Systematics of the Oswaldoi Complex (Anopheles, Nyssorhynchus) in South America

Abstract Background Effective malaria control relies on accurate identification of those Anopheles mosquitoes responsible for the transmission of Plasmodium parasites. Anopheles oswaldoi s.l. has been incriminated as a malaria vector in Colombia and some localities in Brazil, but not ubiquitously throughout its Neotropical range. This evidence together with variable morphological characters and genetic differences supports that An. oswaldoi s.l. compromises a species complex. The recent fully integrated redescription of An. oswaldoi s.s. provides a solid taxonomic foundation from which to molecularly determine other members of the complex. Methods DNA sequences of the Second Internal Transcribed Spacer (ITS2 - rDNA) (n = 192) and the barcoding region of the Cytochrome Oxidase I gene (COI - mtDNA) (n = 110) were generated from 255 specimens of An. oswaldoi s.l. from 33 localities: Brazil (8 localities, including the lectotype series of An. oswaldoi), Ecuador (4), Colombia (17), Trinidad and Tobago (1), and Peru (3). COI sequences were analyzed employing the Kimura-two-parameter model (K2P), Bayesian analysis (MrBayes), Mixed Yule-Coalescent model (MYC, for delimitation of clusters) and TCS genealogies. Results Separate and combined analysis of the COI and ITS2 data sets unequivocally supported four separate species: two previously determined (An. oswaldoi s.s. and An. oswaldoi B) and two newly designated species in the Oswaldoi Complex (An. oswaldoi A and An. sp. nr. konderi). The COI intra- and inter-specific genetic distances for the four taxa were non-overlapping, averaging 0.012 (0.007 to 0.020) and 0.052 (0.038 to 0.064), respectively. The concurring four clusters delineated by MrBayes and MYC, and four independent TCS networks, strongly confirmed their separate species status. In addition, An. konderi of Sallum should be regarded as unique with respect to the above. Despite initially being included as an outgroup taxon, this species falls well within the examined taxa, suggesting a combined analysis of these taxa would be most appropriate. Conclusions: Through novel data and retrospective comparison of available COI and ITS2 DNA sequences, evidence is shown to support the separate species status of An. oswaldoi s.s., An. oswaldoi A and An. oswaldoi B, and at least two species in the closely related An. konderi complex (An. sp. nr. konderi, An. konderi of Sallum). Although An. oswaldoi s.s. has never been implicated in malaria transmission, An. oswaldoi B is a confirmed vector and the new species An. oswaldoi A and An. sp. nr. konderi are circumstantially implicated, most likely acting as secondary vectors.

Endophytic fungi from the Amazonian plant Paullinia cupana and from Olea europaea isolated using cassava as an alternative starch media source

Endophytic fungi live inside plants, apparently do not cause any harm to their hosts and may play important roles in defense and growth promotion. Fungal growth is a routine practice at microbiological laboratories, and the Potato Dextrose Agar (PDA) is the most frequently used medium because it is a rich source of starch. However, the production of potatoes in some regions of the world can be costly. Aiming the development of a new medium source to tropical countries, in the present study, we used leaves from the guarana (a tropical plant from the Amazon region) and the olive (which grows in subtropical and temperate regions) to isolate endophytic fungi using PDA and Manihot Dextrose Agar (MDA). Cassava (Manihot esculenta) was evaluated as a substitute starch source. For guarana, the endophytic incidence (EI) was 90% and 98% on PDA and MDA media, respectively, and 65% and 70% for olive, respectively. The fungal isolates were sequenced using the ITS- rDNA region. The fungal identification demonstrated that the isolates varied according to the host plant and media source. In the guarana plant, 13 fungal genera were found using MDA and six were found using PDA. In the olive plant, six genera were obtained using PDA and 4 were obtained using MDA. The multivariate analysis results demonstrated the highest fungal diversity from guarana when using MDA medium. Interestingly, some genera were isolated from one specific host or in one specific media, suggesting the importance of these two factors in fungal isolation specificity. Thus, this study indicated that cassava is a feasible starch source that could serve as a potential alternative medium to potato medium.

Ornithodoros guaporensis (Acari, Ixodida: Argasidae), a new tick species from the Guaporé River Basin in the Bolivian Amazon

The soft tick Ornithodoros guaporensis n. sp. (Acari: Ixodida: Argasidae) is described from larvae and adults. Morphological analysis and 16S rDNA sequences are provided. Adults were collected from a rocky fissure inhabited by bats located in the Amazonian forest in north-eastern Bolivia (Beni Department) close to the Guaporé River. Larvae were obtained from eggs laid by females collected in the field, and which were fed on rabbits in the laboratory. Larvae of O. guaporensis are morphologically closely related to Ornithodoros rioplatensis, Ornithodoros puertoricensis and Orni-thodoros talaje. Larvae of O. guaporensis and O. rioplatensis can be separated from O. puertoricensis and O. talaje by the number of pairs of dorsal setae (20 in O. guaporensis and O. rioplatensis, 18 in O. puertoricensis and 17 in O. talaje). Larvae of O. guaporensis and O. rioplatensis can be differentiated by the medial dental formula (2/2 in O. guaporensis and 3/3 in O. rioplatensis) and the apex of the hypostome, which is more pointed in O. rioplatensis than in O. guaporensis. The Principal Component Analysis performed with morphometric characters of larvae showed a clear separation among O. guaporensis, O. rioplatensis, O. puertoricensis and O. talaje. Significant morphological differences among adults of these four species were not found. The analysis of the 16S rDNA sequences allowed for the differentiation between O. guaporensis and the remaining Neotropical species of the family Argasidae.

