Title (eng)
Ecophysiological investigation of nitrite-oxidizing bacteria of the genus Nitrospira
Parallel title (deu)
Ökophysiologische Untersuchung von Nitritoxidierenden Bakterien des Genus Nitrospira
Author
Hanna Koch
Advisor
Michael Wagner
Assessor
Michael Wagner
Abstract (deu)
Nitritoxidierende Bakterien (NOB) führen den zweiten Schritt der Nitrifikation, die Oxidation von Nitrit zu Nitrat durch, welcher von dem membranassozierten Enzym der NOB, der Nitritoxidoreduktase (Nxr) katalysiert wird. Die Nxr besteht aus mindestens zwei Untereinheiten, der nitritoxidierenden α-Unterheit und der kleineren β-Untereinheit, welche vom nxrAB-Operon kodiert werden.
Der Hauptaugenmerk dieser Studie lag auf der ökophysiologischen Untersuchung von NOB des Genus Nitrospira in unterschiedlichen Habitaten. In dieser Studie wurde das Schüsselenzym der Nitritoxidation, die Nxr, auf unterschiedlichen Ebenen –auf RNA-, DNA- und Proteinebene – analysiert. Es wurde eine heterologe Expression des nxrAB-Operon, sowie des nxrA Genes des Candidatus Nitrospira defluvii durchgeführt, die zur Bildung von Proteinaggregaten führte. Weiters wurde das Potential des nxrA-Gens, welches die Nxr α-Untereinheit kodiert, als Marker für die Phylogenie innerhalb des Genus Nitrospira untersucht. Durch den Einsatz von nxrA als neues mögliches phylogenetisches Marker-Gen konnten Vertreter der Nitrospira sublineage I, die als typische Kläranlagenorganismen gelten, in Boden aufgefunden werden. Weiters wurde die bakterielle Diversität innerhalb einer vereinzelten Klärschlammflocke mit Hilfe der Kombination zweier Methoden, FISH gekoppelt an Mikromanipulation, erforscht. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde Klärschlamm inkubiert, um eine Anreicherung von Nitrospira sublineage II Organismen zu erreichen. Allerdings führte diese Inkubation zu keiner erfolgreichen Anreicherung von Nitrospira sublineage II. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Notwendigkeit zukünftiger Untersuchungen, um weitere Einblicke in die Ökophysiologie dieser langsam wachsenden Bakteriengruppe zu erhalten, mit dem Ziel, Klärprozesse weiter optimieren zu können.
Abstract (eng)
The oxidation of nitrite to nitrate, is performed by nitrite-oxidizing bacteria (NOB). This oxidation is catalyzed by the membrane-associated enzyme nitrite oxidoreductase (Nxr), which consists at least two subunits, the large α-subunit and the small β-subunit, encoded by the nxrAB gene operon.
The focus of this study lies on the ecophysiological investigation of NOB of the genus Nitrospira in various environments. In this thesis the key enzyme of nitrite oxidation, Nxr, was investigated on protein-, on DNA- and RNA-level, by heterologous expression of the nxrAB operon as well as the nxrA gene alone, by investigation of the potential of the nxrA gene as phylogenetic and functional maker gene of the genus Nitrospira, by micromanipulation of activated sludge flocs for bacterial diversity studies and by enrichment of Nitrospira sublineage II. The heterologous expression of both the nxrAB operon and the nxrA gene led to the formation of inclusion bodies. Expression analysis of the two copies of nxrA in the Nitrospira sublineage I genomes in the main WWTP of Vienna showed that only one of these gene duplicates was expressed during the sampling time point.
Although former studies showed that Nitrospira sublineage II seems to be better adopted to low-nitrite concentrations than sublineage I, the incubation experiment in this study did not lead to a successful enrichment of members of Nitrospira sublineage II.
All these results show that prospective studies are needed to gain more insights into the ecophysiology of these slow-growing organisms to be able to optimize wastewater treatment processes.
