Abschätzung des Abbaupotentials mikrobieller Biozönosen und Identifizierung der am organischen Abbau beteiligten Bakteriengruppen mittels Isotopenmassenspektrometrie (IRMS)

In der mikrobiellen Ökologie ist die Messung von stabilen Isotopen eine aussagekräftige Methode zur Aufklärung neuer Stoffwechselwege sowie zur Beschreibung verschiedener Mikroorganismengruppen in komplexen Gemeinschaften. Die Isotopenmassenspektrometrie ermöglicht nach Zugabe geringer Mengen 13C-markierten Substrats den Kohlenstofffluss in die bakterielle Zelle und seine Komponenten nachzuvollziehen. Die Analyse von Taxa-spezifischen Molekülen, sogenannte Biomarker wie Fettsäuren und Nukleinsäuren, verknüpft die Informationen von Struktur einer Biozönose mit der Funktion einzelner mikrobieller Gruppen. Innerhalb eines definierten bakteriellen Konsortiums in kontinuierlicher Kultur wurde mittels Isotopenanalyse von spezifisch separierten 23S-rRNA-Molekülen ein Pseudomonas-Stamm als Hauptabbauer von 4-Cl-Catechol identifiziert. In Biofilmen, welche direkt auf polychlorierten Biphenylen (PCB) aufwuchsen, konnte in einem polyphasischen Ansatz Stämme der Gattung Burkholderia als Abbauer bestimmt werden. In komplexem Belebtschlamm erfolgte die Metabolisierung von 4-Cl-Catechol und Phenol vorwiegend durch Gammaproteobakterien, jedoch von Histidin und Acetat durch hauptsächlich Gram-positive Bakterien. Die Isotopenanalyse von rRNA zusammen mit Biomarkern der Phospholipid-Fettsäuren konnte innerhalb definierter Grenzen nach Zugabe von 13C-markierter Substrate das Abbaupotential verschiedenster mikrobieller Biozönosen beschreiben. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination aus Biomarker-Molekülen und Isotopenmassenspektrometrie die Identifizierung der am Metabolismus beteiligten Bakteriengruppen und die Aufklärung von Nahrungsbeziehungen in situ.