Dieses Werk veranschaulicht am Beispiel der Untersuchung einer Trinkwassertalsperre die Herangehensweise und Durchführung von Versuchen zur mikrobiologischen Analytik des Pelagials und des Sedimentes von Süßwasserseen. Dabei wurde großer Wert auf die Nachvollziehbarkeit der vielen eingesetzten Methoden gelegt. Neben den klassischen Verfahren der Mikrobiologie, wie der Kultivierung auf Nährböden wurden auch molekulare Detektionsmethoden genutzt. So wird zum Beispiel detailliert die catalyzed reporter deposition fluoreszenz in-situ Hybridisierung (CARD FISH) bebeschrieben. Die in den Versuchen gewonnenen Daten werden im jahreszeitlichen Verlauf betrachtet. Außerdem wurden einige Sonden hinsichtlich Ihrer Spezifität und Hybridisierungseffizienz genau untersucht. Für den Forscher lassen sich daraus wertvolle Informationen über die Grenzen der genutzten Sonden ableiten. Weitere vorgestellte Methoden sind die PCR, die Klonierung und die Sequenzierung. Die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungen werden jeweils interpretiert und mit den Daten der anderen Methoden verglichen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Nachweis somatischer Coliphagen sowie F-spezifischer Bakteriophagen erläutert und das Testsystem BIOLOG® zur schnellen Analytik biochemischer Umsatzleistungen vorgestellt. Eine Speziesunterscheidung mittels Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP) unter Nutzung der Enzyme EcoRI, HhaI und RsaI wird mit den Grenzen dieser Methode ebenfalls betrachtet und erläutert. Außerdem wird dargestellt, wie eine potentiell neu kultivierte Spezies von den nächsten Verwandten abgegrenzt und genauer charakterisiert wird. Mittels mycobakterienspezifischer Klonierung sowie speziellen Kultivierungsversuchen mit Selektivnährmedien zur Anzucht von Mycobakterien wurde abschließend die Anwesenheit von Mycobakterien in der Talsperre untersucht.

Kapitel 3.3.3, Vergleich Pelagial und Sediment: Betrachtet man die relativen Häufigkeiten der nachgewiesenen Klassen in der Sedimentfalle und im ersten Horizont von E der Proben vom September 2005, stellt man fest, daß den Erwartungen entsprechend die Bakterienklassen, deren Arten hauptsächlich im Pelagial leben, in größeren Mengen in E0 nachgewiesen werden konnten. Dies trifft insbesondere für einen Teil der Arten der Alpha Proteobacteria sowie uneingeschränkt für Cyanobacteria und Verrucomicrobiae zu. Klassen, welche nicht in der Sedimentfalle gefunden wurden, hatten entweder ihre pelagiale Massenentwicklung abgeschlossen oder kommen ausschließlich im Sediment vor. Das wurde bei den durchgeführten Untersuchungen bei den Klassen der Beta Proteobacteria, Chloroflexi und den Acidobacteria beobachtet. Die mittels Klonierung häufig nachgewiesenen Chloroflexi spp. besitzen Bakterienchlorophyll a und c. Sie leben photoautotroph bzw. im Sediment chemoorganotroph. Die filamentösen, gramnegativen Stäbchen erreichen Längen von 6 Mikrometer und bewegen sich durch Gleiten fort. Die einzig beschriebene Art dieser Klasse, das orangefarbene Bakterium Chloroflexus aurantiacus, hat ein Temperaturoptimum von 52 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius, deren mesophile Varietät eines von 20 Grad Celsius bis 25 Grad Celsius. Daher kann von einem natürlichen Vorkommen von Chloroflexus aurantiacus im Sediment von E1 ausgegangen werden. Besonderheiten der Proben der Vorsperre Forchheim: Von der Probenahmestelle F wurde der erste Horizont der Schichtung vom August 2006 untersucht. Da vom gleichen Monat keine DNA vergleichbarer Horizonte von E kloniert wurde, soll die Probe im Folgenden einzeln betrachtet werden. Da das Gewässer an der Probenahmestelle F eine Tiefe von nur 6 Metern aufweist und viele organische sowie anorganische Schwebstoffe vorhanden sind, finden Sedimentationsprozesse in größerem Umfang statt. Es konnte 16S rRNA der Klassen Cyanobacteria, Alpha Proteobacteria, Actinobacteria, Sphingobacteria und Chloroflexi nachgewiesen werden. Nicht kloniert wurde DNA von Flavobakterien, welche im Pelagial im April noch vorhanden waren (s. Kap. 3.6). In der Vorsperre Forchheim ist der Eintrag von Biomasse so stark, daß eine sehr hohe Sedimentationsrate erreicht wird (UHLMANN 2001). Nach einer Massenentwicklung von Flavobakterien im Frühjahr bzw. Frühsommer wurden die wenigen sedimentierenden Bakterien, welche nicht gefressen wurden (vgl. Kap. 3.2.2), vermutlich relativ schnell im Sediment abgebaut. In größeren Mengen wurde die 16S rRNA von Cyanobakterien kloniert. Diese Klasse zeigt im Sommer bis Spätsommer üblicherweise eine Massenentwicklung, was die Ergebnisse (s. Tab. 3.9) belegen. Mit 12,5 Prozent relativer Häufigkeit in Bezug zur Gesamtklonzahl waren die Actinobacteria nach den Cyanobakterien die zweithäufigste nachgewiesene Klasse im August 2006 in F1.Viele Spezies dieser Klasse leben im Boden, so daß eine Ausschwemmung mit folgendem Eintrag in die Vorsperre Forchheim anzunehmen ist. Die 16S rRNA von Alpha Proteobakterien und Chloroflexi wurde in F1 mit jeweils 10,4 Prozent nachgewiesen. Diese beiden Klassen sind in aquatischen Lebensräumen Mitteleuropas in großer Artenzahl und Abundanz zu finden. Eine Fehlerquelle bei der Auswertung sämtlicher hier betrachteten Ergebnisse stellt der geringe Stichprobenumfang dar. So wurden pro Horizont maximal 50 Klone untersucht. Betrachtet man die große Artenanzahl, die je Gramm Sediment nachgewiesen werden kann, kommt man zu dem Schluß, daß die Untersuchung als Stichprobe und keinesfalls als statistische Erhebung interpretiert werden darf. Man kann davon ausgehen, daß Arten, deren DNA häufiger nachgewiesen wurde, auch wirklich im Bereich der Probenahmestelle vorkommen, Spezies, welche in geringer Zahl nachgewiesen wurden, jedoch auch allochthonen Ursprunges sein könnten. Außerdem wurde mittels der der Klonierung vorausgehenden PCR eine Selektion zugunsten der Arten getroffen, deren 16S rRNA mit der Primerkombination TPU1-1387R amplifiziert werden konnte. Nicht alle Bakterien weisen diese Primerbindungsstelle auf. Da die bei dieser PCR amplifizierten Fragmente diverser Spezies auch verschiedene Längen aufweisen können, werden sie bei der Klonierung mit unterschiedlicher Effizienz in das Plasmid inseriert.

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René Kaden, Diplom-Biologe, Studium der Medizin und Biologie an der Technischen Universität Dresden, Abschluß: 2006 als Diplom- Biologe, derzeit tätig als Wissenschaftler im Forschungszentrum Karlsruhe, Schwerpunkt: Mikrobiologie natürlicher und technischer Grenzflächen.