Mikrobiologische Charakterisierung der Verockerung in Berliner Brunnen

Transkript

1 Mikrobiologische Charakterisierung der Verockerung in Berliner Brunnen Ulrich Szewzyk, Katharina Knobel, Manuel Popiol, Daniel Hummelt, Bertram Schmidt, Oliver Thronicker April 2009

2 Eiseninkrustierungen in einem Trinkwasserrohr Berlin University of Technology, Environmental Microbiology

3 Eiseninkrustierungen in einem Trinkwasserrohr durch Eisenbakterien Berlin University of Technology, Environmental Microbiology

4 Pump Groundwater H 2 O + Fe 2+ Einleitung Well Eisenbakterien after H 2 O + Fe 2+ Verockerung

5 Verockerung Tritt auf wenn anaerobes Wasser Sauerstoff oder Licht ausgesetzt wird Ist ein Ergebnis von - Biochemischen Aktivitäten - Chemischen Reaktionen

6 Eisenzyklus anaerob Verschiedene anaerobe Bakterien; Eisenatmung z.b. Geobacter Reduktion Fe 3+ Fe 2+ aerob Oxidation Eisenbakterien: Leptothrix, Gallionella, Hyphomicrobium, Rhodomicrobium, Siderocapsa

7 Berühmte Eisenbakterien

8 Gallionella ferruginea: das andere berühmte Eisenbakterium Abbildung 12.43: Der neutrophile Eisenoxidierer Gallionella ferruginea. (a) Mikrofotografie von Zellen einer eisenhaltigen Quelle in der Nähe von Ithaca, New York, USA. Man beachte die verdrehten Stiele, die zu den zwei bohnenförmigen Zellen führen (Pfeil). (b) Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Dünnschnitts durch eine Gallionella-Zelle. Die Zelle ist ca. 0,6 µm breit. Man beachte den verdrehten Stiel aus Eisenhydroxid, der sich auf beiden Fotos von der Zellmitte aus erstreckt.

9 Unbekannte Eisenbakterien

10 Ziel des Projektes Wasserprobe DNA-Extraktion Nachweis und Quantifizierung von Eisenbakterien

11 Design der Versuche Phase 1 Probenahme Apparatur zur Gewinnung von Biofilmen Schlamm aus dem Brunnen Wasserproben

12 Design der Versuche Phase 2 Methoden DNA Extraktion PCR DGGE Mikroskopische Analyse FISH Kultivierung und Isolierung Neue Kulturmedien

13 Ergebnisse der mikroskopischen Analyse Well TEGhzk-13-/73V A,B TEGhzk-22-/71V D Morphotype SPAnord01-/04V B (many),d (many) SPAnord02-/82V C (some) SPAnord03-/99V A,B,D TEGsaat19-/71V C (many) TEGsaat20-/71V D TEGwest12-/84V D TEGwest13-/85V A,B,C,D TEGwest14-/85V B,C,D KAUnord05-/95V A (some),c,d KAUnord06-/95V A, C (many) KAUnord07-/95V A,C,D(many) STOborg14-/90V - STOborg15-/90V A (many),b,d (many) STOborg19-/90V - STOborg20-/90V A,B,D BEEgrfe05-/93V C (some) BEElind01-/95V C BEElind23-/02V A, B TIEsued19-/60V - A C B D A) Scheiden-bildendes Bakterium (z.b. Leptothrix spp.) B) Bakterie mit Stiel (Gallionella spp.) C) Bakterie mit Hof (z.b. Siderocapsa spp.) D) Kolonie mit Eisenhydroxid (z.b. Sideromonas spp.)

14 Eisenbakterien aus Spandau

15 Kultivierung von Eisenbakterien 100 Reinkulturen verfügbar. Viele Anreicherungen. Neue Medien zur Kultivierung. Dienen zur Untersuchung der Wachstumsbedingungen und des Abbaupotenzials.

16 Nachweis mit Gensonden (FISH) Methode wurde an eisenreiches Material adaptiert und angewandt: hoher Anteil von beta- and gamma-proteobakterien in den Biofilmen Erste Ergebnisse deuten auf eine Korrelation der Betriebsweise des Brunnens und des Auftretens von beta-proteobakterien Für weitere Untersuichungen werden neu entwickelte Gensonden verwe ndet um bisher nicht bekannte Organismen nachzuweisen. Dieser Ansatz wird erlauben spezifische Bakterien mit dem Auftreten von harter bzw. weicher Verockerung zu korrelieren.

17 Ergebnisse der molekularen Populationsanalyse Die Populationen bestehen aus aeroben und anaeroben Bakterien Signaturen von verschiedenen eisenablagernden Bakterien detektiert Signaturen von eisenmobilisierenden Bakterien detektiert

18 Ziele von WELLMA 2 (WELLMA- DNA) Anwendung und weitere Optimierung der neuen Nachweismethoden kommerzielles Kit zum Nachweis? Korrelation der mikrobiologischen Daten mit Daten zur Betriebsweise der Brunnen Vorschläge zu veränderter Betriebsweise Vorschläge für neue (biologische) Reinigungskonzepte

19 Danksagung BWB (auch Beteiligung an weiteren BMBF Projekten) KWB Dr. Burga Braun