wichtiger Bestandteil von mikrobiellen Gemeinschaften in nicht extremen Ökosystemen.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
A decade ago, the domain Archaea was considered to be confined to extreme biotopes with e.g. high salinity, extreme pH or high temperatures. During the last years, however, through the use of the 16S rRNA gene as a molecular marker in environmental microbial surveys, the ubiquitous character of Archaea also in less extreme and more common biotopes has been revealed. Despite their obvious ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
A decade ago, the domain Archaea was considered to be confined to extreme biotopes with e.g. high salinity, extreme pH or high temperatures. During the last years, however, through the use of the 16S rRNA gene as a molecular marker in environmental microbial surveys, the ubiquitous character of Archaea also in less extreme and more common biotopes has been revealed. Despite their obvious omniprescence, their biology and ecological role in biosphere remain largely obscure.
Recently, the group of Prof. Dr. Robert Huber discovered a novel bacterial/archaeal consortium, which forms a unique, macroscopically visible microbial string-of-pearls, floating in cold (10°C), sulfidic spring water. The inner part of each pearl (diameter approx. 3mm) is predominated by a microcolony of the SM1 euryarchaeon, the outer part of the pearl is mainly composed of filamentous, sulfur-oxidizing bacteria. At higher oxygen tensions (Sippenauer Moor) SM1 forms together with Thiothrix, at lower oxygen tensions (Islinger Mühlbach) together with the IMB1 epsilon proteobacterium a stable, or even symbiotic community. So far, the SM1 euryarchaeon could not be grown in laboratory.
Therefore, a novel in situ cultivation technique was designed and successfully applied to obtain larger quantities of microbial strings-of-pearls communities, using their cold biotope as a �natural chemostat�. Polyethylene nets were exposed in the cold, sulfidic streamlets in close vicinity of whitish microbial mats and within a few days, numerous pearls of typical microbial composition had developed on the nets. About once a week, the microbial net population was harvested (about 10.000 pearls) and the SM1 euryarchaeon was specifically separated by gentle physical methods. The fraction obtained showed a purity of 98% (2% bacteria), high viability and therefore allowed the detailed biological characterization of a naturally grown archaeon. Therfore, it was possible to determine the optimal physiological conditions for the SM1 euryarchaeon (temperature: -2°c to +30°C, neutral pH, low salt conditions). The monophyly of the separated SM1 cells was shown by Immuno- FISH.
Initial ultrastructural studies of single SM1 euryarchaeal cocci lead to an unexpected observation: about 100 filamentous cell appendages of 2 to 3 µm in length emanate radially from the surface of each small cell (diameter about 0.6 µm). Those appendages showed a highly complex structure with a well-defined base-to-top organisation: barbwire-like nano-filaments carry a tripartite, barbed grappling hook (diameter 60 nm). This structure represents a new class of filamentous cell appendages, for which the term "hamus" was proposed (latin meaning prickle, claw, hook, barb or fishing rod; plural "hami"). The hami remain stable in a broad temperature- and pH- range and are mainly composed of a 120kDa protein, which was also detected on genomic level. It appears, that in the course of biological evolution nature has developed a perfect mechanical nano-tool, which also might prove useful in the field of nanobiotechnology.
This thesis extends our knowledge concerning uncultivated, cold-loving archaea as substantial part of microbial communities in non-extreme ecosystems.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 15:07
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