Ornithodoros peropteryx (Acari Argasidae) in Bolivia an argasid tick with a single nymphal stage

By the end of the 1960s, the argasid tick Ornithodoros peropteryx was described from larval specimens collected from the bat Peropteryx macrotis in Colombia. Since its original description, no additional record of O. peropteryx has been reported, and its post-larval stages have remained unknown. During July 2010, 18 larvae were collected from 9 bats (Centronycteris maximiliani), resulting in a mean infestation of 2.0 ± 2.2 ticks per bat (range 1–8). These bats were captured in a farm in northeastern Bolivia close to Guapore´ River in the border with Brazil. Morphological examinations of the larvae revealed them to represent the species O. peropteryx. One engorged larva that was kept alive in the laboratory moulted to a nymph after 9 days. Fourteen days after the larval moulting, the nymph moulted to an adult female without taking any blood meal during the nymphal period. This adult female was used for a morphological description of the female stage of O. peropteryx. In addition, the larvae were used for a morphological redescription of this stage. One larva and two legs extirpated from the adult female were submitted to DNA extraction and PCR targeting a fragment of the mitochondrial 16S rDNA gene, which yielded DNA sequences at least 11 % divergent from any available argasid sequence in Genbank. We show that O. peropteryx ontogeny is characterized by a single, non-feeding, nymphal stage. This condition has never been reported for ticks.

Oxygen and Chlorophyll Distribution in the Eastern Atlantic Ocean from 0º to 35ºS.

Programa de doctorado en Oceanografía. Trabajo presentado para la obtención del Diploma de Estudios Avanzados.

Metodi molecolari nello studio della variabilità genetica di Tuber borchii

Tuber borchii (Ascomycota, order Pezizales) is highly valued truffle sold in local markets in Italy. Despite its economic importance, knowledge on its distribution and population variation is scarce. The objective of this work was to investigate the evolutionary forces shaping the genetic structure of this fungus using coalescent and phylogenetic methods to reconstruct the evolutionary history of populations in Italy. To assess population structure, 61 specimens were collected from 11 different Provinces of Italy. Sampling was stratified across hosts and habitats to maximize coverage in native oak and pine stands and both mychorrizae and fruiting bodies were collected. Samples were identified considering anatomo-morphological characters. DNA was extracted and both multilocus (AFLP) and single-locus (18 loci from rDNA, nDNA, and mtDNA) approaches were used to look for polymorphisms. Screening AFLP profiles, both Jaccard and Dice coefficients of similarity were utilized to transform binary matrix into a distance matrix and then to desume Neighbour-Joining trees. Though these are only preliminary examinations, phylogenetic trees were totally concordant with those deriving from single locus analyses. Phylogenetic analyses of the nuclear loci were performed using maximum likelihood with PAUP and a combined phylogenetic inference, using Bayesian estimation with all nuclear gene regions, was carried out. To reconstruct the evolutionary history, we estimated recurrent migration, migration across the history of the sample, and estimated the mutation and approximate age of mutations in each tree using SNAP Workbench. The combined phylogenetic tree using Bayesian estimation suggests that there are two main haplotypes that are difficult to be differentiated on the basis of morphology, of ecological parameters and symbiontic tree. Between these two lineages, that occur in sympatry within T. borchii populations, there is no evidence of recurrent migration. However, migration over the history of the sample was asymmetrical suggesting that isolation was a result of interrupted gene flow followed by range expansion. Low levels of divergence between the haplotypes indicate that there are likely to be two cryptic species within the T. borchii population sampled. Our results suggest that isolation between populations of T. borchii could have led to reproductive isolation between two lineages. This isolation is likely due to sympatric speciation caused by a multiple colonization from different refugia or a recent isolation. In attempting to determinate whether these haplotypes represent separate species or a partition of the same species we applied Biological and Mechanistic species Concepts. Notwithstanding, further analyses are necessary to evaluate if selection favoured premating or post-mating isolation.

