Effekte von Sulfadiazin-belasteten Schweinegüllen auf die Abundanz und Transferabilität von Antibiotikaresistenzgenen in bakteriellen Bodengemeinschaften

Kopmann, Christoph

In dieser Arbeit wurden die Effekte von Sulfadiazin-belasteten Schweinegüllen auf die Abundanz und Transferabilität von SDZ-Resistenzgenen in bakteriellen Bodengemeinschaften in der Rhizosphäre und im nicht-durchwurzelten Boden untersucht. Im Mesokosmosversuch konnten wir zeigen, dass der Eintrag von Schweinegülle sowie von Sulfadiazin (SDZ)-belasteter Schweinegülle die Abundanz und Transferabilität der SDZ-Resistenzgene erhöht. Die Abundanz der SDZ-Resistenzgene (sul1 und sul2) wurde durch quantitative PCR-Analysen von Gemeinschafts-DNA aus den entsprechenden Proben ermittelt. Die Transferabilität der SDZ-Resistenzgene wurde durch exogene Plasmidisolierung ermittelt. Im Feldversuch untersuchten wir die Effekte von Gülle SDZ-behandelter Schweine im Vergleich zu Gülle unbehandelter Schweine auf die Abundanz und Transferabilität von SDZ-Resistenzgenen in bakteriellen Bodengemeinschaften über einen Zeitraum von 175 Tagen. Dieser Versuch zeigte ebenfalls eine erhöhte Abundanz der Resistenzgene sul1 und sul2 im Boden, der mit SDZ-belasteter Gülle behandelt wurde. Eine Akkumulation von sul1 und sul2 nach wiederholter Begüllung konnte im Feldversuch nicht gezeigt werden, stattdessen nahm die Abundanz der Resistenzgene bei wiederholter Begüllung über die Zeit wieder ab. Das erhöhte Nährstoffaufkommen in der Rhizosphäre fördert das mikrobielle Wachstum, was möglicherweise den Effekt des bakteriostatisch wirkenden SDZ sowie den horizontalen Gentransfer verstärkt. Zur Untersuchung des Einflusses der Rhizosphäre auf die Abundanz und Transferrate von Resistenzgenen wurden Mais und Gras als Modellsysteme ausgewählt, da sie typischerweise begüllte Pflanzen darstellen. Die Arbeit zeigte, dass die SDZ-Resistenzgenabundanz vor und nach der SDZ-Inokulation in der Rhizosphäre geringer ist als im nicht durchwurzelten Boden. In unseren Experimenten wurde überwiegend eine Plasmidgruppe gefunden, die eine SDZ-Resistenz über die sul-Gene vermitteln. Das Plasmid pHHV216 (sul 2) gehört zu der Gruppe von „Low GC-Plasmiden“, die einen sehr niedrigen GC-Gehalt aufweisen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde durch Mikrokosmosexperimente gezeigt, dass sich dieses Plasmid bei Selektionsdruck durch SDZ im Boden anreichern. Des Weiteren wurde ein Ansatz durchgeführt, der einige der möglichen Wirte des pHHV216-Plasmids Im Boden identifiziert.

In this work the effects of sulfadiazine loaded pig manure were analyzed for the abundance and transferability of Sulfadiazine-resistance genes in bacterial communities in the rhizosphere soil and non-rooted soil. In mesocosm experiment, we were able to show that the entry of pig manure and of sulfadiazine (SDZ) -loaded pig manure increased the abundance and transferability of SDZ-resistance genes. The abundance of SDZ-resistance genes (sul1 and sul2) was determined by quantitative PCR analyzes of total community DNA from the corresponding samples. The transferability of SDZ-resistance genes was determined by exogenous plasmid isolation. In field trials, we investigated the effects of manure SDZ-treated pig slurry compared to untreated pigs on the abundance and transferability of SDZ-resistance genes in bacterial soil communities over a period of 175 days. This experiment also showed an increased abundance of the resistance genes sul1 and sul2 in the soil which has been treated with SDZ-loaded slurry. An accumulation of sul1 and sul2 after repeated manuring could not be demonstrated in field trials, instead the abundance of resistance genes decreased over the time even with repeated manuring. Plants give up to 50% of the assimilated carbon in the form of root exudates from the roots to the soil. This increased nutrients promotes occurrence in the rhizosphere microbial growth, potentially enhances the effect of the bacteriostatic SDZ and the horizontal gene transfer. To investigate the influence of the rhizosphere on the abundance and transfer rate of resistance genes corn and grass were chosen as model systems because they are typically manured plants. The work showed that SDZ-resistance gene abundance before and after SDZ-inoculation in the rhizosphere is less than in the non-rooted soil. In our experiments, a plasmid group was predominantly found mediate SDZ resistance on sul genes. Plasmid pHHV216 (sul2) belongs to the group of "low GC-plasmids", which have a very low GC content. In the last part of this work has been demonstrated by microcosm experiments that this plasmid accumulate in the same soil of the field experiment at selective pressure by SDZ, and thus it was proved that it can mediate SDZ resistance in bacterial soil communities. Furthermore, an approach has been carried out, to identify the possible natural hosts of pHHV216 plasmid in the soil.

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Kopmann, Christoph: Effekte von Sulfadiazin-belasteten Schweinegüllen auf die Abundanz und Transferabilität von Antibiotikaresistenzgenen in bakteriellen Bodengemeinschaften. 2015.

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