Allgemeine Mikrobiologie

538 17DieRollevonMikroorganismenimStoffkreislaufundinderNatur
Box17.2 NachweisnichtkultivierterBakterien
Die neuen Techniken erlauben auch, nichtkultivierte Mikroorganismen
phylogenetisch zuzuordnen und am Standort nachzuweisen. Zu diesem
Zweck wird DNA aus der Standortprobe extrahiert und das Gen für
16S-rRNA durch PCR mithilfe von geeigneten Primern vermehrt. Das
Gemisch von rRNA-Genen wird in einen Vektor kloniert und E. coli an-
schließendmitdemKonstrukttransformiert.NachIsolierungderE.-coli-
Klone undSequenzierungderklonierten rRNA-Geneerhältmanso eine
Klonbibliothek.NachSynthesegeeigneterkomplementärerrRNA-Sonden
können dann die unbekannten Organismen im Standortmaterial durch
FISHnachgewiesenwerden.
Abb. 17.5 Nachweis von ammonium- und
nitritoxidierenden Bakterien in einer Belebtschlammflocke
mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
(FISH) und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie.
Für FISH wurden zwei unterschiedlich
markierte Sonden verwendet, die mit
16S-rRNA hybridisieren. Rot: ammoniumoxidierende
Bakterien der Gattung Nitrosomonas, grün:
Bakterien der Gattung Nitrospira. Der Balken entspricht10
mm.DieengeräumlicheVergesellschaftungbeiderBakterientypenlegteineunmittelbare
metabolische Kooperation nahe (Aufnahme Kilian
StöckerundMichaelWagner,Wien).
ersterLinieanStandortenmitguterNährstoffversorgung,z.B.BelebtschlammvonKläranlagen,mitErfolgeingesetzt.SchwierigeristdieAnwendungbeinährstoffarmenStandortenmitgeringemSubstratumsatz.
InSedimentenundBödenverhindertderhoheGehaltanmineralischen
Partikeln und Huminstoffen und deren Hintergrundfluoreszenz die
AnwendungvonFISHweitgehend.
WirddieFISH-TechnikmitderLaser-Scanning-Mikroskopiegekoppelt,lassensichdieMikroorganismenindreidimensionalenBildernlokalisieren.InmanchenFällen,etwanachMarkierungverschiedenerOrganismen
mit verschiedenfarbig fluoreszierenden Sonden, kann man deren
räumliche Anordnung und damit eventuell vorhandene funktionelle
Kooperationenzwischenihnenerkennen(Abb.17.5).
SolangesolchemolekularenAnalysenaufrRNA-Sequenzenaufbauen,
gebensienurAuskunftüberdieIdentitätundphylogenetischePosition
des jeweiligenOrganismus. In wenigenFällen metabolisch homogener
phylogenetischerGruppen(z.B.Methanogene)wirdmitdieserZuordnungaucheineAussageüberdiemetabolischeFunktion,ihreökologische
Nische,getroffen.Diesistz.B.beidenProteobakteriennichtmöglich,da
deren Stammbaum noch bis in die feinsten Verästelungen hinein mit
metabolischsehrverschiedenartigenOrganismenbesetztist.DiesemPro-
blemversuchtmanmitderEntwicklungvonfunktionsbezogenenRNA-
Sondenzubegegnen.DiesehybridisierenmitdenmRNA-Molekülen,die
fürspezifischeEnzyme,z.B.fürdieEnzymederMethanbildung,codieren.
IneinigenFällenistesgelungen,dieFISH-TechnikmiteinerMikroautoradiografie
zu koppeln(FISH-MAR) und so neben der Aussage über die
phylogenetischeZugehörigkeitauchInformationenüberdiemetabolische
Box17.3 Markierungmitstabilen,
nichtradioaktivenIsotopen
Um spezifisch solche Organismen zu erfassen, die ein bestimmtes Substrat
abbauen, kann man das Impfmaterial zuvor mit dem jeweiligen
Substrat markieren (engl. stable isotope probing). So markiert man
z. B.Methanoxidierer, indemmandasStandortmaterialmit 13 CH 4 inkubiert.DievondenMethanoxidierernwährendderInkubationproduzierte
DNA ist spezifisch schwerer als die nichtmarkierte und lässt sich durch
Dichtegradientenzentrifugation von der DNA anderer Organismen abtrennen.AnschließendlässtsichdiemarkierteDNA,z.B.überKlonierung
der 16S-rRNA-Gene, weiter analysieren. Auf diese Weise kann man die
Suche spezifisch auf die Organismen einengen, die das jeweils interessierendeSubstratumsetzenundinihreZellsubstanzeinbauen.
Aus Fuchs, G. : Allgemeine Mikrobiologie (ISBN 978-313-444608-1) © Georg Thieme Verlag KG 2007
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