Patologia ed epidemiologia molecolare delle infezioni associate all'impianto

Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis are leading pathogens of implant-related infections. This study aimed at investigating the diverse distribution of different bacterial pathogen factors in most prevalent S. aureus and S. epidermidis strain types causing orthopaedic implant infections. In this study the presence both of the ica genes, encoding for biofilm exopolysaccharide production, and the insertion sequence IS256, a mobile element frequently associated to transposons, was investigated in relationship with the prevalence of antibiotic resistance among Staphylococcus epidermidis strains. The investigation was conducted on 70 clinical isolates derived from orthopaedic implant infections. Among the clinical isolates investigated a dramatic high level of association was found between the presence of ica genes as well as of IS256 and multiple resistance to all the antibiotics tested. Noteworthy, a striking full association between the presence of IS256 and resistance to gentamicin was found, being none of the IS256-negative strain resistant to this antibiotic. This association is probably because of the link of the corresponding aminoglycoside-resistance genes, and IS256, often co-existing within the same staphylococcal transposon. Moreover we investigated the prevalence of aac(6’)-Ie-aph(2’’), aph (3’) IIIa, and ant(4’) genes, encoding for the three forms of aminoglycoside-modifying enzymes (AME), responsible for resistance to aminoglycoside antibiotics. All isolates were characterized by automated ribotyping, so that the presence of antibiotic resistance determinants was investigated in strains exhibiting different ribopatterns. Interestingly, combinations of coexisting AME genes appeared to be typical of specific ribopatterns. 200 S. aureus isolates, categorized into ribogroups by automated ribotyping, i.e. rDNA restriction fragment length polymorphism analysis, were screened for the presence of a panel of adhesins genes, accessory gene regulatory (agr) polymorphisms and toxins. For many ribogroups, characteristic tandem genes arrangements could be identified. Surprisingly, the isolates of the most prevalent cluster, enlisting 27 isolates, were susceptible to almost all antibiotics and never possessed the lukD/lukE gene, thus suggesting the role of factors other than antibiotic resistance and the here investigated toxins in driving the major epidemic clone to the larger success. Afterwards, .in the predominant S. aureus cluster, the bbp gene encoding bone sialoprotein-binding protein appeared a typical virulence trait, found in 93% of the isolates. Conversely, the bbp gene was identified in just 10% of the remaining isolates of the collection. In this cluster, co-presence of bbp with the cna gene encoding collagen adhesin was a pattern consistently observed. These findings indicate a crucial role of both these adhesins, able to bind the most abundant bone proteins, in the pathogenesis of orthopaedic implant infections, there where biomaterials interface bone tissues. Moreover a PCR screening for the ebpS gene, conducted on over two hundred S. aureus clinical isolates from implant related infections revealed the detection of six strains exhibiting an altered amplicon size, shorter than expected. In order to elucidate the sequence changes present in these gene variants, the trait comprised between the primers was analyzed in all six isolates bearing the modification and in four isolates exhibiting the regular amplicon size. From nucleotide translation, the corresponding encoded protein was found to lack an entire peptide segment of 60 amino acids. These variants, missing an entire hydrophobic region, could actually facilitate current structural studies, helping to assess whether the absent domain is strictly necessary for a functional adhesin conformation and its contribution to the topology of the protein. This study suggests that epidemic clones appear to pursue different survival strategies, where adhesins, when present, exhibit diverse importance as virulence factors. A practical message arising from the present study is that strategies for the prevention and treatment of implant orthopaedic infections should target adhesins conjointly present in epidemic clones. Furthermore, the choice of reference strains for testing the anti-infective properties of biomaterials should focus on a selection of the most prevalent clones as they exhibit distinct profiles of adhesins.

Phylogenetische Charakterisierung von Mikroorganismen aus dem Intestinaltrakt von Insekten

