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Metabolism and physiology of mesophilic and thermophilic ammonia oxidizing archaea
Michael Melcher
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
Christa Schleper
DOI
10.25365/thesis.72848
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16364.16876.959576-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ammoniak oxidierende Archaea (AOA) gehören zu den häufigsten Organismen auf diesem Planeten und üben eine zentrale Rolle im Stickstoffzyklus durch die Oxidation von Ammoniak zu Nitrit aus. Aufgrund der Wichtigkeit des Stickstoffzyklus, den durch den Menschen am meisten gestörten geochemischen Stoffzyklus, haben AOA viel Aufmerksamkeit in der mikrobiellen Ökologie und Nitrifizierung in den letzten zwei Jahrzehnten bekommen. AOA sind chemolithoautotrophe Organismen die Energie aus der Oxidation von Ammoniak zu Nitrit gewinnen und Kohlenstoffdioxid durch eine modifizierte Variante des 3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyrat Stoffwechselweges fixieren. Obwohl bereits viele Anstrengungen unternommen wurden die ökologischen Nischen und Funktion dieser Organismen zu verstehen, sind die Erkenntnisse über die archaeelle Ammoniak Oxidation im Bereich der Biochemie noch äußerst beschränkt, welches dem Mangel an AOA Biomasse geschuldet ist, da die Organismen äußerst schwer zu kultivieren sind. Thermophile AOA aus der Familie der Nitrosocaldaceae sind von besonderem Interesse, da diese eine Schwesterlinie zu allen moderaten AOA bilden. Sie gelten als besonders ursprünglich, da unterschiedliche Phylogenien basierend auf 16S rRNA, ribosomalen Proteinen und amoA Genen alle auf einen thermophilen Ursprung der Klasse Nitrososphaeria, zu der alle AOA zählen, hindeuten. Diese Arbeit gliedert sich in drei Abschnitte: (i) Anreicherung, Phylogenie und Physiologie eines extrem thermophilen Archaeons, (ii) Isolierung und physiologische Charakterisierung der ersten Reinkultur eines Vertreters der Familie der Nitrosocaldaceae, Nitrosocaldus cavascurensis. (iii) Die Entwicklung eines Biomasse-Produktionsprozesses für das Bodenarchaeon Nitrososphaera viennensis und die Charakterisierung wachstumsrelevanter Parameter in kontinuierlicher Kultur. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen nicht nur zum besseren physiologischen Verständnis von AOA bei, sondern stellen auch die erste Reinkultur eines extrem thermophilen AOA zur Verfügung, sowie einen Biomasse-Produktionsprozess, welcher in weiterer Folge biochemische Studien dieser wichtigen Organismen ermöglicht.
Abstract
(Englisch)
Ammonia oxidizing archaea (AOA) are among the most abundant organisms on this planet and serve a critical function in the nitrogen cycle by oxidizing ammonia to nitrite. Due to the importance of the nitrogen cycle as the most anthropogenically disturbed geobiochemical cycle, AOA have gained much attention in the field of microbial ecology and nitrification over the last two decades. AOA are chemolithoautotrophs that gain energy from the oxidation of ammonia to nitrite and fix carbon dioxide by a modified version of the 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate pathway. Even though much scientific effort has gone into elucidating the ecological niches and function of these organisms, biochemical insights into the archaeal ammonia oxidation pathway are still limited. This is mostly due to a lack of AOA biomass, because these organisms are notoriously difficult to cultivate. Thermophilic AOA of the family Nitrosocaldaceae are of particular interest because they form a sister clade to all moderate AOA. They are considered to possess many ancestral features as different phylogenies based on 16S rRNA, ribosomal proteins and amoA genes all point towards a thermophilic origin of the class of Nitrososphaeria, to which all AOA belong. This thesis consists of three major sections: (i) the enrichment, phylogeny and physiology of an extremely thermophilic AOA, (ii) the isolation and physiological characterization of the first axenic culture of a member of the family Nitrosocaldaceae, Nitrosocaldus cavascurensis. (iii) The development of a lab-scale biomass production process for Nitrososphaera viennensis, a model soil AOA, and the characterization of growth-relevant parameters in continuous cultures. The results of this thesis contribute to our understanding of the physiology of AOA and provide the first pure culture of an extremely thermophilic AOA and a biomass production process that enables biochemical research of these important organisms.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Ammoniak oxidierende Achaeen Reinkultur Thermophile Physiologie Kontinuierliche Kultur Chemostat
Schlagwörter
(Englisch)
Ammonia oxidizing Archaea Pure Culture Thermophiles Physiology Continuous Culture Chemostat
Autor*innen
Michael Melcher
Haupttitel (Englisch)
Metabolism and physiology of mesophilic and thermophilic ammonia oxidizing archaea
Paralleltitel (Deutsch)
Metabolismus und Physiologie von mesophilen und thermophilen Ammoniak oxidierenden Archaeen
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
iv, 120 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Graeme Nicol ,
Sung Keun Rhee
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC16724442
Utheses ID
65427
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |