Untersuchung der Trockentoleranz von thermophilen und hyperthemophilen Mikroorganismen nach Zugabe kompatibler Solute

Abstract

Da sich die hohe Trockenresistenz von H. marinus und A. fulgidus nach Wachstum unter Salzstress noch erhöht, und diese Erhöhung auf die Bildung von kompatiblen Soluten zurück zu führen ist, wurde der Effekt von speziesfremden kompatiblen Soluten auf die Überlebensrate nach 24 Stunden Trocknung untersucht. Ectoin zeigte einen deutlichen positiven Einfluss auf das Überleben von H. marinus, allerdings zeigten sich Konzentrationen über 0,5M als weniger effektiv als angenommen. Betain und Saccharose hatten keinen bzw. sogar einen schädlichen Effekt. Glycerin veränderte die Überlebensrate nicht. Die Anwesenheit von Glycerin, Betain und Ectoin in höheren Konzentrationen wirkte auf A. fulgidus wachstumshemmend. Nur Saccharose wurde auch noch bei 0,5 molarer Konzentration gut vertragen, obwohl sich kein Wachstum bei 0,1M zeigte. Alle getesteten Solute außer Ectoin zeigten eine ähnlich positive Wirkung auf die Trockenresistenz von A. fulgidus. Allerdings konnte nur Schutz gegenüber Trocknungsschäden und nicht gegen Sauerstoff festgestellt werden. Die Ergebnisse der Experimente lassen vermuten, dass die kompatiblen Solute nicht aufgenommen wurden und so die Schutzwirkung von außen kommen muss. Auch die Bestrahlungsexperimente mit 254nm monochromatischer UV-C-Strahlung unterstützen diese Annahme. Die einzigen Strukturen auf die die Schutzstoffe also wirken können, sind die LPS von H. marinus , die Zellwand von A. fulgidus und die Zellmembran beider Organismen. Saccharose konnte wahrscheinlich so gut bei A. fulgidus wirken, da es eine für Hyperthermophile untypische Lipiddoppelschicht besitzt und so das Molekül besser mit den Phospholipiden interagieren konnte. Ectoin hatte wahrscheinlich einen ähnlichen Effekt auf die Membran von H. marinus und war zusätzlich in der Lage die äußeren Strukturen dieser Zellen zu stabilisieren, die beim Trocknungsprozess eine besondere Schwachstelle darstellen. Obwohl alle zugegebenen Stoffe Wasser zurück gehalten haben und teilweise Glasbildung zu beobachten war, war der Effekt auf beide Organismen sehr unterschiedlich. Gründe dafür könnten die verschiedenen Oberflächenstrukturen der Zellen sein oder auch die Interaktion der kompatiblen Solute mit den unterschiedlichen Bestandteilen der beiden Medien, wodurch es zu unterstützenden oder hemmenden Wirkung kommen kann. Ein Ansatz für weitere Untersuchungen der sich aus den Ergebnissen ergibt, ist die Zusammenwirkung von salzgestressten Zellen mit den untersuchten kompatiblen Soluten und ob die Überlebensrate steigt, wenn das speziesspezifische Solut mit dem zugegebenen Stoff zusammen wirkt.