Molecular analyses of bacterial communities in drinking water and biofilms - seasonal dynamics, viability and community composition of cold and hot water

Henne, Karsten

Obwohl die üblichen Aufbereitungsmaßnahmen alle schädlichen Mikroorganismen eliminieren wollen, erreicht die Wasserqualität beim Endverbraucher nicht dieselbe Qualität wie nach der Wasseraufbereitung. Trinkwasser bietet immer noch einen Lebensraum für eine nachwachsende Mikroflora. Die Zielsetzung dieser Dissertation war, Einblicke in die bakteriellen Gemeinschaften von Trinkwasser und seinen assoziierten Habitaten (z.B. Biofilme, Heißwasser) zu bekommen. Dazu war die Fragestellung, welche Umweltfaktoren die Präsenz und die Aktivität der Mitglieder dieser bakteriellen Gemeinschaften beeinflussen und welche Interaktionen zwischen diesen Gemeinschaften existieren. In den ersten beiden Teilen der Dissertation untersuchten wir die bakterielle Dynamik im Trinkwasser innerhalb von 18 Monaten. Mit SSCP-Fingerprints und dem Sequenzieren der Hauptbanden wurde die saisonale Dynamik der bakteriellen Gemeinschaft und ihrer Aktivität im kalten und heißem Trinkwasser des Campus des Helmholtzzentrums für Infektionsforschung untersucht. Durch die Relation zu den meteorologischen Daten des Einzugsgebiets der Talsperren wurde für das kalte Trinkwasser gezeigt, dass die Bakterienzahl und -aktivität hauptsächlich durch den Niederschlag beeinflußt wurde. Im heißen Trinkwasser fanden sich primär thermophile und thermotolerante Bakterien. Im dritten Teil wurde eine detaillierte Analyse der bakteriellen Gemeinschaft in Trinkwasser-Biofilmen und dem dazugehörigen Wasser untersucht. Alle Biofilme zeigten eine eigene, einzigartige Struktur ohne gemeinsame Phylotypen zum Trinkwasser. Trotz unterschiedlichen Oberflächenmaterials wiesen benachbarte Biofilme ähnliche bakterielle Gemeinschaften auf. Im vierten Teil wurde untersucht, welche Bakterien lebendig im Trinkwasser zu finden sind. Hierzu wurde ein kombinierter Ansatz aus Lebend/Tot-Färbung und Durchflußzytometrie verwendet. Dieser Ansatz ermöglichte eine Einschätzung des physiologischen Zustandes der bedeutenden taxonomischen Gruppen.

Although water treatment and disinfection measures aim at eliminating all harmful mircroorganisms, the water quality at the customer tap does not necessarily provide the same quality as the water leaving the waterworks facility. It still provides an environment for a regrowing microflora. The objective of the present thesis was to get insights into the bacterial drinking water communities and their associated habitats (e.g biofilms and hot water). Therefore, it is of relevance, which environmental factors are influencing the presence and activity of the members of these communities and what interactions exist between these communities. In the first two parts of the thesis we investigated the bacterial dynamics in the drinking water of Braunschweig, Germany, over the timeframe of 18 month. Using SSCP-fingerprints and sequencing major bands we analysed the seasonal dynamics of the community composition and its activity of cold and hot drinking water ot the the campus of the Helmholtz Centre for Infection Research (HZI) in relation to meteorological data of the catchment area. For cold drinking water it was demonstrated that the precipitation was the major impact influencing the amount and activity of bacteria. The hot drinking was mainly composed of thermophilic and thermotolerant bacteria. In the third part a detailed analysis of the bacterial community in biofilms and corresponding bulk water was done. The bacteria in all biofilm samples showed a highly different structure with no overlap to the phylotypes observed in bulk water. Biofilms sampled on nearby sampling points showed similar communities in spite of different support materials. In the fourth part we investigated which bacterial species are present in drinking water. Therefore a combination of Live/Dead-staining, FACS and community fingerprinting was used for the analysis of drinking water samples. The developed approach enabled the assessment of the physiological state of taxonomic groups of interest.

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Henne, Karsten: Molecular analyses of bacterial communities in drinking water and biofilms - seasonal dynamics, viability and community composition of cold and hot water. 2012.

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