Brill, Florian Holger Hubert:

Mikrobielle Besiedlung und Materialzerstörung von Gummimaterialien in wasserführenden Systemen

Duisburg, Essen (2010), 129 Bl.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie » Biofilm Center
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
In wasserführenden Systemen wie Trink- und Abwassertransportleitungen werden Gummi-Dichtungen als zentrales Bauelement eingesetzt. Bezüglich der chemischen und mikrobiellen Beständigkeit sind diese Dichtungsmaterien eine Schwachstelle in den Rohrleitungssystemen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gummi ein Naturstoff bzw. in seiner synthetischen Form ein naturverwandtes Material ist. Solche Materialien sind potenziell anfällig für mikrobielle Besiedlung und Materialzerstörung.

Um zu untersuchen, ob synthetische Gummimaterialien mikrobiell besiedelt und zerstört werden können, wurden verschiedene praxisrelevante Laborversuche entwickelt und durchgeführt. Als Testmaterialien kamen dabei Gummimaterialien dreier Industrieunternehmen zum Einsatz, die zur Herstellung von Dichtungen für Trink- und Abwassertransportsystemen eingesetzt werden. Es wurden Oberflächenbewuchs- und Hemmstoffversuche sowie Anheftungsversuche durch geführt. Die Visualisierung angehefteter Zellen erfolgte mittels Atomic Force Microscopy (AFM = Rasterkraftmikroskopie) und Fluoreszenzmikroskopie. Es wurden Wachstumsversuche mit Gummi als einziger Energie- und Kohlenstoffquelle durchgeführt und von den mit Gummi angezüchteten Bakterien Fettsäurespektren aufgenommen. Außerdem erfolgten Abbauversuche mit den verschiedenen Gummimaterialien

Die Resultate dieser Untersuchungen sind nachfolgend zusammengefasst:
- Gummi abbauende Mikroorganismen können quantitativ an verschiedene praxisrelevante Gummimaterialien anheften. Zum ersten Mal konnten Gummi abbauende Mikroorganismen (Gordonia westfalica, Gordonia polyisoprenivorans) mit dem AFM visualisiert werden, die an verschiedene Gummimaterialien angeheftet waren.

- Es wurde nachgewiesen, dass verschiedene Mikroorganismen mit Gummi als einziger Energie- und Kohlenstoffquelle wachsen können und hierbei typische Wachstumsverläufe mit logarithmischer Wachstumsphase, Plateauphase sowie Absterbephase zeigen.

- Erstmals wurde eine DGGE-basierte molekularbiologische Kulturkontrolle artifizieller Bakterienkonsortien aus vier Mikrooganismenspezies während des Gummiabbaus mit Gummi als einziger Energie- und Kohlenstoffquelle etabliert

- Von dem Gummi abbauenden Bakterium Gordonia polyisoprenivorans wurden zum ersten Mal Fettsäurespektren während des Wachstums mit synthetischem Gummi als einziger Energie- und Kohlenstoffquelle aufgenommen. Dieses Spektrum unterschied sich signifikant von Spektren, die von Bakterienkulturen aufgenommen wurden, die mit einer leicht verfügbaren Kohlenstoff- und Energiequelle wie Glukose angezüchtet worden sind. Diese Resultate zeigen, dass sich der mikrobielle Stoffwechsel an die Anforderungen des Gummiabbaus adaptieren konnte.

- Erstmals konnte mikrobieller Abbau von vulkanisierten, synthetischen Gummimaterialien mit praxisrelevanten Testmaterialien nachgewiesen werden. Es wurden statistisch signifikante Gewichtsreduktionen innerhalb von 3 Monaten von bis zu 10 % nachgewiesen. Die Abbauraten sind organismen- und materialabhängig deutlich unterschiedlich. Die Ergebnisse zeigen, dass Bakterien aus der Familie der Actinomyceten z. B. Gordonia polyisoprenivorans aber auch der bekannte Infektionserreger Pseudomonas aeruginosa und der Schimmelpilze Aspergillus tamarii synthetische Gummimaterialien wie EPDM und SBR abbauen können.

- Es wurde außerdem aus Trinkwasser mit Gummi als einziger Energie- und Kohlenstoffquelle das human-pathohene Bakterium Roseomonas mucosa isoliert.