Marine Mikrobiologie I

© Bert Engelen

Marine Mikrobiologie I

Blick auf den Pazifik etwa 71% der Erdoberfläche sind von Meeren bedeckt

die mittlere Tiefe beträgt etwa 4000 Meter alle Ozeane sind miteinander verbunden es herrscht eine allgemeine Zirkulation

Äquatorial-, Küstenströmung, upwelling, outwelling Küstengebiete werden von Tiden beherrscht das Meer ist salzig, davon 2,7% NaCl und 0,8% andere Ionen (SO ₄ ^-- , Mg ⁺ , Ca, K) gelöste Nährsalze sind limitiert (Oligotrophie) Ökologische Besonderheiten des Meeres:

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VL Mikrobielle Ökologie: Standorte und Prozesse, 18.11.2003

Wo kann man marine Mikroorganismen finden?

Welche Rolle spielen Bakterien im Nahrungsnetz?

Wie werden marine Mikroorganismen isoliert?

Wieviele Mikroorganismen sind in den Habitaten vorhanden?

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Zonierung des Meeres:

verändert nach E. P. Odum, 1983

VL Mikrobielle Ökologie: Standorte und Prozesse, 18.11.2003

Wo kann man marine Mikroorganismen finden?

Global

höhere Zahlen in flachen Bereichen durch:

terrigene Einschwemmungen

Verhältnis des produktivem zum konsumptivem Volumen

Nachlieferung von limitierenden Faktoren (Fe, N, P) aus Sedimenten Vertikal

Maxima in:

der Euphotischen Zone (abhängig von Standort < 50 m, < 200 m)

an Grenzschichten (Halokline, Thermokline, Chemokline, Sedimentoberfläche)

Kleinskalig

freischwimmend

partikulär (Detritus, marine snow)

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Viren

viral loop

Welche Rolle spielen Bakterien im marinen Nahrungsnetz?

Konsumenten (Tiere)

Destruenten (Bakterien) Produzenten

(Pflanzen)

zu einfach?!

bacterial Detritus loop

Grazer (Ciliaten, Flagellaten)

Mesozooplankton

Detritus Detritus

Detritus Licht

Phytoplankton Herbivore Carnivore

Gelöste- und partikuläre organische Substanz

(DOM, POM)

Bakterioplankton Nährstoffe

(P, N, Fe)

verändert nach Cypionka, 1999

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Wieviele Mikroorganismen sind in den Habitaten vorhanden?

Tiefe (m) ( Golfstrom und Sargassosee)

0 - 50 60

50 - 100 40

100 - 200 25

200 - 500 15

500 - 1000 5

2000 - 5000 <1

Phytoplankton Volumenanteil in cm ³ /1000 m ³ (ppbv) Wodurch ist die Zahl limitiert?

Mangel an wachstumsnotwendigen Substanzen oder Licht Verluste durch Fraß, Lysis, Sedimentation

Viren

10 - 100 * N Bacteria

Bakterien Zellzahl /ml

Aestuare 10 ⁶ - 10 ⁷

Schelfgebiete 1- 3 * 10 ⁶

Offener Ozean 10 ⁴ -10 ⁶

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Wie werden Bakterien eigentlich gezählt?

Andere Methoden:

Flowcytometer

DNA-Menge ( 2-4*10 ⁶ Basenpaare pro Bakteriengenom) ATP * 250 BioC (in g)

Mikroskopie:

Autofluoreszenz von Chlorophyll a Anfärbung mit Fluoreszenz-Farbstoffen DAPI, Acridinorange, SYBR Green

Färbung von Wattsediment mit SYBR Green

P hot o: B . K ö pk e

Lebendzellzahl (< 1%):

MPN-Verfahren (Most Probable Number) Verdünnungsreihe in 3-5 Parallelen, Berechnung nach Formel (Tabelle) auf Platten, Flüssigkultur

1 ml 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml

10

10

10

10

10

10

Verdünnung

9 ml Medium

1 ml plattieren

159 17 2 0

zu viele Kolonien

159 x 10

= 1,59 x 10

Kolonien x Verdünnung = Zellzahl

verändert nach Brock, 1997

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Wie werden marine Mikroorganismen isoliert?

Bilder von der Meteor Ausfahrt 51/3 unter www.icbm.de/pmbio/meteor01/m00.htm

11.11.2001 – 10.12.2001

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15 20 25 30 35

10 40

30 35 45

583

562

563

567

569 571 573 577 576

Längengrad (°E)

B re it e ng ra d ( °N )

592 599

575 Malta

Istanbul Route und Probenahmestellen:

VL Mikrobielle Ökologie: Standorte und Prozesse, 18.11.2003

Theoretischer Hitergrund:

Bildung von Tiefenwasser im östlichen Mittelmeer Querschnitt durch das östlichen Mittelmeer

Vergleich der mikrobiellen Lebensgemeinschaften und Kultivierung

prägender Vertreter aus Wassersäule, Sedimentoberfläche und Sapropelschichten

Klimaschwankungen führten zur Bildung von Sapropelen

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0 1 2 3 4 5 6 7

D e pt h ( c m)

0

100 200

300

400

Total cell count (10

cm

)

0 1 2

S1

S3

S4

S5 Station 567-1

/ /

ATP-Konzentrationen (! ! ! !) und Zellzahlen (" " " ")

an der Sedimentoberfläche, in Sapropelen und C _org -armen Zwischenschichten Erste Ergebnisse (Sediment)

VL Mikrobielle Ökologie: Standorte und Prozesse, 18.11.2003

Weiterführende Untersuchungen

im Rahmen der Doktorarbeit von Jacqueline Süß

Bestimmung der MPN-Zahlen

Isolierung von Bakterien aus verschiedenen Kultivierungsansätzen

Charakterisierung der Isolate (physiologisch und molekularbiologisch)

Vergleich der verschiedenen Kultivierungsansätze

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Kultivierungseffizienz

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indifferente

4 marin phototrophe α -Proteobacteria

α -Proteobacteria Gram positive high GC γ -Protoebacteria

31

38 13

32

Ergebnis SIG-PCR Screening

kein Wachstum in AS-Medien

50% aus SED fast ausschließlich

aus MPN-Platten

(MKS, AS, Alk)