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The ecophysiology of nitrite-oxidizing bacteria in the genus Nitrospira
novel aspects and unique features
Frank Maixner
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Wagner
DOI
10.25365/thesis.5088
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29336.06803.409264-3
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ein Kernprozess des biogeochemischen Stickstoffzyklus in natürlichen Lebensräumen und technischen Anlagen (z. B. Kläranlagen) ist die Nitrifikation. Dieser aerobe Prozess untergliedert sich in zwei Stufen, der oxidativen Umwandlung von Ammoniak zu Nitrit bzw. von Nitrit zu Nitrat. Zwei verschiedene funktionelle Gruppen chemolithotropher Mikroorganismen sind dabei katalytisch an der Stoffumsetzung beteiligt: die Ammoniak oxidierenden Bakterien (AOB) bzw. Archaeen (AOA) und die Nitrit oxidierenden Bakterien (NOB). Ein Hauptaugenmerk in dieser Doktorarbeit wurde auf NOB der Gattung Nitrospira gelegt. Diese Gruppe von Bakterien ist maßgeblich an der Stickstoffeleminierung in Kläranlagen beteiligt und ist darüber hinaus weit verbreitet in den unterschiedlichsten aquatischen und terrestrischen Lebensräumen. Bisher ist wenig bekannt über die Ökophysiologie dieser meist unkultivierbaren NOB. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal auf Metagenomsequenzen dieser Bakteriengruppe zurückgegriffen werden und zusammen mit dem Einsatz verschiedener molekularbiologischer Techniken erschlossen sich bis dato unbekannte ökophysiologische Charakteristika dieser NOB. Der gekoppelte Einsatz von Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) und quantitativer Bildanalyse ergab Hinweise für eine Nischendifferenzierung zweier Nitrospira Populationen in einem Biofilm aufgrund ihrer Präferenz für verschiedene Nitritkonzentrationen. Weitere physiologische Adaptationen dieser NOB ergaben sich aus Metagenomanalysen. Nitrospira besitzt das detoxifizierende Enzym Chloritdismutase. Es ist gut möglich, dass Nitrospira den Abbau von Chlor-Komponenten mit der Nitrifizierung an kontaminierten Standorten koppelt. Die Genomdaten lieferten darüber hinaus erste Einblicke in das bisher unbekannte Nitrit-oxidierende System dieser NOB.
Diese Doktorarbeit erweitert unser bisheriges Verständnis über die Ökophysiologie Nitrit-oxidierender Nitrospiren. Der gekoppelte Einsatz neuer molekularer Methoden mit ersten Metagenomdaten ermöglichte eine detaillierte Beschreibung dieser langsam wachsenden, meist unkultivierbaren NOB.
Abstract
(Englisch)
Nitrification is a key process of the biogeochemical nitrogen-cycle in natural and engineered habitats. The two steps of aerobic nitrification, the oxidation of ammonia to nitrite and subsequently from nitrite to nitrate, are catalysed by two functional groups of chemolithotrophic prokaryotes: the ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA), and the nitrite-oxidizing bacteria (NOB). This thesis focused on the genus Nitrospira, one of the important but yet less intensively studied groups of NOB. Nitrospira-like bacteria are the dominant NOB in wastewater treatment plants and the most diverse known NOB in nature, being widespread in various aquatic and terrestrial habitats. However, ecophysiological and genomic data of these mostly uncultured NOB are either scarce or lacking. Molecular and, for the first time metagenomic data retrieved in the course of this thesis brought forward novel ecophysiological traits of these NOB. Fluorescence in situ hybridization and quantitative image analysis provided indication of a different spatial arrangement of members of two Nitrospira sub-populations in a biofilm suggesting a niche differentiation of the coexisting NOB with respect to their preferred concentrations of nitrite. Metagenome analyses revealed further ecophysiological adaptations of these NOB. Nitrospira harbours a gene encoding the detoxifying enzyme chlorite dismutase. Therefore, Nitrospira might link the bioremediation of chloroxo compounds with nitrogen turnover at contaminated sites. Moreover, the metagenomic data uncovered a unique nitrite-oxidizing system in this NOB.
This thesis extends our knowledge of the ecophysiology of nitrite-oxidizing Nitrospira-like bacteria. Combining novel molecular methods with metagenomic data allowed in-depth characterization of this slow-growing, mostly uncultured NOB.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
nitrogen cycle/ Nitrospira nitrite oxidizer ecophysiology fluorescence in situ hybridization metagenome
Schlagwörter
(Deutsch)
Stickstoffzyklus Nitrospira Nitrit-oxidierer Ökophysiologie Fluoreszenz in situ Hybridisierung Metagenom
Autor*innen
Frank Maixner
Haupttitel (Englisch)
The ecophysiology of nitrite-oxidizing bacteria in the genus Nitrospira
Hauptuntertitel (Englisch)
novel aspects and unique features
Paralleltitel (Deutsch)
Neue Erkenntnisse über die Ökophysiologie Nitrit-oxidierender Bakterien der Gattung Nitrospira
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
171 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
James Prosser ,
Andreas Schramm
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines
AC Nummer
AC05040665
Utheses ID
4542
Studienkennzahl
UA | 091 | 444 | |