Metabolische Studien der Temperaturadaptation - ETH E

Diss. ETH 5405
Metabolische Studien der
bei Bacillus
Temperaturadaptation
Stearothermophilus
ABHANDLUNG
zur
Erlangung
des Titels eines Doktors der Naturwissenschaften
der
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN
HOCHSCHULE
vorgelegt
LORENZ
ZÜRICH
von
JUNG
Dipl. Natw. ETH Zürich
geboren
von
am
14. Dezember 1943
Küsnacht und Basel
Angenommen auf Antrag
von
Prof. Dr. H. Zuber, Referent
Prof. Dr. A. Fiechter, Korreferent
aku-Fotodruck
Zürich
1974
-76-
ZUSAMMENFASSUNG
Bacillus
stearothermophilus
gutes
Fleischextrakte.
1.4
von
10
x
9
Es werden bei
werden,
thermophilen
ATCC
7954
benötigt
komplexe Medien, wie
Pufferung
auf
z.B.
Trypton-
pH 7 maximale Zelltiter
so
auf
bei Temperaturen unterhalb 45 C
tritt ein Kümmerwachstum ein.
mesophile Temperaturen
Wachsen ge¬
zum
Uebergänge
Um
Organismus
dadurch den
Zellen
aus
47
C-Kulturen
an
die
sind
neuen
sehr
Bedingungen
stabil gegen
Züchtungstemperatur. Diese Thermoadaptation
ist
von
ermöglichen, ist die
zu
schaltung einer Kultivation bei der Zwischentemperatur 47
um
ein
für
Z/ml erreicht.
Soll dieser Bacillus
bracht
/
NCIB 8924
Wachstum ausserordentlich
von
zu
Ein¬
erforderlich,
C
adaptieren.
plötzliche Erhöhung
der
thermophilen Bakterien
auf
mesophile Kulturtemperaturen
auf
Brain-Heart-Infusion, Weizengriesstryptonmedium
mediumabhängig
funktioniert
und
oder
nur
Cystein-Trypti-
case-Agar.
Auf
diese Art können auch
"obligat"- thermophile
sog.
gezüchtet werden,was auf die Sinnlosigkeit
Bacillen
mesophil
Begriffe "obligat"-
der
und
"fakultativ"- thermophil hinweist.
Bei
den beiden
d.h.
o
55 C
bei
Die
und rauh.
obligat
aerob.
wesenheit
von
Züchtungstemperaturen tritt ein Koloniedimorphismus auf,
.
sind
55
die
Zellkolonien klein und
.
bei
o
37 C gross
C-Organismen sind fakultativ anaerob, die 37 C-Organismen
(rauh/glatt)
Die Kolonieformen
Sauerstoff, sondern
Die 37 C-Zellen sind sehr
während
glatt,aber
55 C-Zellen
nur
nur
beweglich,
schwach
beiden Temperaturen verläuft
von
der
sind nicht
von
der An¬
Temperatur abhängig.
besonders auf
beweglich sind.
Die
ärmeren
Medien,
Sporulation
identisch und liefert die
bei
typischen terminal
angeordneten ovalen Endosporen. Die maximalen spezifischen Wachstums¬
raten
u
Infusion.
betragen bei beiden Temperaturen
Bedingungen gefunden, während
V
ist
ca.
1.5
auf
Brain-Heart-
Derselbe Wert wird auch bei den 55 C-Zellen unter anaeroben
er
dann bei
mediumabhängig. Unterschiede
37 C äusserst tief
liegt.
in den taxonomischen Kriterien
-77-
zwischen den beiden Temperaturformen
der
und
wertung
Zelluläre Extrakte
Wachstumstemperatur.
und
So werden bei
37°C-Kulturen
Bei
beachtenswerte
55
C-Kulturen hohe
Alcohol-,
Malat-Dehydrogenase-Aktivitäten
Lactat- und
Die entsprechende Anaerobkultur
gemessen.
Citratver-
Aktivitätsspiegeln verschiedener Enzyme, je
Glycerinaldehyd-3-P-,
Werte.
bei der
nur
B.stearothennophilus zeigen
aus
Unterschiede in den
nach
treten
Vbges-Proskauer-Reaktion auf.
werden keine
Succinat-Dehydrogenase gefunden
zeigt
etwa
Alcohol-, dafür
diesselben
mehr
ausserdem wird
und
Isocitrat-
bei dieser
Temperatur in grösserer Menge Acetoin ins Medium abgegeben. Der
.
Respirationsquotient bleibt für 37
Bereich
1.0
unter
Wachstumsphase
Bei
.
auf
55
C-Zellen stets
1.0,
Bei der hohen
...
im
hingegen steigt
C-Zellen
Werte über
bolismus hinweist.
o
auf
was
respirativen
er
ausgeschieden.
bei
Bei der 37 C-Kultivation
ebenso verschwindet
aufgebraucht,
zweiten
einen fermentativen Meta¬
Züchtungstemperatur
werden
Endprodukte wie Pyruvat, Lactat und ausserdem Aethanol
Lactat
in einer
hingegen
von
saure
den Zellen
wird vorhandenes
gebildetes Pyruvat
und Acetoin
fortgeschrittenem Zellalter. KohlenstoffSummenbilanzen zeigen
der
ausser
Benutzung
von
anschliessende Verwertung
Glucose die
von
im
Medium enthaltenen Aminosäuren.
Kulturen bei
Zwischentemperatur 47
der
genannten Unterschiede eine
Unter
bei
den besonders hervortretenden
o
55 C
gebildet.
37
wie
Das
o
C
am
Enzym
Ende der
aus
37 C-Zellen thermolabil
Aktivierung
des
C nehmen
Zwischenstellung
auch
in Bezug auf die
ein.
Enzymen wird die
Lactat-DH sowohl
logarithmischen Wachstumsphase
55 C-Zellen ist
Eine
vorliegt.
thermostabil,
Hitzebehandlung
thermostabilen Enzyms.
maximal
während
es
in
bewirkt eine
Die Alcohol-DH wird
nur
bei
55 C gebildet und besitzt ähnliche Thermostabilität wie die Lactat-DH.
Das Auftreten der Alcohol-DH bei
das
Thermoadaptationsintervall
phat-Dehydrogenase
aus
den
steigender Züchtungstemperatur legt
auf
45
-50 C fest.
thermophilen
Die Glucose-6-Phos-
Kulturen besitzt eine geringe
Thermostabilität.
Die Aminopeptidase 1 ist thermostabil bis 80 C.
nach
aussen
Enzymaktivität,
die durch
Ganze Zellen
Lipidextraktion
zeigen
der Zellwand
-78-
weiter erhöht wird.
lokalisiert,
ATPase sind
Das
Enzym ist
der Rest wird
zu
im
zu
20-45% in den Zellmembranen
Cytoplasma gefunden.
Succinat-DH und
membrangebunden. Aminopeptidase
100%
II
tritt haupt¬
sächlich im Cytoplasma gelöst auf.
Die
Aminopeptidase
Bezug
auf
I
aus
37 C
-
und
55 C-Zellen ist
barkeit durch Co
2+
-Ionen und
.
stearothermophilus, gezüchtet
zogen werden.
.
Substratspezifität.
brauchbares Kriterium für den Nachweis der
Bacillus
identisch in
Gelfiltration,Elektrophorese, Thermostabilität, AktivierDieses
Enzym kann als
Speciesidentität
bei 55 C und
37
von
C, herange¬