Diversität von psychrophilen sulfatreduzierenden und thermophilen sporenbildenden Mikroorganismen im arktischen Meeressediment vor Spitzbergen

• Main Author: Lebherz-Eichinger, Diana
• Format: Thesis
• Language: German
• Published: (:none) 2009
• Subjects: Arctic; Smeerenburgfjorden; Svalbard; Van Mijenfjorden; Arktis*; Smeerenburgfjord*; Spitzbergen
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.8194; https://othes.univie.ac.at/8194/

Since 90 % of the marine sediment has a temperature below 4 °C it is a very important habitat for microorganisms. It was possible to gain insight into the diversity of sulfate reducing bacteria (SRB) in this habitat by analysing DsrAB-sequences. The comparison of two different fjord sediments on the west coast of Svalbard in the Arctic showed differences in the phylogeny of SRB. Most (67 %) of the sequences obtained from the northern Smeerenburgfjorden sediment (station J), showed no affinity to cultivated SRB and generated a monophyletic, deeply branching group within the tree. However, the majority the sequences (52 %) obtained from sediment of the southern van Mijenfjorden (Station AH) were related to the Deltaproteobacteria. Another aim of this study was the phylogenetic analysis and quantification of thermophilic, spore-forming microorganisms obtained from two incubations of arctic sediment at 50 °C. Volatile fatty acids (VFA) were added to one incubation at the beginning of the experiment. The quantification of the SRB showed an increase of 16S-rRNA gene abundance at the beginning of incubation. After this the gene abundance remained constant. Initial adding VFA seemed to have no effect on the growth rate but on the metabolic activity of the bacteria. The phylogenetic analysis showed that most of the sequences (54 %) - amplified with general 16S-rRNS-primers - belong to the class Clostridia. 20 % of all sequences grouped within the genus Desulfotomaculum, which are able to form endospores and are assumed to cause the increase of sulphate reduction at 50 °C. Moreover, sequences where identified which show a high similarity to bacteria of the genera Tepidibacter, Caloranaerobacter and Garciella. These lineages contain thermophilic microorganisms able to catabolize carbohydrates and proteins to VFA that serve as electron-donors for SRB. Some microorganisms of these genera are associated with oil reservoirs or hydrothermal vents, which may serve as sources for the thermophilic population in the arctic sediment. : Mehr als 90 % des Meeresbodens weist eine Temperatur von unter 4 ° C auf und stellt somit einen wichtigen Lebensraum für marine Mikroorganismen dar. Durch DsrAB-Stammbaumanalyse konnte ein Einblick in die Diversität von sulfatreduzierenden Mikroorganismen (SRM) in diesem Lebensraum gewonnen werden. Der Vergleich zweier mariner Standorte vor der Westküste von Svalbard ergab eine unterschiedliche phylogenetische Zusammensetzung. So bildeten die Mehrheit der gefundenen OTUs (67 % der Sequenzen) des Sediment des nördlicher gelegenen Smeerenburgfjorden (Station J) eine tiefzweigende, monophyletische Gruppe, welche keine Verwandtschaft zu kultivierbaren SRM aufwies, während der Großteil der erhaltenen OTUs (52 % der Sequenzen), isoliert aus dem Sediment von van Mijenfjorden (Station AH) den Deltaproteobacteria zugeordnet werden konnte. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Durchführung einer 16S-rRNS-Stammbaumanalyse sowie die Quantifizierung von sporenbildenden, thermophilen Mikroorganismen in arktischem Sediment, isoliert aus zwei Inkubationsreihen bei 50 °C mit, bzw. ohne initialer Zugabe von organischen Substraten. Die Quantifizierung von thermophilen SRM zeigte für beide Inkubationen nach einer anfänglichen Erhöhung der Gen-Abundanz, eine gleichbleibende Kopienzahl der DNS-Matrize für die restliche Inkubation. Die initiale Substratzugabe schien dabei keinen Einfluss auf das Wachstum der SRM, aber auf ihre metabolische Aktivität zu haben. Anhand der phylogenetische Analyse konnte die Mehrheit der Sequenzen (54 %), welche mit allgemeinen 16S-rRNS-Primern amplifiziert wurden, der Klasse der Clostridia zugeordnet werden. 20 % aller Sequenzen gruppierten dabei innerhalb der Gattung Desulfotomaculum, welche Vertreter beinhaltet, die in der Lage sind durch Endosporen extreme Bedingungen zu überdauern. Des Weiteren wurden Sequenzen identifiziert, welche eine hohe Sequenzähnlichkeit zu Vertretern der Gattungen Tepidibacter, Caloranaerobacter und Garciella aufwiesen. Diese Linien beinhalten thermophile Organismen, welche Kohlenhydrate und Proteine zu kurzkettigen freien Fettsäuren abbauen und somit SRM Elektronendonoren zu Verfügung stellen. Einige Vertreter dieser Linien sind mit Ölreservoirs oder heißen marinen Quellen assoziiert, welche möglicherweise den Ursprung der thermophilen Organismen in diesem Habitat darstellen.