@phdthesis{Bayer2008,
  author    = {Bayer, Kristina},
  title     = {Physiologie, Phylogenie und metagenomische Analyse Ammoniak-oxidierender Bakterien und Archaeen im Mittelmeerschwamm Aplysina aerophoba},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-29116},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Marine Schw{\"a}mme (Phylum Porifera) sind sessile Invertebraten, deren Biomasse bis zu 60\% aus Mikroorganismen bestehen kann. W{\"a}hrend die mikrobielle Diversit{\"a}t in Schw{\"a}mmen in den letzten Jahren recht gut beschrieben wurde, weiß man noch sehr wenig {\"u}ber m{\"o}gliche Funktionen und Interaktionen zwischen Schwamm-assoziierten Mikroorganismen mit ihren Wirten. Das Ziel dieser Promotionsarbeit war es, den Prozess der mikrobiellen Nitrifikation im bakterienhaltigen Mittelmeerschwamm Aplysina aerophoba nachzuweisen und im Kontext der Symbiose n{\"a}her zu untersuchen. Die Nitrifikation beschreibt die zweistufige Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und weiter zu Nitrat und wird von bestimmten Mikroorganismen zur Energiegewinnung durchgef{\"u}hrt. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurden physiologische Untersuchungen an lebenden Schw{\"a}mmen w{\"a}hrend Freilandexkursionen nach Rovinj (Kroatien) durchgef{\"u}hrt. Frisch gesammelte Schw{\"a}mme wurden zu unterschiedlichen Jahreszeiten in experimentellen Aquarien jeweils {\"u}ber einen Zeitraum von {\"u}ber 24 Stunden geh{\"a}ltert. Die Konzentrationen von Ammonium, Nitrit und Nitrat wurden in Zeitintervallen mittels photometrischer Nachweise gemessen und die Aufnahme- und Exkretionsraten berechnet. Nitrit wurde in keinem der Experimente messbar ausgeschieden. Ammonium, als nat{\"u}rliches Stoffwechselendprodukt mariner Schw{\"a}mme, wurde von A. aerophoba in Raten ausgeschieden, die saisonal variabel waren. Im Fr{\"u}hjahr wurde keine Ammonium-ausscheidung beobachtet w{\"a}hrend die Exkretionsrate zum Sommer hin stetig anstieg. Nitrat, welches nat{\"u}rlicherweise nur durch mikrobielle Nitrifikation entstehen kann, wurde saisonunabh{\"a}ngig konstant ausgeschieden. Ammoniumaufnahme-Experimente zeigten auf, dass Ammonium im Fr{\"u}hjahr rasch aufgenommen wurde und dass Ammonium die Nitratexkretionsrate bis zu vierfach stimulierte, wohingegen im Sommer keine Ammoniumaufnahme und keine Stimulation der Nitratexkretion stattfanden. Durch Zugabe des spezifischen Inhibitors der Nitrifikation, Nitrapyrin, konnte die Nitratexkretion in A. aerophoba vollst{\"a}ndig gehemmt werden. Im Gegensatz zu bakterienhaltigen Schw{\"a}mmen zeigten sogenannte bakterienfreie Schw{\"a}mme erwartungsgem{\"a}ß keine Nitratausscheidung. Das 16S rRNA- und das amoA-Gen wurden als molekulare Marker verwendet, um nitrifizierende Mikroorganismen in Schw{\"a}mmen phylogenetisch zu identifizieren. Es konnten zahlreiche 16S rRNA-Gene aus insgesamt sechs Schwammarten inklusive Aplysina aerophoba amplifiziert und dem marinen Nitrosospira Cluster 1 zugeordnet werden. Aus A. aerophoba konnten auch Nitrosospira amoA-Gensequenzen gewonnen werden. Archaeale 16S rRNA- und amoA-Gensequenzen wurden ebenfalls aus A. aerophoba gewonnen, wobei die 16S rRNA-Gene mit anderen aus Schw{\"a}mmen stammenden Sequenzen ein Schwamm-spezifisches Cluster innerhalb der Crenarchaea Gruppe I.1A bildeten. Unter Verwendung spezifischer Fluoreszenz-markierter 16S rRNA Sonden konnten den Nitrosospira Cluster 1 und Crenarchaea Gruppe 1 zugeh{\"o}rige Zellen innerhalb des mikrobiellen Konsortiums aus A. aerophoba nachgewiesen werden. Basierend auf der gesch{\"a}tzten Menge nitrifizierender Mikroben in der Schwammmesohylmatrix und den Nitratexkretionsraten wurde eine zellspezifische Ammoniakoxidationsrate von 1,6 fmol Zelle-1 h-1 errechnet. Der Nachweis von 16S rRNA- oder funktionellen Genen des anaeroben mikrobiellen N-Kreislaufs in A. aerophoba verlief negativ. Dar{\"u}ber hinaus wurde eine in vorherigen Arbeiten aus dem mit A. aerophoba assoziierten mikrobiellen Konsortium erstellte Metagenombank auf das Vorhandensein von funktionellen (amoA) Nitrosospira- und Crenarchaea-Genen untersucht. Aus der Sequenzierung des archaealen Metagenomklons 58F6 resultierte die Sequenz des kompletten AMO-Operons eines m{\"o}glicherweise Schwamm-spezifischen Crenarchaeoten. Diese Ergebnisse liefern erste funktionelle Einblicke in die komplexen Stofffl{\"u}sse und Wechselwirkungen zwischen Schw{\"a}mmen und den mit ihnen assoziierten mikrobiellen Konsortien. Aufgrund dieser Arbeit wurde ein Modell des Stickstoffkreislaufs in A. aerophoba erstellt, welches die Mikroorganismen mit m{\"o}glichen Stoffwechselfunktionen in dem Wirtsschwamm verkn{\"u}pft. Diese Arbeit tr{\"a}gt zu dem Informationsstand {\"u}ber die Interaktionen zwischen Schw{\"a}mmen und Mikroorganismen bei und leistet einen Beitrag zur Aufkl{\"a}rung des Stickstoffkreislaufs in A. aerophoba.},
  subject      = {Schw{\"a}mme},
  language  = {de}
}