Anhand physiologischer und morphologischer Untersuchungen an den γ-Proteobakterienstämmen SP5/1 und HV2/2 sollten Einsichten über deren Einordnung innerhalb der Gattung Acidithiobacillus erlangt werden. Zusätzlich waren die Charakterisierung der Surface Layer des Acidithiobacillus-Isolates SP5/1 und von M. sedula TH2, sowie deren mögliche Funktionen und ihre Rolle bei der Interaktion mit ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Anhand physiologischer und morphologischer Untersuchungen an den γ-Proteobakterienstämmen SP5/1 und HV2/2 sollten Einsichten über deren Einordnung innerhalb der Gattung Acidithiobacillus erlangt werden. Zusätzlich waren die Charakterisierung der Surface Layer des Acidithiobacillus-Isolates SP5/1 und von M. sedula TH2, sowie deren mögliche Funktionen und ihre Rolle bei der Interaktion mit Oberflächen von besonderem Interesse. Angesichts der Ergebnisse, welche aus der Sequenzierung der 16S rRNA Gene und der physiologischen Tests gewonnen wurden, war es möglich, den bisher als „T. sphaeroides“ Stamm SP5/1 der bestehenden Spezies A. ferrooxidans zuzuordnen. Für den Stamm HV2/2 existieren zwar zahlreiche Gemeinsamkeiten mit A. caldus DSM 8584T, jedoch wurden insbesondere die Fähigkeit zur Oxidation von Pyrit und Fe2+ sowie eines S-Layers mit p2-Symmetrie als ausschlaggebende Kriterien herangezogen, die Beschreibung einer neuen Spezies A. striatothermus vorzuschlagen. Durch den S-Layer defizienten Laborstamm ΔSlp90 war es gelungen, das S-Layer-Protein Slp90 im Stamm SP5/1 zu identifizieren. Proteinanalytische Untersuchungen erlaubten jedoch, neben dem Nachweis weiterer Proteine der äußeren Membran, lediglich die Bestimmung der N-terminalen Aminosäuresequenz des S-Layers. Eine bedingte Übereinstimmung mit dem potentiellen S-Layer Afe_2303 aus A. ferrooxidans DSM 14882T führten zu der Erkenntnis, dass es sich bei Slp90 vermutlich um den C-terminalen Bereich des nativen Proteins handelt. Vergleichende Untersuchungen am Isolat SP5/1 und dem Stamm ΔSlp90 lieferten Hinweise auf mögliche Funktionen des S-Layers. Aufgrund signifikant reduzierter Fe3+-Konzentrationen in Kulturen des Stammes SP5/1 wird die Fähigkeit zur Komplexierung von Fe3+ angenommen. Gestützt wird dies durch den Nachweis von Eisen in den äußeren Zellwandschichten des Wildtyps mittels EDX-Analyse. Darüber hinaus ist bei dem Laborstamm ΔSlp90 eine deutlich schwächere Ausprägung der Stäbchenform zu beobachten, wodurch dem S-Layer zwar keine Zellform-bestimmende, jedoch eine Zellform-erhaltende Funktion zuzuschreiben ist. Die Interaktion mit Oberflächen wie Pyrit wird vermutlich nicht durch den S-Layer vermittelt, sondern vielmehr durch andere zelluläre Strukturen wie Pili, Flagellen oder EPS. Der Nachweis von S-Layer mit p2-Symmetrie in den Typstämmen A. ferrooxidans DSM 14882T und A. thiooxidans DSM 14887T lassen vermuten, dass es sich bei dem regelmäßigen Oberflächenprotein um ein gattungsspezifisches Kriterium handeln könnte. Untersuchungen an dem Pyrit-oxidierenden Crenarchaeon M. sedula TH2 ermöglichten die Zuordnung der Gene msed_1806 und msed_1807 zur großen S-Layer-Untereinheit SlaA bzw. der kleinen Untereinheit SlaB. In Übereinstimmung mit weiteren Vertretern der Sulfolobales konnte eine Anordnung der Gene in Form eines Operons sowie die Glykosylierung des S-Layers nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Adhäsion von M. sedula TH2 und S. metallicus Kra23 ist nur auf Pyritoberflächen eine Interaktion des S-Layers zu erwarten. Experimente mit diesen Spezies, den S. solfataricus Stämmen P2 und PBL2025 sowie zweier Mutanten führten zu der Erkenntnis, dass auf Oberflächen wie Glas, Glimmer oder Kohle-befilmten Goldgrids das Vorhandensein von Zellanhängen wie Pili und Flagellen als Voraussetzung für eine Adhäsion anzusehen ist.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
To get insight in the phylogenetic dependence of the bacterial strains SP5/1 and HV2/2, which belong to the γ-proteobacteria, their physiological and morphological properties were analyzed. Another important aspect was the characterization of the surface layer of the Acidithiobacillus-strain SP5/1 and Metallosphaera sedula TH2, possible features of the proteins and their interaction with ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
To get insight in the phylogenetic dependence of the bacterial strains SP5/1 and HV2/2, which belong to the γ-proteobacteria, their physiological and morphological properties were analyzed. Another important aspect was the characterization of the surface layer of the Acidithiobacillus-strain SP5/1 and Metallosphaera sedula TH2, possible features of the proteins and their interaction with surfaces. Both sequence data of the 16S rRNA gene and the physiological tests on strain SP5/1, which was previously named “T. sphaeroides”, led to the reassignment of strain SP5/1 to the species A. ferrooxidans. The second strain HV2/2 exhibited several similarities to A. caldus DSM 8584T, but the ability for oxidizing pyrite and Fe2+ in combination with a regularly arranged surface layer (p2-symmetry) led to the proposal of a new species A. striatothermus. The S-layer protein Slp90 could clearly be identified with the S-layer deficient strain ΔSlp90. In addition to the confirmation of further outer membrane proteins, the N-terminal amino acids of the protein Slp90 could be determined. Limited correlation between the putative S-layer protein Afe_2303 from A. ferrooxidans DSM 14882T and Slp90 led to the assumption, that Slp90 depicts the truncated C-terminal part of the unprocessed protein. Comparative studies on the isolate SP5/1 and the strain ΔSlp90 revealed possible features of the S-layer. The significant reduction of Fe3+ in the culture medium of strain SP5/1, an involvement of the protein in iron complexation could be imagined. This feature was further substantiated via EDX-analysis, by confirming high amounts of iron within the outermost parts of the cell wall. Furthermore, the lab strain ΔSlp90 is less rod-shaped than the wild type strain, which indicates, that the S-layer may not have an influence on cell shape determination but maintenance. The adhesion to surfaces like pyrite did not seem to be mediated by the S-layer. Cellular structures like pili, flagella or EPs seem to be more important for cell attachment. The visualization of S-layer proteins with p2-symmetry on the surface of the type strains A. ferrooxidans DSM 14882T and A. thiooxidans DSM 14887T, that this kind of S-layer probably is a genus specific feature. Investigations on the pyrite-oxidizing crenarchaeon M. sedula TH2 the assignment of the genes msed_1806 and msed_1807 as the big S-layer subunit SlaA and the small subunit SlaB, respectively. In agreement with results from other members of the Sulfolobales, there was evidence for a glycosylation of the S-layer and the S-layer genes were found to be arranged in an operon. Only for the adhesion of M. sedula TH2 and S. metallicus Kra23 on pyrite, an interaction via the S-layer was expected. The adhesion to surfaces like glass, mica or carbon-coated gold grids is, most likely, mediated by cell appendages like pili and flagella, as shown in comparative studies on the S. solfataricus strains P2 and PBL2025 and two mutant strains.
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