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TU Berlin

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List of Publications of the Chair

Neutrophile Eisenbakterien
Citation key Schmidt20190
Author Schmidt, Bertram
Year 2019
School Technische Universität Berlin
Institution FG Umweltmikrobiologie
Abstract The aim of this work was to study a group of bacteria, which has been investigated since many years but still remains mysterious: the neutrophilic iron bacteria. These were explored on the one hand in their natural habitats, which were places in the National Park "Lower Oder Valley" in Germany and newly found sites on the island Tierra del Fuego in Argentina. Furthermore there was the opportunity to take part in an expedition to search for iron bacteria on several Antarctic islands. On the other hand the isolation and characterization of iron bacteria pure cultures was a central part of this work. Various methods were applied which included classical methods of microbiology such as microscopy and cultivation as well as methods of modern molecular biology. These included: Microscopic analysis of environmental samples Generation of clone libraries to study microbial communities Development of adapted isolation media and suitable conditions Morphological characterization of pure cultures with light, epifluorescence, scanning electron and confocal laser scanning microscopy Sequencing of the 16S rDNA and other genes to clarify the phylogenetic relationship of the isolates Growth experiments under defined cultivation conditions Gradient culture of microaerophilic iron bacteria Using these different methods comprehensive results were obtained. In addition to already known iron bacteria habitats in Germany, many different, sometimes extensive sites were found and investigated in Tierra del Fuego. The found iron bacteria were assigned microscopically to morphotypes, which were already described from the northern hemisphere. A large number and diversity of iron and manganese depositing bacteria has been isolated. Many of them represent new genera, species or subspecies, since they differed to a varying extent from already described strains, which was evident especially from sequence comparisons. Furthermore culture conditions have been developed which made isolation and cultivation under "near-natural" conditions possible. This was shown by the formation and maintenance of complex morphological and other phenotypic features of the strains. Different physiological characteristics of selected pure cultures were investigated. In particular, indications have been found for degradation of humic substances by iron and manganese bacteria. Therefore their occurrence in nature may be a significant factor for the carbon cycle. A lot of experiences have been gained using the gradient culture technique for cultivation of microaerophilic iron bacteria. From samples of different origin enrichments of the target organisms were obtained and analyzed by molecular biology.Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine schon seit langem untersuchte, jedoch immer noch rätselhafte Gruppe von Bakterien besser kennen zu lernen: die neutrophilen Eisenbakterien. Diese wurden unter anderem in ihren natürlichen Habitaten erforscht, wobei im Wesentlichen Standorte im Nationalpark „Unteres Odertal“ in Deutschland und neu erschlossene Standorte auf der Insel Feuerland in Argentinien untersucht wurden. Zudem ergab sich die Möglichkeit an einer Forschungsexpedition zu verschiedenen Antarktischen Inseln teilzunehmen und dort nach Eisenbakterien zu suchen. Neben dem Studium der natürlichen eisenablagernden Lebensgemeinschaften lag ein Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Gewinnung und Charakterisierung von Eisenbakterien-Reinkulturen. Die angewandten Methoden waren vielfältig und beinhalteten sowohl klassische Methoden der Mikrobiologie wie Mikroskopie und Kultivierung als auch moderne molekularbiologische Methoden. Zu nennen sind unter anderem: Mikroskopische Analyse von Umweltproben Erstellung von Klonbibliotheken zur Untersuchung mikrobieller Lebensgemeinschaften Entwicklung geeigneter Isolierungsmedien und –bedingungen für Reinkulturen Morphologische Untersuchung der Reinkulturen mit Licht-, Epifluoreszenz-, Rasterelektronen- und Konfokaler Laserrastermikroskopie Sequenzierung der 16S rDNA und anderer Gene zur Analyse der Verwandtschaftsbeziehungen der isolierten Stämme Wachstumsversuche unter definierten Bedingungen Gradientenkultur von mikroaerophilen Eisenbakterien Es wurden mit den verschiedenen Methoden umfangreiche Ergebnisse erzielt. Neben den schon bekannten Eisenbakterienstandorten in Deutschland wurde in Feuerland eine Vielzahl unterschiedlicher, teilweise ausgedehnter Standorte gefunden und untersucht. Die mikroskopisch gefundenen Eisenbakterien wurden aufgrund ihres ähnlichen Aussehens morphologisch definierten Typen zugeordnet, die von der Nordhalbkugel der Erde bekannt sind. Es wurde eine große Zahl und Diversität von eisen – und manganablagernden Bakterien isoliert. Diese stellen zu einem erheblichen Teil neue Gattungen, Arten oder Unterarten dar, da sie sich in unterschiedlichem Maß von schon beschriebenen Stämmen unterscheiden. Dies war insbesondere anhand von Sequenzvergleichen zu erkennen. Es wurden zudem Kulturbedingungen entwickelt, die neben der erfolgreichen Isolierung neuer Stämme eine Kultivierung unter „naturnahen“ Bedingungen ermöglichen. Dies zeigte sich in Ausbildung und Erhalt komplexer morphologischer und anderer phänotypischer Eigenschaften.Es wurden verschiedene physiologische Eigenschaften ausgewählter Reinkulturen untersucht. Insbesondere wurden Hinweise auf den Abbau von Huminstoffen durch Eisen- und Manganbakterien gefunden, was ihr Auftreten in der Natur potentiell bedeutend für den Kohlenstoffkreislauf macht. Zur Gradientenkultur mikroaerophiler Eisenbakterien wurden viele Erfahrungen gesammelt. Es wurden Anreicherungen der Zielorganismen aus Proben unterschiedlicher Herkunft erzielt und molekularbiologisch analysiert.
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