Bressler, Daniel:

Einistung von Pseudomonas aeruginosa in Trinkwasserbiofilme

Duisburg, Essen (2009), 5, 200 Bl.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie » Biofilm Center
Flemming, Hans-Curt (Doktorvater, Betreuerin)
Sand, Wolfgang (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Biofilme gelten als mögliches Reservoir für hygienisch relevante Mikroorganismen in Trinkwassersystemen. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, unter welchen Bedingungen sich solche Mikroorganismen einnisten und persistieren können, und zwar in Abhängigkeit von den extrazellulären polymeren Substanzen (EPS). Diese Untersuchungen wurden anhand verschiedener Stämme von Pseudomonas aeruginosa durchgeführt. Um den Einfluss der EPS zu prüfen, wurden 2 mucoide, 4 nicht-mucoide und 2 Lektin-Defekt-Mutanten eingesetzt.

Zunächst galt es, die Methode der EPS-Isolierung zu optimieren. Ein Ansatz beruht auf der Entfernung verbrückender Kationen durch Verwendung eines Kationenaustauschers. Verglichen wurde dies mit weiteren Methoden, z. B. der Behandlung mit Formaldehyd und NaOH sowie der Dispergierung ohne weitere Hilfsmittel. Diese Untersuchungen wurden an Biofilmproben aus Fließgewässern, Lysimetern sowie von Langsamsandfiltern der Trinkwasser-Aufbereitung und Biofilmen aus der Papierherstellung durchgeführt und hinsichtlich der EPS-Ausbeute verglichen. Es zeigte sich, dass die Kationenaustauscher-Methode mehr erbrachte als allein durch Dispergierung gewonnen werden konnte, wobei eine Zellschädigung nicht zu erkennen war. Diese wurde durch Auftreten des strikt intrazellulär vorkommenden Enzyms Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase geprüft. Bei der Verwendung von Formaldehyd und NaOH wurde bei Umweltproben ein deutlich höherer Anteil an Kohlenhydraten und Huminstoffen gefunden, allerdings konnte Zellschädigung hier nicht geprüft werden, weil Formaldehyd/NaOH den Nachweis stören. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde die Kationenaustauscher-Methode verwendet. Das Verfahren wurde erfolgreich für kleine Probenvolumina (5 - 25 ml) miniaturisiert.

Die Untersuchung der Einnistung von P. aeruginosa in Trinkwasserbiofilme wurde dadurch erschwert, dass Kupfer in geringer Konzentration (ca. 80 μg/l) im Trinkwasser des Labors vorhanden ist. Dieser Einfluss konnte durch Komplexierung des Kupfers aufgehoben werden. Es zeigte sich, dass sich alle 8 Teststämme in den
Trinkwasserbiofilmen etablieren konnten (Größenordnung 10E6 KBE/cm2) und dort für mindestens 7 Tage persistierten. Ein direkter Einfluss der EPS der verschiedenen P. aeruginosa-Stämme darauf war nicht zu erkennen. Einen Einfluss auf die Einnistung hatten aber sowohl die Zelldichte im Inokulum als auch der physiologische Zustand von P. aeruginosa. Wenn die Zellen von P. aeruginosa sich im Hungerzustand befanden, war eine deutlich geringere Einnistung erkennbar. Mittels
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) konnte gezeigt werden, dass die Verteilung der Organismen im Biofilm sehr heterogen war. Interessanterweise beeinflussten die eingenisteten Organismen die EPS des Trinkwasserbiofilms. Mucoide Stämme führten zu einer mechanischen Destabilisierung dieses Biofilms. Ein klarer Einfluss
auf den Protein-Gehalt der EPS war zu erkennen. Während der nicht exponierte Biofilm ca. 4 μg/cm2 Protein enthielt, waren nach der Einnistung eines mucoiden Stammes ca. 10 μg/cm2 vorhanden. Bei einem nicht-mucoiden Stamm war eine ähnliche Tendenz vorhanden, aber weniger stark.

Es lässt sich daher feststellen, dass sich sowohl mucoide als auch nicht-mucoide P. aeruginosa-Stämme in Trinkwasserbiofilme einnisten und dort für mindestens 7 Tage unter stagnierenden Bedingungen persistieren können. Dabei werden die EPS des Biofilms eindeutig beeinflusst. Daraus ist zu schließen, dass die Einnistung von P. aeruginosa zu physiologischen Veränderungen des Trinkwasserbiofilms führt.

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