Zusammenfassung Die komplexe Lebensgemeinschaft des Termitendarms fasziniert die Biologen schon seit langem. Es ist bekannt, dass Termiten ihre Nahrung mit Hilfe von symbiontischen Bakterien und Protozoen verdauen können. Ohne ihre Symbionten würden sie verhungern. Das Zusammenspiel von Termiten und darmbewohnenden Mikroorganismen, zu denen Flagellaten, Bakterien, Archaebakterien und Hefen gehören, ist trotz moderner Untersuchungstechniken keineswegs vollständig aufgeklärt. In der vorliegenden Arbeit wurden:1) Einige kultivierte und nicht-kultivierte Bakterien charakterisiert, die an der Darmwand von Mastotermes darwiniensis lokalisiert sind. Die Darmwandbakterien wurden entweder nach Kultivierung oder direkt von der Darmwand für die Analyse der 16S rDNA verwendet. Die Sequenzierung erfolgte entweder nach DGGE oder nach Klonierung der PCR-Produkte. Die identifizierten Bakterien kann man in 7 Gruppen teilen:1: Gram-positive Bakterien mit hohem GC-Gehalt 2: Gram-positive Bakterien mit niedrigem GC-Gehalt 3: Fusobakterien-ähnliche Bakterien 4: ß-Proteobakterien5: Verrucomicrobien6: Bacteroides-ähnliche Bakterien7: Methanogene Bakterien 2) Aufgrund des Vorhandenseins des Coenzyms Deazaflavin-Derivats F420, kann man Methanbakterien mikroskopisch identifizieren und von anderen Bakterien unterscheiden, weil Methanbakterien im kurzwelligen Blaulicht blaugrün aufleuchten. Untersuchungen haben gezeigt, dass mindestens zwei Morphotypen von Methanbakterien an der Darmwand von M. darwiniensis vorkommen. Sie wurden auch über 16S rDNA Sequenzanalyse identifiziert. Ihre Lokalisierung an der Darmwand wurde durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridsierung mit spezifischen Oligonukleotiden nachgewiesen. Schließlich konnte gezeigt werden, dass pro Gramm Termite 2,6 µg Methan pro Stunde produziert werden. 3) Bis jetzt wurden aus verschiedenen Termiten sulfatreduzierende Bakterien (SRB) isoliert. Deshalb wurde in dieser Arbeit die Verbreitung der SRB in verschiedenen Insekten untersucht. Insgesamt wurden zwei Sequenzen aus Libellenlarven (FSBO4 und FSBRO2), drei Sequenzen aus Zuckmückenlarven (FSCI, FSCII und FSC4), eine Sequenz aus Rosenkäfern (FSPa4-5) und ebenfalls eine Sequenz aus Eintagsfliegenlarven (FSB6) identifiziert. Alle identifizierten Bakterien ausser Klon FSB6, gehören zur Gattung Desulfovibrio. Klon FSB6 gehört zu der Gram-positiven Gattung Desulfotomaculum.Außerdem wurde die Sulfatreduktionsrate der SRB im Darm von Rosenkäfern (Pachnoda marginata), Holz- bzw. Sulfat-gefütterten Termiten (Mastotermes darwiniensis) und einer Reinkultur von Desulfovibrio intestinalis gemessen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Aktivität pro Zelle in Holz-gefütterten Termite am höchsten ist (4,9 nmol/107 Bakterien x h).

Production, purification, properties and application of the cellulases from a wild type strain of a yeast isolate

Kurzzusammenfassung Produktion, Reinigung, Eigenschaften und Anwendung von Cellulasen eines Wildtyp-Hefeisolates. Die effiziente Verwendung von Cellulose wird in naher Zukonft ein wichtiges Instrument zur Vermeidung einer Nahrungsmittel- und Energieknappheit werden. Deshalb haben wir uns intensiv mit Cellulasen befaßt, die aus Hefestämmen isoliert wurden. Die Fähigkeit der Cellulase-produktion eines Hefe-Stammes der Feuerwanze Pyrrhocoris apterus wurde genauer untersucht. Die systematische Stellung des Hefe-Isolates PAG1 wurde durch Sequenzierung der 18S rDNA bestimmt. Es zeigte eine nahe Verwandtschaft zu einem bereits beschriebenen Stämme der Gattung Trichosporon. Außerdem wurden die Wachstums-bedingungen für eine optimale Cellulase–Produktion bestimmt. Anschließend konnte eine der produzierten Cellulasen mit FPLC aufgereinigt und deren biochemische Eigenschaften (z.B. Substratspezifität, Temperatur optimum, optimaler pH-Wert, Einfluß von Chemikalien) untersucht werden. Eine Analyse der Abbau-Produkte zeigte, daß kristalline Cellulose und CMC zu Cellobiose, Cellulotriose, Cellulotetraose und Cellulopentaose in einem molaren Verhältnis von 32:16:8:1 umgesetezt wurden. Bei Zusatz von ?-Glykosidase aus demselben Hefestamm entstand nur Glucose und Cellobiose in einem molaren Verhältnis von 1:10. Da bisher nur eine Publikation über Cellulase-produzierende Hefe-Stämme erschienen ist, zeigen auch unsere Untersuchungen, daß Wildtyp-Hefestämme Cellulasen mit interessanten Eigenschaften produzieren können.

Entwicklung molekularbiologischer Methoden zum Nachweis verschiedener Sclerotiniaceae

