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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Fachgebiet Pflanzenphysiologie  → Dissertationen 

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Title: Biofilmbildung bei Pflanzen-assoziierten Bakterien der Gattung Methylobacterium und molekulargenetisch-physiologische Charakterisierung eines neuen Marchantia-Isolats (Mtb. sp. JT1)
Authors: Schauer, Stefan
???metadata.dc.subject.swd???: MethylobacteriumBiofilmMikrobiologieEpiphytenMolekularbiologie
???metadata.dc.subject.ddc???: 570 - Biowissenschaften, Biologie (Life sciences)
Issue Date: 27-Jul-2009
Abstract: Bakterien existieren bevorzugt in Biofilmen. Das Zusammenleben in diesen Gemeinschaften bietet den einzelnen Mikroben einen wirksamen Schutz und ermöglicht die Ausbildung langfristiger, synergistischer Wechselwirkungen, die mit multizellulären Systemen verglichen werden können. Biofilme bestehen aus Mikrooganismen-Populationen, die sich an Grenzflächen ansammeln und typischerweise von einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen umgeben sind. Auch auf Pflanzen-Oberflächen bilden viele Bakterien Biofilme, um ihre Überlebenswahrscheinlichkeit zu erhöhen. In dieser Arbeit wurde die Biofilmbildung bei Pflanzen-assoziierten Bakterien der Gattung Methylobacterium (Mtb.) untersucht, wobei molekular- und mikrobiologische sowie mikroskopische Techniken eingesetzt wurden. Es zeigte sich, dass alle untersuchten Vertreter der Gattung Methylobacterium in unterschiedlichem Ausmaß Biofilme bilden. Die Ausprägung ist dabei Taxon (bzw. Isolat)-spezifisch und vor allem von der Stickstoff-Verfügbarkeit abhängig. Jedoch spielen auch andere Umweltfaktoren, wie die Versorgung der Zellen mit Phosphat und die Zelldichte, bei der Ausbildung der überzellulären Einheiten eine wichtige Rolle. Die Matrix der Biofilme wird meist durch ein fibrilläres Netzwerk gebildet. Dabei handelt es sich um Heteropolysaccharide, die von den Bakterien synthetisiert und sezerniert werden. Einige Isolate bilden zusätzlich zahlreiche Fimbrien (Auswüchse), durch die sie an andere Zellen oder Oberflächen binden können. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden mehrere neue Methylobacterium-Isolate physiologisch und molekulargenetisch charakterisiert (Nährstoffverwertung, DNA-Sequenzen verschiedener Gene, phylogenetische Analysen usw.). Im Vordergrund stand hierbei der von einer urtümlichen Landpflanze, dem Lebermoos (Marchantia polymorpha), isolierte Stamm Mtb. sp. JT1. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede in der Morphologie und Physiologie des Bakterienstamms JT1 und dem nahe verwandten Stamm 5b.2.20 zu den bereits beschriebenen Taxa der Gattung, so dass eine Spezies-Neubeschreibung erforderlich war. Als Artname wurde aufgrund der außergewöhnlichen Oberflächenstrukturen Mtb. fimbriae sp. nov. eingeführt. Auch andere Methylobakterien (unter anderem Isolat Mtb. sp. F3.2, isoliert vom Laubmoos Funaria hygrometrica) stellen wahrscheinlich Vertreter einer neue Spezies dar (Artname Mtb. funariae sp. nov.). Jedoch zeigen Mtb. fimbriae und Mtb. funariae nur geringe physiologische und morphologische Unterschiede und konnten auf Grundlage umfassender DNA-DNA-Hybridisierungs-Studien nicht eindeutig voneinander abgegrenzt werden.Most bacteria prefer to live in biofilms. The coexistence in these microbial-communities provides an efficient protection and allows the establishment of long-term, synergistic interactions between prokaryotes, which are analogous to those established in multicellular systems. Biofilms are populations of microorganisms that accumulate at interfaces and typically surrounded by a matrix of extracellular polymeric substances. Plant-associated bacteria also establish biofilms on surfaces (such as epidermal cells) to increase their chance of survival. The aim of this work was to investigate the formation of biofilms by bacteria of the genus Methylobacterium (Mtb.) , using a variety of microbiological, microscopic and molecular techniques. The results show that all representative taxa of the genus Methylobacterium investigated form biofilms to varying degrees. The establishment of biofilms is isolate-specific and a function of the availability of nitrogen. In addition, other factors, such as the availability of phosphate as well as cell density, are important in the production of these super-cellular systems. The biofilm-matrix is mostly formed by a fibrous network. The fibres are composed of heteropolysaccharides, which are synthesized and excreted by the bacteria. Some taxa have numerous fimbriae on their cell-membrane, by which they can bind to other cells or surfaces. In the second part of this work, several new Methylobacterium isolates were characterized physiologically and by molecular techniques (DNA sequencing, phylogenetic trees etc.). Of peculiar interest was strain Mtb. sp. JT1, isolated from an ancient land plant, the liverworth Marchantia polymorpha. Isolate Mtb. sp. JT1 and the closely related strain 5b.2.20 showed significant differences in morphology and physiology with respect to the described type strains of the genus Methylobacterium, which justifies a species description. A species name was chosen with reference to the unique surface structure of the strain (Mtb. fimbriae sp. nov.). Strain Mtb. sp. F3.2 (isolated from the moss Funaria hygrometrica) may also represent a new bacterial species (Mtb. funariae sp. nov.). However, Mtb. fimbriae and Mtb. funariae display few physiological and morphological differences and could not be unequivocally distinguished from each other by a series of DNA-DNA-hybridizatition experiments.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2009072729176
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