Eisenbakterien fordern die Verockerung

Mikrobiologische Charakterisierung der Verockerung in
Berliner Brunnen
Ulrich Szewzyk, Katharina Knobel, Manuel Popiol, Daniel Hummelt,
Bertram Schmidt, Oliver Thronicker
April 2009
Eiseninkrustierungen in einem
Trinkwasserrohr
Berlin University of Technology, Environmental Microbiology
Eiseninkrustierungen in einem
Trinkwasserrohr durch Eisenbakterien
Berlin University of Technology, Environmental Microbiology
Einleitung
H2 O
Verockerung
Eisenbakterien
+ Fe
2+
Fe
O+
H2
2+
Groundwater
Pump
Well
after www.walterfiedler.de
Verockerung
• Tritt auf wenn anaerobes Wasser
Sauerstoff oder Licht ausgesetzt wird
• Ist ein Ergebnis von
- Biochemischen Aktivitäten
- Chemischen Reaktionen
Eisenzyklus
Verschiedene anaerobe Bakterien; Eisenatmung
z.B. Geobacter
anaerob
Reduktion
Fe3+
aerob
Fe2+
Oxidation
Eisenbakterien: Leptothrix, Gallionella,
Hyphomicrobium, Rhodomicrobium,
Siderocapsa
Berühmte Eisenbakterien
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.
Unbekannte Eisenbakterien
Ziel des Projektes
Wasserprobe
DNA-Extraktion
Nachweis und Quantifizierung von Eisenbakterien
Design der Versuche
Phase 1
Probenahme
• Apparatur zur
Gewinnung von
Biofilmen
• Schlamm aus dem
Brunnen
• Wasserproben
Design der Versuche
Phase 2
Methoden
• DNA Extraktion
• PCR
• DGGE
• Mikroskopische
Analyse
• FISH
• Kultivierung und
Isolierung
• Neue Kulturmedien
Ergebnisse der mikroskopischen
Analyse
Well
Morphotype
TEGhzk-13-/73V A,B
TEGhzk-22-/71V D
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
A)
B)
C)
D)
B
D
Scheiden-bildendes Bakterium (z.B. Leptothrix spp.)
Bakterie mit Stiel (Gallionella spp.)
Bakterie mit Hof (z.B. Siderocapsa spp.)
Kolonie mit Eisenhydroxid (z.B. Sideromonas spp.)
Eisenbakterien aus Spandau
Kultivierung von Eisenbakterien
•
100 Reinkulturen verfügbar.
•
Viele Anreicherungen.
•
Neue Medien zur Kultivierung.
•
Dienen zur Untersuchung der
Wachstumsbedingungen und des
Abbaupotenzials.
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.
Ergebnisse der molekularen
Populationsanalyse
• Die Populationen bestehen aus aeroben
und anaeroben Bakterien
• Signaturen von verschiedenen
eisenablagernden Bakterien detektiert
• Signaturen von eisenmobilisierenden
Bakterien detektiert
Ziele von WELLMA 2 (WELLMADNA)
• 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
Danksagung
• BWB
(auch Beteiligung an weiteren BMBF
Projekten)
• KWB
• Dr. Burga Braun