Botrytis cinerea ist einer der wichtigsten Phytopathogene, der im Bereich der Weinbereitung als Erreger des Edel- bzw. des Grauschimmels von Trauben eine zentrale Stellung einnimmt. Taxonomisch gehört dieser Organismus zur Familie der Sclerotiniaceae, die ausnahmslos Phytopathogene sind und weltweit große Schäden bei verschiedenen Pflanzen verursachen. Die molekularbiologische Identifikation von Vertretern dieser wichtigen Gruppe von Pflanzenpathogenen ist jedoch bis heute ein Problem. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit als Themenschwerpunkt die zweifelsfreie Identifikation einiger Vertreter der Sclerotiniaceae bearbeitet. Hier konnte von neun verschiedenen Organismen die ‚Internal Transcribed Spacer Region’ identifiziert und zusätzlich zur 18S rDNA für eine sichere Identifikation ausgeschlossen werden. Die Unterscheidung der einzelnen Gattungen und verschiedener B. cinerea-Stämme wurde mit Hilfe der neuartigen nSAPD-PCR Technologie erfolgreich überprüft. Hier konnten die drei Gattungen Botrytis, Monilinia sowie Sclerotinia zweifelsfrei differenziert werden. Ferner konnten von Monilinia fructigena, Sclerotinia minor und Sclerotinia sclerotiorum neue Laccase-Gene identifiziert und komplett sequenziert werden, die homolog zur Laccase2 (lcc2) von B. cinerea sind. Auf Basis dieser Sequenzen bzw. Sequenzunterschiede konnte eine Multiplex-PCR zur zweifelsfreien Identifi-kation dieser Spezies etabliert werden. Im Folgenden konnte dieses System auch an Umweltproben aus der Umgebung von Mainz und Wiesbaden, aus Flomborn (Rheinhessen) sowie aus Stollberg (Sachsen) überprüft werden. Anhand dieser Proben konnte gleichzeitig ein konstantes Vorkommen dieses Gens in allen über-prüften Organismen gezeigt werden. Somit ist es zum ersten Mal möglich, ver-schiedene Spezies der Sclerotiniaceae in einer Probe simultan nachzuweisen und zu differenzieren. Anschließend wurde die Laccase-Expression der jeweiligen Sclerotiniaceae überprüft. Für M. fructigena konnte mindestens eine konstitutiv exprimierte Laccase im Kulturüberstand detektiert werden. Im Gegensatz dazu zeigten weder S. minor noch S. sclerotiorum eine derartige Aktivität. Da B. cinerea lcc2 expri-miert, wurde dies auch für M. fructigena angenommen. Die reverse Transkription der codierenden mRNA konnte jedoch nicht erfolgreich durchgeführt werden. Die Analyse des Genoms von B. cinerea und S. sclerotiorum zeigte zudem 13 bzw. 8 mögliche Laccase-Gene. Somit ist es wahrscheinlich, dass M. fructigena mehr als einen codierenden Bereich für ein derartiges Enzym besitzt und somit eine oder mehrere andere Laccasen exprimiert. Auf Basis der codierenden DNA-Sequenzen konnten EDV-gestützte Prote-incharakterisierungen mit allen neu entdeckten Laccase-Sequenzen durchgeführt werden. Die hier ermittelten Eigenschaften legen den Schluss nahe, dass es sich ausnahmslos um Proteine handelt, die extrazellulär lokalisiert sind. So besitzen alle drei eine identisch lange Signalsequenz, die für die Translokation in die extra-zelluläre Matrix nötig ist. Des Weiteren zeigen alle Laccasen eine schwache Hydrophobizität, so dass davon ausgegangen werden kann, dass diese Enzyme keine membranständigen Proteine sind. Auch konnten zahlreiche Glykosylie-rungspositionen ermittelt werden und bei M. fructigena die Glykosylierung der akti-ven Laccase nachgewiesen werden. Des Weiteren konnten alle konservierten Kupferbindepositionen ermittelt werden. Der Vergleich zur mRNA der Lcc2 von B. cinerea offenbarte die lcc2 von M. fructigena drei nicht-codierende Intronse-quenzen, für S. minor und S. sclerotiorum jedoch lediglich die ersten beiden. Somit bleibt für alle neu identifizierten Sequenzen die Frage nach der Expression offen. Es wurden weder Deletionen von Nukleotiden noch frame-shift Mutationen in den einzelnen Genen gefunden. Auch geben die Signalsequenzen bzw. die ent-haltenen Kupferbindepositionen keine Aufschluss über das Ausbleiben der Ex-pression dieser Gene. Da das von B. cinerea synthetisierte ß-1,3-1,6-Glucan in der Kellerwirtschaft große Filtrationsprobleme verursacht, wurde als ein zusätzlicher Themenschwerpunkt die Lyse dieses Polymers mit symbiontischen Mikroorganismen aus Termitendär-men untersucht. Da Termiten auf den Abbau von Polymeren, wie Cellulose und Hemicellulosen spezialisiert sind, lag die Vermutung nahe, dass auch das ß-Glucan von symbiontischen Mikroorganismen hydrolysiert werden kann. In der hier vorliegenden Arbeit konnte zwar das ß-Glucan erfolgreich herge-stellt und in pulverisierter Form 5 verschiedenen Termitenspezies als Futter ange-boten werden, die anschließende Isolierung der Darmflora und die Untersuchung der isolierten Mikroorganismen auf ein mögliche glucanolytische Aktivität erbrach-te jedoch nicht den erhofften Erfolg. Hier wurden acht verschiedene filamentöse Ascomyceten bzw. Zygomyceten isoliert, eine lytische Aktivität konnte jedoch bei keiner dieser Spezies gezeigt werden.

