Eisenbakterien fordern die Verockerung

Mikrobiologische Charakterisierung der Verockerung in Berliner Brunnen Ulrich Szewzyk, Katharina Knobel, Manuel Popiol, Daniel Hummelt, Bertram Schmidt, Oliver Thronicker April 2009

Eiseninkrustierungen in einem Trinkwasserrohr

Berlin University of Technology, Environmental Microbiology

Eiseninkrustierungen in einem Trinkwasserrohr durch Eisenbakterien

Berlin University of Technology, Environmental Microbiology

Einleitung

H2 O

Verockerung

Eisenbakterien

+ Fe

2+

Fe O+

H2

2+

Groundwater

Pump

Well

after www.walterfiedler.de

Verockerung • Tritt auf wenn anaerobes Wasser Sauerstoff oder Licht ausgesetzt wird • Ist ein Ergebnis von - Biochemischen Aktivitäten - Chemischen Reaktionen

Eisenzyklus Verschiedene anaerobe Bakterien; Eisenatmung z.B. Geobacter anaerob Reduktion

Fe3+

aerob

Fe2+ Oxidation Eisenbakterien: Leptothrix, Gallionella, Hyphomicrobium, Rhodomicrobium, Siderocapsa

Berühmte Eisenbakterien

Gallionella ferruginea: das andere berühmte Eisenbakterium

Abbildung 12.43: Der neutrophile Eisenoxidierer Gallionella ferruginea. (a) Mikrofotografie von Zellen einer eisenhaltigen Quelle in der Nähe von Ithaca, New York, USA. Man beachte die verdrehten Stiele, die zu den zwei bohnenförmigen Zellen führen (Pfeil). (b) Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Dünnschnitts durch eine Gallionella-Zelle. Die Zelle ist ca. 0,6 µm breit. Man beachte den verdrehten Stiel aus Eisenhydroxid, der sich auf beiden Fotos von der Zellmitte aus erstreckt.

Unbekannte Eisenbakterien

Ziel des Projektes Wasserprobe

DNA-Extraktion

Nachweis und Quantifizierung von Eisenbakterien

Design der Versuche Phase 1 Probenahme • Apparatur zur Gewinnung von Biofilmen

• Schlamm aus dem Brunnen

• Wasserproben

Design der Versuche Phase 2 Methoden • DNA Extraktion • PCR • DGGE • Mikroskopische Analyse • FISH • Kultivierung und Isolierung • Neue Kulturmedien

Ergebnisse der mikroskopischen Analyse Well Morphotype TEGhzk-13-/73V A,B TEGhzk-22-/71V D SPAnord01-/04V B (many),D (many) SPAnord02-/82V C (some) SPAnord03-/99V A,B,D TEGsaat19-/71V C (many) TEGsaat20-/71V D TEGwest12-/84V D TEGwest13-/85V A,B,C,D TEGwest14-/85V B,C,D KAUnord05-/95V A (some),C,D KAUnord06-/95V A, C (many) KAUnord07-/95V A,C,D(many) STOborg14-/90V STOborg15-/90V A (many),B,D (many) STOborg19-/90V STOborg20-/90V A,B,D BEEgrfe05-/93V C (some) BEElind01-/95V C BEElind23-/02V A, B TIEsued19-/60V -

A

C

A) B) C) D)

B

D

Scheiden-bildendes Bakterium (z.B. Leptothrix spp.) Bakterie mit Stiel (Gallionella spp.) Bakterie mit Hof (z.B. Siderocapsa spp.) Kolonie mit Eisenhydroxid (z.B. Sideromonas spp.)

Eisenbakterien aus Spandau

Kultivierung von Eisenbakterien •

100 Reinkulturen verfügbar.

•

Viele Anreicherungen.

•

Neue Medien zur Kultivierung.

•

Dienen zur Untersuchung der Wachstumsbedingungen und des Abbaupotenzials.

Nachweis mit Gensonden (FISH) •

Methode wurde an eisenreiches Material adaptiert und angewandt: hoher Anteil von beta- and gamma-Proteobakterien in den Biofilmen

•

Erste Ergebnisse deuten auf eine Korrelation der Betriebsweise des Brunnens und des Auftretens von beta-Proteobakterien

•

Für weitere Untersuichungen werden neu entwickelte Gensonden verwe ndet um bisher nicht bekannte Organismen nachzuweisen. Dieser Ansatz wird erlauben spezifische Bakterien mit dem Auftreten von harter bzw. weicher Verockerung zu korrelieren.

Ergebnisse der molekularen Populationsanalyse • Die Populationen bestehen aus aeroben und anaeroben Bakterien • Signaturen von verschiedenen eisenablagernden Bakterien detektiert • Signaturen von eisenmobilisierenden Bakterien detektiert

Ziele von WELLMA 2 (WELLMADNA) • Anwendung und weitere Optimierung der neuen Nachweismethoden
kommerzielles Kit zum Nachweis? • Korrelation der mikrobiologischen Daten mit Daten zur Betriebsweise der Brunnen
Vorschläge zu veränderter Betriebsweise
Vorschläge für neue (biologische) Reinigungskonzepte

Danksagung • BWB (auch Beteiligung an weiteren BMBF Projekten) • KWB • Dr. Burga Braun