Der Einfluss von Trockenheit, Vakuum und Gammastrahlung auf das Überleben thermophiler Mikroorganismen

Kurzfassung

Die Trockenresistenz verschiedener hitzeliebender Mikroorganismen zeigte unterschiedliche Ausprägungen und unterschritt unter den getesteten Bedingungen nach maximal drei Monaten ein nachweisbares Niveau. Je nach Organismus ergaben sich positive oder negative Abweichungen der Überlebensraten verglichen mit Beblo et al. (2009), worin sich die Komplexität des Phänomens Trockentoleranz zeigt. Weiterhin konnte ein positiver Einfluss von genau definierter Trockenlagerung bei geringer Luftfeuchte auf die Überlebensraten der Testorganismen ermittelt werden, gegenüber einer Lagerung bei mäßiger Luftfeuchte unter weniger stringent kontrollierten Bedingungen. Die Anwesenheit von O₂ während Trocknungsvorgang und Lagerung hatte verglichen mit anoxischen Bedingungen artspezifisch einen absolut tödlichen bis nicht nachweisbaren Effekt. Wurde der Trockenheitsstress nach Beginn der Lagerung durch osmotischen Stress ersetzt, führte dies zu einem beschleunigten Abfall der Überlebensrate. Überdies wirkte O₂ unter diesen Bedingungen schädlicher (bei H. marinus). Eine Erhöhung der Lagertemperatur im Anschluss an den Trocknungsvorgang hatte einen zunehmend negativen Effekt auf die Überlebensrate, eine Erniedrigung der Lagertemperatur einen positiven Effekt (bei H. marinus). Ebenso hatte die Wachstumsphase der Zellen eine Auswirkung auf die Überlebensrate (bei A. fulgidus). Im Gegensatz dazu konnte nach einer bis zu vierwöchigen Exposition gegenüber Ultrahochvakuum kein negativerer Einfluss auf die Testorganismen festgestellt werden, als für Trockenheit bei Normaldruck. Von neun im Vorfeld mit ionisierender Strahlung behandelten Anreicherungen aus marinen Hydrothermalsystemen erwiesen sich sechs als reproduzierbar strahlungstolerant (in Reinkultur). Weiterhin gelang es in einem Vorversuch zwei mikrobielle Kulturen aus einer mit ionisierender Strahlung behandelten Umweltprobe aus dem Umfeld eines schwarzen Rauchers zu gewinnen. Eine dieser Kulturen erwies sich als reproduzierbar strahlungstolerant. Vergleiche zur Phylogenie anhand der Sequenz des 16Sr-RNA Gens ergaben, dass es sich bei den erstgenannten sechs Reinkulturen um Stämme von M. jannaschii, Thermococcus barophilus und Thermococcus gammatolerans handelte. Bei den letzten beiden handelte es sich in Übereinstimmung mit morphologischen Beobachtungen um eine der Gattung Staphylothermus nahestehende, aber vermutlich taxonomisch davon zu trennende Gruppe innerhalb der Desulfurococcaceae und in jedem Fall um Stämme einer neuen Art. Die Ausprägung der Resistenz nach Exposition gegenüber Gammastrahlung (Co-60) war für alle Isolate mit oben erwähnter Ausnahme hoch. Die Nachweisgrenze detektierbaren Überlebens (etwa 99,99999 % Inaktivierung) wurde im Bereich zwischen 10 kGy und mehr als 15 kGy erreicht. Abschließend konnte ein erster Vorversuch eine Korrelation zwischen auf die Zellen applizierter Strahlungsdosis und Amplifikationseffizienz von deren DNA herstellen. Dazu wurde das 16SrRNAGen über qPCR vervielfältigt. Das zu Staphylothermus verwandte Isolat MEX_P besaß den mikroskopischen Befunden nach einige morphologische Besonderheiten. Im Lichtmikroskop wiesen die Zellen gelegentlich im Inneren sowie an ihrer Oberfläche Granula auf und neigten unter suboptimalen Wachstumsbedingungen zur Bildung von Riesenzellen. In elektronenmikroskopischen Präparaten fanden sich neben archaeentypischen Flagellen auch Fibern, deren Aussehen zu keinem bekannten archaeellen Zellanhang verwandt ist, und überdies von Membran und S-layer umschlossene Vesikel. Beide können präparationsbedingte Artefakte darstellen, bei letzteren ist aber eine viral oder zellulär gesteuerte Produktion glaubhaft. Daneben besitzt das Isolat einen in Anbetracht seiner phylogenetischen Stellung ungewöhnlich geordneten S-layer.