Entwicklung und Anwendung molekularbiologischer Methoden zur Art- und Stamm-Identifizierung pro- und eukaryotischer Organismen

Das Wachstum von Milchsäurebakterien-Arten der Gattungen Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc während der Weinfermentation kann durch die Bildung verschiedener Stoffwechselprodukte zu Weinfehlern führen. Um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können und einem Weinverderb vorzubeugen, bedarf es geeigneter Identifizierungsmethoden. Klassische mikrobiologische Methoden reichen oft nicht aus, um Mikroorganismen auf Art- und Stammniveau gezielt zu identifizieren. Wegen ihrer schnellen Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit sind molekularbiologische Identifizierungsmethoden zur Kontrolle der mikrobiellen Flora während der Lebensmittelfermentierung in der heutigen Zeit unabdingbar. In der vorliegenden Forschungsarbeit wurden die 23S rRNA-Gensequenzen von neun Pediococcus-Typstämmen sequenziert, analysiert und phylogenetische Analysen durchgeführt. Zur Art-Identifizierung der Pediokokken wurden PCR-Primer generiert und ein Multiplex PCR System entwickelt, mit dem alle typischen Arten simultan in einer Reaktion nachgewiesen werden konnten. Die Ergebnisse der Multiplex PCR-Identifizierung von 62 Pediococcus-Stämmen aus Kulturensammlungen und 47 neu isolierten Stämmen aus Wein zeigten, dass einige Stämme unter falschen Artnamen hinterlegt waren, und dass P. parvulus im Weinanbaugebiet Rheinhessen weit verbreitet war. Die Fähigkeit der Pediococcus-Stämme zur Exopolysaccharid-Synthese wurde durch den Nachweis zweier Gene überprüft. Auf Basis der 23S rDNA-Sequenzen wurden rRNA-Sekundärstrukturen mit der neu entwickelten Software Structure Star generiert, die zum Auffinden von Zielbereichen für fluoreszenzmarkierte DNA-Sonden geeignet waren. Die Sequenzunterschiede zwischen den Pediococcus-Arten reichten aus, um zwei Gruppen durch Fluoreszenz in situ Hybridisierung differenzieren zu können. Die Verwendung unmarkierter Helfer-sonden verbesserte die Zugänglichkeit der Sonden an die rRNA, wodurch das Fluoreszenz-Signal verstärkt wurde. Um Milchsäurebakterien durch Denaturierende Gradienten Gel Elektrophorese differenzieren zu können, wurden Primer entwickelt, mit denen ein hochvariabler 23S rDNA-Bereich amplifiziert werden konnte. Die Nested Specifically Amplified Polymorphic DNA (nSAPD)-PCR wurde in der vorliegenden Arbeit zur Art- und Stamm-Differenzierung pro- und eukaryotischer Organismen angewandt. Es wurden vor allem weinrelevante Milchsäurebakterien der Gattungen Oenococcus, Lactobacillus, Pediococcus und Leuconostoc und Hefen der Gattungen Dekkera / Brettanomyces und Saccharomyces untersucht. Die Cluster-Analyse der Pediococcus-Typstämme führte zu einer unterschiedlichen Baum-Topologie im Vergleich zum phylogenetischen 23S rDNA-Stammbaum. Die Verwandtschaftsverhältnisse der untersuchten O. oeni-Stämme aus Starterkulturen konnten in Bezug auf eine frühere Cluster-Analyse reproduziert werden. Die Untersuchung von 40 B. bruxellensis-Stämmen aus rheinhessischen Weinproben zeigte eine Gruppierung der Stämme gemäß dem Ort der Probennahme. Beim Vergleich der Verwandtschaftsverhältnisse von Stämmen der Arten P. parvulus und B. bruxellensis, die aus denselben Weinproben isoliert wurden, konnte eine hohe Übereinstimmung der beiden Baum-Topologien beobachtet werden. Anhand der SAPD-PCR Untersuchung von Sekthefen aus Starterkulturen konnten alle Stämme der Art S. cerevisiae zugeordnet werden. Die nSAPD-PCR war darüber hinaus geeignet, um höhere Eukaryoten wie Weinreben zu differenzieren und es konnten die Verwandtschaftsverhältnisse von Mäusen und menschlichen Individuen durch Cluster-Analysen nachvollzogen werden. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik wurden (n)SAPD-Marker in SCAR-Marker konvertiert. Die neu generierten SCAR-Primer konnten zur simultanen Art-Identifizierung von sieben weinschädlichen Milchsäurebakterien in einer Multiplex PCR erfolgreich eingesetzt werden. Die in dieser Arbeit entwickelten molekularbiologischen Identifizierungsmethoden können zum Beispiel in der mikrobiologischen Qualitätskontrolle Anwendung finden.