Keywords (eng)
Nitrospiranitrit oxidoreductasemicromanipulationenrichmentheterlogous expression
Keywords (deu)
NitrospiraNitritoxidoreduktaseMikromanipulationAnreicherungheterologe Expression
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1261682
rdau:P60550 (deu)
123 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
123
Association (deu)
Title (eng)
Ecophysiological investigation of nitrite-oxidizing bacteria of the genus Nitrospira
Parallel title (deu)
Ökophysiologische Untersuchung von Nitritoxidierenden Bakterien des Genus Nitrospira
Author
Hanna Koch
Abstract (deu)
Nitritoxidierende Bakterien (NOB) führen den zweiten Schritt der Nitrifikation, die Oxidation von Nitrit zu Nitrat durch, welcher von dem membranassozierten Enzym der NOB, der Nitritoxidoreduktase (Nxr) katalysiert wird. Die Nxr besteht aus mindestens zwei Untereinheiten, der nitritoxidierenden α-Unterheit und der kleineren β-Untereinheit, welche vom nxrAB-Operon kodiert werden.
Der Hauptaugenmerk dieser Studie lag auf der ökophysiologischen Untersuchung von NOB des Genus Nitrospira in unterschiedlichen Habitaten. In dieser Studie wurde das Schüsselenzym der Nitritoxidation, die Nxr, auf unterschiedlichen Ebenen –auf RNA-, DNA- und Proteinebene – analysiert. Es wurde eine heterologe Expression des nxrAB-Operon, sowie des nxrA Genes des Candidatus Nitrospira defluvii durchgeführt, die zur Bildung von Proteinaggregaten führte. Weiters wurde das Potential des nxrA-Gens, welches die Nxr α-Untereinheit kodiert, als Marker für die Phylogenie innerhalb des Genus Nitrospira untersucht. Durch den Einsatz von nxrA als neues mögliches phylogenetisches Marker-Gen konnten Vertreter der Nitrospira sublineage I, die als typische Kläranlagenorganismen gelten, in Boden aufgefunden werden. Weiters wurde die bakterielle Diversität innerhalb einer vereinzelten Klärschlammflocke mit Hilfe der Kombination zweier Methoden, FISH gekoppelt an Mikromanipulation, erforscht. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde Klärschlamm inkubiert, um eine Anreicherung von Nitrospira sublineage II Organismen zu erreichen. Allerdings führte diese Inkubation zu keiner erfolgreichen Anreicherung von Nitrospira sublineage II. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Notwendigkeit zukünftiger Untersuchungen, um weitere Einblicke in die Ökophysiologie dieser langsam wachsenden Bakteriengruppe zu erhalten, mit dem Ziel, Klärprozesse weiter optimieren zu können.
Abstract (eng)
The oxidation of nitrite to nitrate, is performed by nitrite-oxidizing bacteria (NOB). This oxidation is catalyzed by the membrane-associated enzyme nitrite oxidoreductase (Nxr), which consists at least two subunits, the large α-subunit and the small β-subunit, encoded by the nxrAB gene operon.
The focus of this study lies on the ecophysiological investigation of NOB of the genus Nitrospira in various environments. In this thesis the key enzyme of nitrite oxidation, Nxr, was investigated on protein-, on DNA- and RNA-level, by heterologous expression of the nxrAB operon as well as the nxrA gene alone, by investigation of the potential of the nxrA gene as phylogenetic and functional maker gene of the genus Nitrospira, by micromanipulation of activated sludge flocs for bacterial diversity studies and by enrichment of Nitrospira sublineage II. The heterologous expression of both the nxrAB operon and the nxrA gene led to the formation of inclusion bodies. Expression analysis of the two copies of nxrA in the Nitrospira sublineage I genomes in the main WWTP of Vienna showed that only one of these gene duplicates was expressed during the sampling time point.
Although former studies showed that Nitrospira sublineage II seems to be better adopted to low-nitrite concentrations than sublineage I, the incubation experiment in this study did not lead to a successful enrichment of members of Nitrospira sublineage II.
All these results show that prospective studies are needed to gain more insights into the ecophysiology of these slow-growing organisms to be able to optimize wastewater treatment processes.
Keywords (eng)
Nitrospiranitrit oxidoreductasemicromanipulationenrichmentheterlogous expression
Keywords (deu)
NitrospiraNitritoxidoreduktaseMikromanipulationAnreicherungheterologe Expression
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1261683
Number of pages
123
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