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Autor:	Fischer-Reinhard, Miryam
Titel:	Mikrobieller Abbau von Siliconölen, Siloxanen und Silanolen?
Dissertation:	TU Darmstadt, Fachbereich Biologie, 2007

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Dateiname	Inhalt	Größe (Byte)
fischer_reinhard_teil1.pdf	Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Summary, Zusammenfassung, Einleitung, Material und Methoden, Ergebnisse Teil 1	1988933
fischer_reinhard_teil2.pdf	Ergebnisse Teil 2	4294800
fischer_reinhard_teil3.pdf	Ergebnisse Teil 3, Diskussion, Literatur, Anhang, Abkürzungsverzeichnis, Danksagung, Eidesstattliche Erklärung, Lebenslauf	1394973

Abstract auf Deutsch:

Siliconöle, Silanole und Siloxane gewinnen immer größere Bedeutung in Alltag und Technik und gelangen über das Abwasser auch an die natürlichen Standorte von Mikroorganismen. Der mikrobielle Abbau von Siliconölen ist bisher aber nur sehr wenig untersucht. Daher sollte in dieser Arbeit gezielt nach Mikroorganismen gesucht werden, die unter anaeroben oder aeroben Bedingungen Siliconöle, Silanole und Siloxane abbauen.

Zu Beginn dieser Arbeit gab es erste Hinweise, dass Paracoccus sp. IO-1 unter denitrifizierenden Bedingungen Dimethylsilandiol (DMSD)-abhängig Nitrat reduziert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Stamm IO-1 des weiteren Siliconöl-, Silanol- und Siloxan-abhängig Nitrat verbrauchte. Weiterhin wurde aus einer Anreicherungskultur unter denitrifizierenden Bedingungen mit Trimethylsilanol (M3) als Substrat eine Reinkultur isoliert, die als Ochrobactrum sp. Si-1 identifiziert wurde und die ebenfalls Silanol- und Siloxan-abhängig Nitrat reduzierte.

Der Silanol- und Siloxan-abhängige Nitratverbrauch durch Paracoccus sp. IO-1 und Ochrobactrum sp. Si-1 wurde durch Zugabe von NaHCO₃- (mindestens 10 mM) und 0,2 mM-Portionen Acetat gesteigert.

Bei Anzuchten mit wasserunlöslichen Substraten wie dem Siloxan Decamethylcyclopentasiloxan (D5) bildet Paracoccus sp. IO-1 hydrophobe Oberflächenproteine oder -strukturen aus, die für die Anheftung an das Substrat sorgen. Hingegen sind die Bakterien beim Wachstum auf wasserlöslichen Substraten wie Acetat, Isobutyrat oder Butyrat in der wässrigen Phase suspendiert.

Proteinmuster von Paracoccus sp. IO-1 beim Wachstum mit verschiedenen Substraten (Acetat, Isobutyrat, Butyrat und D5) wurden verglichen, um weitere Informationen über induzierte Proteine beim Siloxan-abhängigen Wachstum zu erhalten. Hierbei wurden einige Siloxan-spezifisch induzierte Proteine gefunden, von denen eines als β-Untereinheit eines Chinohämoproteins identifiziert wurde.

Mittels radioaktiv markiertem DMSD sollte der Abbau über die Abnahme der Konzentration des ¹⁴C-DMSD und die Produktion von ¹⁴C-CO₂ aus der Oxidation der markierten Methylgruppen des DMSD aufgeklärt werden. Dabei wurde jedoch weder ein Abbau des DMSD noch die Produktion von CO₂ durch Paracoccus sp. IO-1, Ochrobactrum sp. Si-1 und den in der Literatur als DMSD-abbauenden Arthrobacter sp. Stamm ATCC 700240 festgestellt.

In einem umfangreichen Screening nach DMSD-abbauenden Mikroorganismen wurden Anreicherungskulturen unter verschiedenen physiologischen Bedingungen mit ¹⁴C-DMSD angezogen (anaerob unter denitrifizierenden, sulfatreduzierenden und methanogenen/acetogenen sowie aeroben Bedingungen). Zusätzlich wurde der cometabolische Abbau von DMSD und DMSO, Aceton/2-Propanol oder Hefeextrakt untersucht. Auch mit diesem umfassenden Screening wurde kein mikrobieller Abbau des ¹⁴C-DMSD nachgewiesen.

Die Isobutyrat-CoA Ligase wurde aus Extrakten von auf Isobutyrat angezogenen Zellen von Paracoccus sp. IO-1 angereichert. Die Ligase ist das potentielle erste Enzym des noch unbekannten anaeroben Abbaus von Isobutyrat durch Paracoccus sp. IO-1.

Abstract auf Englisch:

Silicon oils, silanols and siloxanes are gaining more and more importance in everyday life and in technology. Via waste water they also reach the natural habitats of microorganisms. The microbial degradation of silicon oils is up to now only very little understood. Therefore the aim of this work was to search for microorganisms, which degrade silicon oils, silanols and siloxanes under anaerobic or aerobic conditions.

At the onset of this work first results suggested, that Paracoccus sp. IO-1 was able to reduce nitrate depending on the availability of dimethylsilandiol (DMSD). Additionally it could be shown, that strain IO-1 consumed nitrate depending on the presence of silicon oils, silanols or siloxanes. Furthermore, a pure culture was isolated from an enrichment culture under denitrifying conditions with trimethylsilanol (M3) as substrate. It also reduced nitrate depending on the presence of silanol and siloxane and could be identified as Ochrobactrum sp. Si-1.

The silanol and siloxane depending consumption of nitrate of Paracoccus sp. IO-1 and Ochrobactrum sp. Si-1 could be enhanced by adding NaHCO₃- (minimum concentration 10 mM) and acetate in 0,2 mM-portions.

In cell cultures with non water soluble substrates, for instance the siloxane decamethylcyclopentasiloxane (D5), Paracoccus sp. IO-1 generates hydrophobic surface proteins or surface structures which attach the cell to the substrate. Grown on water soluble substrates as acetate, isobutyrate or butyrate, the bacteria are suspended in the water phase.

The protein pattern of Paracoccus sp. IO-1 grown on different substrates (acetate, isobutyrate, butyrate or D5) were compared to gain more information about induced proteins of the siloxane dependend growth. Some siloxane specific induced proteins could be found. Among these, a β-subunit of a quinohemoprotein could be identified.

The degradation should be proven using radioactivly marked DMSD and measuring the decrease of the ¹⁴C-DMSD concentration and the production of ¹⁴C-CO₂ from the oxidation of the methyl groups. Neither the degradation of DMSD nor the production of CO₂ by Paracoccus sp. IO-1, Ochrobactrum sp. Si-1 or Arthrobacter sp. strain ATCC 700240 (which is known in the literature as a DMSD degrading strain) could be ascertained.

In an extensive screening for DMSD degrading microorganisms, numerous enrichment cultures with ¹⁴C-DMSD as substrate were prepared under different physiological conditions (anaerobic under denitrifying, sulphate reducing and methanogenic/acetogenic as well as aerobic conditions). In addition, the cometabolic degradation of DMSD and DMSO, acetone/2-propanole or yeast extract was studied. Despite the comprehensive approach, a microbial degradation of ¹⁴C-DMSD could not be demonstrated.

The isobutyrate-CoA ligase could be enriched from cells of Paracoccus sp. IO-1 grown on isobutyrate. This ligase is potentially the first enzyme of the still unknown way of isobutyrate degradation by Paracoccus sp. IO-1.

Dokument aufgenommen :	2007-10-24
URL:	http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000883