Revision of Trogulidae Sundevall, 1833 (Arachnida: Opiliones)

The relationship and phylogeny of the western Palearctic harvestmen family Trogulidae is investigated. The traditional system of seven genera and approximately 40 species appeared to be artificially composed but a phylogenetic approach and a comprehensive revision has long been sought after. Species are poorly characterised due to their uniform morphology and species evaluation is furthermore complicated by the variability of the few characters used for species delineation. To meet these demands a molecular genetic analysis is accomplished using the nuclear 28S rRNA gene and the mitochondrial cytochrome b gene. This analysis incorporates most genera and species of Trogulidae as well as a comprehensive set of Nemastomatidae and Dicranolasmatidae as outgroup taxa. Phylogenetic results of Bayesian analysis, Maximum Parsimony, Maximum Likelihood and Neighbor Joining are compared with distributional data, morphological characters and results of canonical discriminant analysis of morphometric characters and general congruence of these data sets is shown. To demonstrate the applicability of this method the revision of two species-groups within Trogulus is set out in detail. The Trogulus hirtus species-group and the Trogulus coriziformis species-group are revised. The former is in the central and north-western Balkan Peninsula. T. tricarinatus ssp. hirtus is raised to species level and four new species are described (T. karamanorum [man.n.], T. melitensis [man.n.], T. pharensis [man.n]; T. thaleri [man.n.]). The Trogulus coriziformis species-group is confined to the western Mediterranean area. T. coriziformis, T. aquaticus are re-described, T. cristatus and T. lusitanicus are re-established and four species are described as new (T. balearicus, T. huberi, T. prietoi, T. pyrenaicus). In both species-groups two further cryptic species probably exist but were not described. The species groups are shown to represent different phylogenetic levels and this information is used for the revisional work on the genus Trogulus as well as for the generic system of Trogulidae. Family status of Dicranolasmatidae is rejected and Dicranolasma is shown to be best incorporated within Trogulidae. Calathocratus, Platybessobius and Trogulocratus appear to be polyphyletic and are best to be united within Calathocratus, the oldest name of this set. The cryptic diversity within Trogulidae, especially in Trogulus and the composed genus Calathocratus rates to 150-235% and is thereby remarkably high for a group of the generally well researched European fauna. Genetic features of the group such as heteroplasmy, the possibility of major gene rearrangements and usability of the cytochrome b gene for phylogenetic studies in Opiliones are outlined.

Oxidation photochemistry in the remote marine boundary layer

Die bedeutendste Folge der Luftverschmutzung ist eine erhöhte Konzentration an Ozon (O3) in der Troposphäre innerhalb der letzten 150 Jahre. Ozon ist ein photochemisches Oxidationsmittel und ein Treibhausgas, das als wichtigste Vorstufe des Hydroxyradikals OH die Oxidationskraft der Atmosphäre stark beeinflusst. Um die Oxidationskraft der Atmosphäre und ihren Einfluss auf das Klima verstehen zu können, ist es von großer Bedeutung ein detailliertes Wissen über die Photochemie des Ozons und seiner Vorläufer, den Stickoxiden (NOx), in der Troposphäre zu besitzen. Dies erfordert das Verstehen der Bildungs- und Abbaumechanismen von Ozon und seiner Vorläufer. Als eine für den chemischen Ozonabbau wichtige Region kann die vom Menschen weitgehend unberührte marine Grenzschicht (Marine boundary layer (MBL)) angesehen werden. Bisher wurden für diese Region jedoch kaum Spurengasmessungen durchgeführt, und so sind die dort ablaufenden photochemischen Prozesse wenig untersucht. Da etwa 70 % der Erdoberfläche mit Ozeanen bedeckt sind, können die in der marinen Granzschicht ablaufenden Prozesse als signifikant für die gesamte Atmosphäre angesehen werden. Dies macht eine genaue Untersuchung dieser Region interessant. Um die photochemische Produktion und den Abbau von Ozon abschätzen zu können und den Einfluss antrophogener Emissionen auf troposphärisches Ozon zu quantifizieren, sind aktuelle Messergebnisse von NOx im pptv-Bereich für diese Region erforderlich. Die notwendigen Messungen von NO, NO2, O3, JNO2, J(O1D), HO2, OH, ROx sowie einiger meteorologischer Parameter wurden während der Fahrt des französischen Forschungsschiffes Marion-Dufresne auf dem südlichen Atlantik (28°S-57°S, 46°W-34°E) im März 2007 durchgeführt. Dabei sind für NO und NO2 die bisher niedrigsten gemessenen Werte zu verzeichnen. Die während der Messcampagne gewonnen Daten wurden hinsichtlich Ihrer Übereinstimmung mit den Bedingungen des photochemischen stationären Gleichgewichts (photochemical steady state (PSS)) überprüft. Dabei konnte eine Abweichung vom PSS festgestellt werden, welche unter Bedingungen niedriger NOx-Konzentrationen (5 bis 25pptv) einen unerwarteten Trend im Leighton-Verhältnis bewirkt, der abhängig vom NOx Mischungsverhältnis und der JNO2 Intensität ist. Signifikante Abweichungen vom Verhältnis liegen bei einer Zunahme der JNO2 Intensität vor. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Abweichung vom PSS nicht beim Minimum der NOx-Konzentrationen und der JNO2 Werte liegt, so wie es in bisherigen theoretischen Studien dargelegt wurde und können als Hinweis auf weitere photochemische Prozesse bei höheren JNO2-Werten in einem System mit niedrigem NOx verstanden werden. Das wichtigste Ergebnis dieser Untersuchung, ist die Verifizierung des Leighton-Verhältnisses, das zur Charakterisierung des PSS dient, bei sehr geringen NOx-Konzentrationen in der MBL. Die bei dieser Doktorarbeit gewonnenen Erkenntnisse beweisen, dass unter den Bedingungen der marinen Granzschicht rein photochemischer Abbau von Ozon stattfindet und als Hauptursache hierfür während des Tages die Photolyse gilt. Mit Hilfe der gemessenen Parameter wurde der kritische NO-Level auf Werte zwischen 5 und 9 pptv abgeschätzt, wobei diese Werte im Vergleich zu bisherigen Studien vergleichsweise niedrig sind. Möglicherweise bedeutet dies, dass das Ozon Produktion/ Abbau-Potential des südlichen Atlantiks deutlich stärker auf die Verfügbarkeit von NO reagiert, als es in anderen Regionen der Fall ist. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde desweiteren ein direkter Vergleich der gemessenen Spezies mit dem Modelergebnis eines 3-dimensionalen Zirkulationsmodel zur Simulation atmosphären chemischer Prozesse (EMAC) entlang der exakten Schiffsstrecke durchgeführt. Um die Übereinstimmung der Messergebnisse mit dem bisherigen Verständnis der atmosphärischen Radikalchemie zu überprüfen, wurde ein Gleichgewichtspunktmodel entwickelt, das die während der Überfahrt erhaltenen Daten für Berechungen verwendet. Ein Vergleich zwischen der gemessenen und der modellierten ROx Konzentrationen in einer Umgebung mit niedrigem NOx zeigt, dass die herkömmliche Theorie zur Reproduktion der Beobachtungen unzureichend ist. Die möglichen Gründe hierfür und die Folgen werden in dieser Doktorarbeit diskutiert.

