Vorlesung Grundlagen der Umweltmikrobiologie Rainer U. Meckenstock Lehrstuhl für Grundwasserökologie (WZW) und Helmholtz-Zentrum München Institut für Grundwasserökologie Tel: 089 3187 2561 rainer.meckenstock@helmholtz-muenchen.de

Empfohlene Literatur Fuchs: Allgemeine Mikrobiologie (Thieme) Dixon: Der Pilz der John F. Kennedy zum Präsidenten machte (Spektrum) Lengeler: Biology of the Prokaryotes (Thieme)

Was müssen wir über die Mikroorganismen in der Umwelt überhaupt wissen? Sie wollen im Landesamt für Umweltschutz einen Mikrobiologen zur Bewertung von Grundwasser (sauber und kontaminiert) einstellen. Frage: Welches Wissen muss der ideale Kandidat mitbringen um das leisten zu können?

Organismus des Tages Desulfovibrio desulfuricans Abteilung: Proteobacteria Klasse: Deltaproteobacteria Ordnung: Desulfovibrionales Familie: Desulfovibrionaceae Gattung: Desulfovibrio Art: Desulfovibrio desulfuricans

The uncultured majority 13 The uncultured majority 9 1205 4 n = published species 1367 220 8 Black: 12 original Phyla (Woese 1987) many pure cultures White: 14 new phyla since 1987 some isolates Gray: 26 candidate phyla no isolates 1808 91 What are they all doing ? 11 24 25 Rappé & Giovannoni (Annu Rev Microbiol, 2003) Keller & Zengler (Nat Rev Microbiol, 2004)

Frage: Wie funktioniert eigentlich Atmung oder Gärung? Wie gewinne ich prinzipiell Energie? Welches sind die energetisch wichtigen Reaktionen, die einem Mikroorganismus erlauben einen Protonengradienten aufzubauen?

Generelles Prinzip der Energiegewinnung Substrat red Substrat ox H Produkt ox Produkt red Oxidierender Ast Reduzierender Ast

Beispiel Glukose und Sauerstoff Glc O2 ADP + Pi ADP + Pi H ATP ATP CO2 H2O

Beispiel Glukosevergärung Glc CH3COOH ADP + Pi H ATP CH3COOH + CO2 H2 + Butyrat

Beispiel Eisensulfid und Sauerstoff FeS O2 ADP + Pi H ATP SO42- + Fe(OH)3 H2O

Stöchiometrie aerob? Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sauerstoff. C6H12O6 + O2 ↔ CO2 +

Stöchiometrie aerob? Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sauerstoff. C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 H2O ↔ 6 CO2 + 24 e- + 24 H+ oxidativ O2 + 4 e- + 4 H+ ↔ 2 H2O / x 6 reduktiv 6 O2 + 24 e- + 24 H+ ↔ 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O oxidativ plus reduktiv Sehr vereinfacht wird die Erstellung der Gleichungen durch die Aufteilung in die oxidative und in die reduktive Partialgleichung

Stöchiometrie anaerobe Sulfatreduktion? Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sulfat. C6H12O6 + SO42-↔ X + Y

Stöchiometrie anaerobe Sulfatreduktion? Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sulfat. C6H12O6 + SO42-↔ X + Y 1) C6H12O6 + 6 H2O ↔ 6 CO2 + 24 e- + 24 H+ 2) SO42- + 8 e- + 10 H+ ↔ H2S + 4 H2O / x 3 3) 3 SO42- + 24 e- + 30 H+ ↔ 3 H2S + 12 H2O 4) C6H12O6 + 3 SO42- + 6 H+ ↔ 6 CO2 + 3 H2S + 6 H2O 5) 6 CO2 + 6 H2O ↔ 6 HCO3- + 6 H+ 6) 3 H2S + 3 H2O ↔ 3 HS- + 3 H+ 7) C6H12O6 + 3 SO42- ↔ 6 HCO3- + 3 HS- + 3 H+

Wofür ist das gut? Beispiel einer Elektronenbilanz für einen neuen Stoffwechselweg Wir haben eine neue Anreicherungskultur isoliert, die Benzol anaerob mit Sulfat als Elektronenakzeptor abbauen kann. Wird das Benzol vollständig zu CO2 oxidiert? Benzol ca. 500 µM, Sulfat ca. 1,5 mM

Wofür ist das gut? Beispiel einer Elektronenbilanz für einen Grundwasserschaden Ist genügend Elektronenakzeptor im Grundwasser um einen Stoff abzubauen? O Berechnen sie die Konzentration von Benzol, die man maximal mit einer durchschnittlichen Sulfatkonzentration im Grundwasser von 150 µM SO42- abbauen kann.

Hausaufgabe Erstellen sie eine Prüfungsfrage über die letzte Stunde Anspruchsvoll aber nicht zu schwer Was war ihnen am wichtigsten