Carbon Sharing in a 4-Chlorosalicylate Degrading Bacterial Consortium

Pawelczyk, Sonja

Ein 4-Chlorsalizylat (4-CS) abbauendes bakterielles Konsortium bildete die Grundlage fuer die Anwendung verschiedener Techniken zur Analyse verschiedener Fragestellungen in mikrobiellen Konsortien. Aufgrund einer Vielzahl an vorausgegangenen Studien bildete dieses Konsortium ein ideales Model um verschiedene Aspekte zu untersuchen. Die vier Mitglieder der 4-CS abbauenden Gemeinschaft, welche aus dem Sediment des Flusses Spittelwasser isoliert wurde, wurden anhand der Sequenzen ihrer 16S rRNS-Gene identifiziert. Dies ergab die groesste Uebereinstimmung mit folgenden Typstaemmen: Pseudomonas reinekei MT1, Wautersiella falsenii MT2, Achromobacter spanius MT3 und Pseudomonas veronii MT4. Zwei Mitglieder des Konsortiums, MT1 und MT4, wurden hinsichtlich des Einflusses des Stressfaktors Temperatur auf die Isotopenfraktionierung in der bakteriellen Biomasse, in ihren Amino- und Fettsaeuren hin untersucht. Die Kinetiken des Substrateinbaus in Reinkulturen dreier Mitglieder des Konsortiums –MT1, MT3 und MT4- wurde mit Hilfe von stabilen Isotopen und Isotopenverhaeltnismassenspektrometrie (IRMS) analysiert. Eine Proliferationsanalyse anhand von stammspezifischen DNS-Mustern wurde durchgefuehrt um einen Einblick in den Proliferationsstatus der einzelnen Mitglieder der Gemeinschaft waehrend des Abbaus von 4-CS zu erhalten. Um den Kohlenstofffluss innerhalb des bakteriellen Konsortiums aufzuklaeren wurde ein System entwickelt, welches sich dreierlei Methoden bedient: der Einsatz stabiler Isotopen, Durchflusszytometrie (DZ) und IRMS. Die Kombination dieser drei Techniken erlaubte so die Analyse der Kinetik der Substratverteilung in einer bakteriellen Gemeinschaft. Die Sensitivitaet dieser Kombination von Fettsauere-Isotopenmarkierung, Immunofloureszenz-Faerbung einzelner Mitglieder eines bakteriellen Konsortiums -z.B. mit immunohistochemischen Methoden wie FISH- und DZ erlaubt ihre Anwendung in der Analyse der funktionellen Diversitaet von mikrobiellen Gemeinschaften.

A 4-chlorosalicylate (4-CS) degrading bacterial consortium was the basis for the application of different techniques to elucidate different problems in microbial consortia. On the basis of many studies in the past decades this consortium delivers a perfect model community to dissect different aspects in such a well analysed system. The four bacterial members of the 4-CS degrading consortium isolated from the sediment of the creek Spittelwasser were identified by sequencing their 16S rRNA genes. This revealed the greatest homology towards following type strains: Pseudomonas reinekei MT1, Wautersiella falsenii MT2, Achromobacter spanius MT3 and Pseudomonas veronii MT4. Two members of the consortium, MT1 and MT4, were dissected towards the dependency of the stress factor growth temperature on the isotopic fractionation in the bacterial biomass, amino acids and fatty acids. The kinetics of substrate uptake in pure cultures of three members of the community -MT1, MT3 and MT4- were analysed by employing stable isotope probing (SIP) and isotopic ratio mass spectrometry (IRMS). To get an insight in the proliferation status of the individual members during the degradation of 4-CS a proliferation assay on the basis of DNA patterns was employed to the community. In order to reveal the carbon fluxes within the consortium a system was developed that involved SIP, fluorescence activated cell sorting and IRMS. The combination of those three well established techniques allowed the analysis of the kinetics of substrate sharing in bacterial consortia by the combination of three well established analytical techniques. The sensitivity of fatty acid-stable isotope probing in combination with fluorochromizing staining of individual members of bacterial consortia - such as immunohistochemistry methods or FISH – and FACS delivers a new tool in the analysis of functional diversity of microbial communities.

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Pawelczyk, Sonja: Carbon Sharing in a 4-Chlorosalicylate Degrading Bacterial Consortium. 2007.

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