Molekularbiologische Untersuchungen zur Verbreitung und Physiologie neuartiger, unkultivierter Archaeen in kalten Schwefelquellen

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-3192
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10215

Rudolph, Christian

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Date of publication of this fulltext: 21 Jul 2004 15:36

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	20 July 2004
Referee:	Robert (Prof. Dr.) Huber
Date of exam:	26 May 2003
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine
Keywords:	Archaebakterien , Extremophiler Mikroorganismus , In-vitro-Kultur , Schwefelquelle , Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung , Hybride , Mikrobielle Lebensgemeinschaft , CTC , Crenarchaea , Euryarchaea , Thiothrix , SM1 euryarchaeon , string of pearls , psychrophilic , sulfidic springs , microbial community
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10215

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Abstract (German)

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In kalten Schwefelquellen des Sippenauer Moores (Landkreis Kelheim, Bayern) konnte eine stabile Lebensgemeinschaft bestehend aus bisher unbekannten Archaeen (SM1-Archaeon;
~20% phylogenetische Distanz auf 16S rRNA Ebene zu allen bisher kultivierten Mikroorganismen) und filamentbildenden Schwefelbakterien der Gattung Thiothrix entdeckt werden. Diese mikrobiellen Zellverbände sind mit bloßem Auge erkennbar und gleichen in ihrem Aussehen Perlenketten, die, an einem Ende an Ästen oder Steinen fixiert, frei im Wasserstrom flotieren. Durch eine Kombination molekularer Analysen und mikroskopischer Methoden konnte der einzigartige Aufbau dieser Perlenketten aufgeklärt werden, wobei der Schwerpunkt auf den unkultivierten, kälteliebenden SM1-Archaeen lag.
Verbreitungsanalysen dieser neuartigen Archaeen in verschiedensten, geografisch getrennten Schwefelquellen erfolgten durch phylogenetische Analysen und durch FISH mit einem neu entwickelten, archaeellen Sondenmix bzw. einer SM1 spezifischen Sonde. Das Auffinden einer Vielzahl von 16S rRNA Gensequenzen, die mit den SM1-Archaeen einen gemeinsamen phylogenetischen Abzweig bilden, legt die Bedeutung dieser archaeellen Gruppe in kalten Schwefelquellen dar.
Einblicke in die Lebensbedingungen der SM1-Archaeen im Biotop wurden durch die Bestimmung chemischer und physikalischer Parameter der Schwefelquellen sowie durch Mikrooptodenmessungen im Mikrohabitat der SM1-Archaeen gewonnen.
Durch das reproduzierbare Auffinden der Perlenkettenstrukturen in Verbindung mit einer selektiven Anreicherung der SM1-Archaeen konnten Fraktionen mit >98% archaeellem Zellanteil gewonnen werden, die für weitere, molekulare Analysen eingesetzt wurden. Neben der Durchführung von Lipidanalysen konnte dadurch erstmals der GC-Gehalt eines unkultivierten Mikroorganismus ermittelt werden.
Darüber hinaus war es möglich, einen Einblick in die Physiologie dieser unkultivierten Archaeen durch molekulare und biochemische Untersuchungen verschiedener, stoffwechselrelevanter Parameter zu gewinnen. Zusätzlich wurde als neues Werkzeug zur Aufklärung des Stoffwechsels unkultivierter Mikroorganismen eine Färbung durch den Fluoreszenzfarbstoff CTC ausgearbeitet und erstmalig im Fall der unkultivierten SM1-Archaeen angewandt.

Translation of the abstract (English)

A unique archaeal/bacterial community was discovered in the cold sulfidic springs of the marsh Sippenauer Moor (County Kelheim, Germany). Previously unknown archaea (SM1-archaeon; at least 20% phylogenetic distance to all cultivated microorganisms) live in close association with filamentous sulfur oxidizing bacteria belonging to the genus Thiothrix. These microbial assemblages exhibit a macroscopically visible structure comparable to a string-of-pearls floating in the water current, with one end fixed to rigid material. A combination of molecular and microscopic methods revealed the unique architecture of these microbial �string-of-pearls� with the main focus on the uncultured, cold loving SM1-archaea.
The archaeal distribution was analysed in different sulfidic springs with phylogenetic approaches as well as FISH using a newly designed archaeal probe mixture and a SM1-specific probe. A variety of 16S rRNA gene sequences were detected representing a deep phylogenetic branch together with the SM1-archaeon. This finding suggests an important biological function of this archaeal group in cold sulfidic springs.
To characterize the SM1-archaeal life style in its biotope, chemical and physical parameters of the sulfidic springs were measured and the microenvironment of the SM1-archaea was analysed by the use of microoptodes.
The reproducible growth of these �string-of-pearls� combined with a selective physical enrichment leads to fractions of >98% pure SM1-archaeal cell material, which provided the basis for further molecular analyses. For the first time it was possible to determine the GC content of an uncultured microorganism and to analyse its lipid composition.
Furthermore, insights in the physiology of these uncultured archaea could be gained by the analyses of different metabolic parameters using molecular and biochemical methods. Additionally, a stain was developed using the fluorescent dye CTC as a new tool to shed light on metabolic properties of these uncultivated microorganisms. This new method was employed for the first time to analyse the uncultured, cold loving SM1-archaea.

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