Der mikrobielle Abbau von Chloraromaten als Bestandteil des globalen Chlorzyklus

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei ausgewählten mikrobiellen Prozessen, die im Rahmen des globalen Chlorzyklus beim Abbau von Chloraromaten Bedeutung besitzen: mit dem Abbau von Chlorphenolen durch aerobe Bakterien und der reduktiven Dehalogenierung von Chlorphenolen und chlorierten Dibenzo-p-dioxinen durch anaerobe Bakterien. Der aerobe Abbauweg von Chlorphenolen mit einer initialen 2,4-Dichlophenolhydroxylase und die Lokalisierung der Gene für den modifizierten ortho-Weg wurden an einem Gram-negativen Isolat untersucht. Es wurde als Typstamm einer neuen Art innerhalb einer neuen Gattung, Defluvibacter lusatiensis, beschrieben und demonstriert das Potential zum Chloraromatenabbau innerhalb der 'Alphaproteobacteria'. Der mikrobielle Abbau hochchlorierter aromatischer Verbindungen wird unter anaeroben Bedingungen durch eine reduktive Dehalogenierung eingeleitet, die einigen spezialisierten Bakterien Energiekonservierung in der so genannten Dehalorespiration ermöglicht. Eine chlorphenoldechlorierende Mischkultur wurde angereichert, molekularbiologisch charakterisiert und das dechlorierende Bakterium als Desulfitobacterium hafniense identifiziert. Polychlorierte Dibenzo-p-dioxine dechlorierende Mischkulturen wurden aus Sedimenten verschiedener Flüsse, z.B. des dioxinbelasteten Spittelwassers, angereichert. Unterschiedliche Dechlorierungswege wurden beobachtet. Vergleichende Untersuchungen an Rein- und Mischkulturen zeigten, dass Vertreter der Gattung Dehalococcoides für die beobachtete Dioxindechlorierung verantwortlich sind. Durch Untersuchung des Dioxin-Isomerenmusters wurde die Magnesiumproduktion vor 1945 in Bitterfeld als Hauptquelle der Dioxinbelastung des Spittelwassersediments identifiziert.

This work focuses on two selected microbial processes involved in the global cycling of chlorinated aromatic compounds: the degradation of chlorinated phenols by aerobic bacteria and the reductive dehalogenation of chlorinated phenols and dibenzo-p-dioxins. The aerobic degradation pathway of chlorophenols initiated by a 2,4-dichlorophenol hydroxylase and the localization of the genes encoding the modified ortho-pathway were investigated with a Gram-negative isolate. It was described as type strain of a new species within a new genus, Defluvibacter lusatiensis, and demonstrates the potential of members of the 'Alphaproteobacteria' to degrade chloroaromatic compounds. On anaerobic conditions, the microbial degradation of highly chlorinated compounds is initiated by the process of reductive dehalogenation that can serve some specialized bacteria for energy conservation in a process called dehalorespiration. A chlorophenols-dechlorinating mixed culture was enriched and characterized by molecular methods. The dechlorinating bacterium was identified as Desulfitobacterium hafniense. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins-dechlorinating mixed cultures were enriched from sediments of different rivers, e.g. of the dioxin-contaminated Spittelwasser. Different pathways of dechlorination were observed. Studies with pure and mixed cultures identified members of Dehalococcoides as responsible for dioxin-dechlorination. The investigation of the isomer pattern of dioxins in sediments of Spittelwasser indicated the magnesium production in Bitterfeld before 1945 as main source of the dioxin pollution.