The ecophysiology of nitrite-oxidizing bacteria in the genus Nitrospira

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.