Analyses of microbial communities at biogeochemical interfaces and their interaction with organic pollutants in soil

Ding, Guo-chun

To study the responses of soil indigenous microbial communities to persistent organic pollutants, the Eutric Cambisol (60°N, 17°E) and the Luvisol (48°N, 11°E) were spiked with the model polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) substrate phenanthrene and incubated at room temperature. Total community DNA was extracted from samples collected at day 0, 21 and 63 and used for further molecular analysis. Soil type-dependent responses to phenanthrene were revealed by determining the diversity and abundance of polycyclic aromatic hydrocarbon ring-hydroxylating dioxygenase genes using a novel PCR detection system. By GeoChip, phenanthrene spiking of pristine soils was found facilitate the detection of bacterial functional genes. New incP-9 plasmids which might not be involved in PAH degradation was present in both soil samples as uncovered by a novel PCR detection system in conjunction with Southern blot. Diverse, dynamic, common and soil-type specific bacterial responses to phenanthrene spiking in two different pristine soils were illustrated by DGGE and bar coded pyrosequencing analyses of 16S rRNA gene fragments. A novel pipeline was constructed for processing large sequence datasets.

In dieser Studie wurde die Reaktion mikrobieller Gemeinschaften in Böden auf persistente organische Schadstoffe untersucht. Dazu wurde ein eutrischer Cambisol (60°N, 17°E) und ein Luvisol (48°N, 11°E) mit Phenanthren versetzt, das in dieser Studie als Modellsubstanz für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) verwendet wurde und bei Raumtemperatur inkubiert. Die Probenahme mit anschließender Extraktion der Gesamt-DNA der mikrobiellen Gemeinschaften und weiterer molekularbiologischer Analyse erfolgte an Tag 0, 21 und 63. Durch die Bestimmung der Diversität und Abundanz der Dioxygenasegene zum Abbau polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe konnten je nach Bodentyp unterschiedliche Reaktionen auf Phenanthren festgestellt werden. Weiterhin konnte mittels GeoChip gezeigt werden, dass die Zugabe von Phenanthren zu unberührtem Boden ohne Kontaminationshintergrund die Detektion funktioneller Bakteriengene fördert. Mittels eines neuen PCR-Detektionssystems in Verbindung mit der Southern Blot-Methode konnte gezeigt werden, dass neue IncP-9 Plasmide in beiden Böden vorhanden waren, die möglicherweise nicht am PAK-Abbau beteiligt sind. Verschiedene, dynamische, allgemeine sowie bodenabhängige Reaktionen der bakteriellen Gemeinschaften auf Phenanthren in den zwei unberührten Böden konnten durch DGGE und Pyrosequenzierung der 16S rRNA-Genfragmente veranschaulicht werden. Des Weiteren wurde ein neues System für die Prozessierung großer Sequenzdaten konstruiert. Die durchgeführten Untersuchungen sind sowohl Hilfsmittel als auch Lieferant wichtiger Informationen für ein Verbundprojekt, dessen Ziel es ist, mit Hilfe artifizieller Böden die Bildung biogeochemischer Grenzflächen zu simulieren sowie den Einfluss der Mineralienzusammensetzung und von Holzkohle auf die Eigenschaften biogeochemischer Grenzflächen zu untersuchen. Mit sieben artifiziellen Böden wurde ein batch-Experiment durchgeführt. Diesen Böden wurde zuvor steriler Dünger zugesetzt und es wurde eine Inokulierung mit einer mikrobiellen Gemeinschaft vorgenommen, die aus dem Cambisol extrahiert wurde. Die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft, die sich in den artifiziellen Böden etabliert hat, wurde mittels DGGE und Pyrosequenzierung der 16S rRNA-Genamplikons analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Minerale als auch die Holzkohle die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen.

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Ding, Guo-chun: Analyses of microbial communities at biogeochemical interfaces and their interaction with organic pollutants in soil. 2011.

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