Ulrike Kohlweyer

Isolierung und Charakterisierung eines Tetrahydrofuran abbauenden Stamms Pseudonocardia sp.

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 22.06.2000

Abstract
Ein Bakterium, das mit 70 mM Tetrahydrofuran (THF) als einziger Kohlenstoff- und Energiequelle wächst, wurde isoliert und mit Stamm K1 benannt. Durch morphologische und chemotaxonomische Untersuchungen sowie Sequenzierung der 16S rDNA wurde Stamm K1 als Pseudonocardia sp. taxonomisch identifiziert. Der größte Verwandtschaftsgrad, der mit einer jeweils 99 %igen Homologie aufgrund von Sequenzvergleichen der 16S rDNA ermittelt wurde, besteht zwischen Stamm K1, Pseudonocardia hydrocarbonoxydans und Pseudonocardia sulfidoxydans.
Neben THF und anderen Substraten nutzt Stamm K1 auch Diethylether, Polyethylenglykole, Toluol, -Butyrolacton und 4-Hydroxybuttersäure als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle. Die beiden letztgenannten Verbindungen sind postulierte Intermediate im THF-Abbauweg.
Enzymatische Untersuchungen zeigten, daß permeabilisierte Zellen THF umsetzen, zellfreier Extrakt hingegen nicht. In weiterführenden Arbeiten wurde nach Anionenaustauschromatographie eine für mit THF angezogene Zellen spezifische NADH abhängige Cytochrom-c-Reduktaseaktivität nachgewiesen. Diese Reduktaseaktivität könnte zu einer Monooxygenase gehören, die den einleitenden Schritt im THF-Abbau, wie in der Literatur beschrieben, katalysiert.
Für einen biotechnologischen Einsatz des Stamms K1 wurden die physikochemischen Eigenschaften der Zelloberfläche untersucht und charakterisiert. Experimente zeigten, daß Stamm K1 sowohl durch Adhäsion als auch durch Zelleinschluß immobilisiert werden kann.

A bacterium capable to grow with 70 mM Tetrahydrofuran (THF) as sole source of carbon and energy was isolated and designated as strain K1. Based on morphological, chemotaxonomic, and sequencing of the 16S rDNA strain K1 was identified as Pseudonocardia sp. Based on comparisons of the 16S rDNA, the highest homologies were found for strain K1 and Pseudonocardia hydrocarbonoxydans and Pseudonocardia sulfidoxydans (with both 99 %).
Besides THF and other substrates, strain K1 uses diethyl ether, polyethylene glycoles, toluene, -butyrolactone, and 4-hydroxybutyrat as sole source of carbon and energy. The latter two are postulated intermediates in the THF-breakdown.
Enzymatic studies showed that permeabilized cells show THF dependant enzymatic activity, whereas no THF dependant enzymatic activity was detected in crude extract. For THF grown cells, a specific NADH dependant cytochrome-c-reductase activity was detected after anion chromatography of crude extract. This cytochrome-c-reductase activity could belong to a monooxygenase which could initiate THF breakdown as postulated in the literature.
For a possible biotechnological use, experiments were performed to investigate and characterize the physicochemical characteristics of strain K1s cell surface. Experiments showed that strain K1 can be immobilized by adhesion as well as cell enclosure techniques.

Keywords:
Tetrahydrofuran, THF, Ether, Abbau, Pseudonocardia, Zellimmobilisierung

Tetrahydrofuran, THF, ether, degradation, Pseudonocardia, cell immobilization

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung (1-8)
2. Material und Methoden (9-42)
3. Ergebnisse (43-78)
4. Diskussion (79-107)
5. Zusammenfassung (108-109)
6. Literatur (110-130)
Anhang