Methylierung von anorganischem Quecksilber im Intestinaltrakt des Kompostwurms Eisenia foetida

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Methylierung von Quecksilber in Intestinaltrakt des Kompostwurms Eisenia foetida untersucht. Des Weiteren wurden aerobe und anaerobe Mikroorganismen aus dem Darmtrakt von Eisenia fotida isoliert, identifiziert und auf ihr Potential zur Methylierung von Quecksilber getestet. Die Bestimmung von Methylquecksilber erfolgte mittels GC-ICPMS (Gaschromatographie mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie) und GC-AFS (Gaschromatographie- Atomfluoreszenzspektrometrie). Für die GC-ICPMS erfolgte die Quantifizierung des Methylquecksilbers mittels der Isotopenverdünnungsmethode. Die Extraktion des Methylquecksilbers aus dem Wurmgewebe erfolgte durch einen alkalischen Aufschluss mit TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) und anschließender Derivatisierung des Methylquecksilbers durch Natriumtetrapropylborat. Für die Extraktion des gebildeten Methylquecksilbers aus Bakterienkulturen wurde eine Extraktion mit einer methanolischen Kaliumhydroxidlösung verwendet. Wie bei dem Wurmgewebe wurde das Methylqueckilsber ebenfalls mit Natriumtetrapropylborat derivatisiert.rnrnFür die Untersuchung einer in vivo Methylquecksilberbildung in bodenlebenden Invertebraten wurde der Kompostwurm Eisenia foetida als Modellorganismus verwendet. Die Tiere wurden aus einer Kultur in einen Boden überführt, der mit anorganischem Quecksilber versetzt wurde. Nach zehn Tagen Inkubationszeit wurden die Würmer entnommen und das Methylquecksilber extrahiert. Um eine mögliche Methylierung von Quecksilber durch Bodenorganismen auszuschließen wurde sowohl steriles als auch unsteriles Bodenmaterial verwendet. In den Wurmproben aus dem unsterilen Bodenmaterial konnte eine Konzentration an Methylquecksilber von 17,4 ng/g Trockengewicht (Boden ohne Zugabe von Quecksilber) und 62,4 ng/g Trockengewicht (Boden mit Quecksilberzugabe). Bei den Wurmproben aus sterilem Bodenmaterial lag die Konzentration an Methylquecksilber bei 17,2 ng/g Trockengewicht (Boden ohne Zugabe von Quecksilber) und 51,9 ng/g Trockengewicht (Boden mit Quecksilberzugabe).rnrnBei den Bakterienkulturen konnte in Reinkulturen keine Methylierung von Quecksilber nachgewiesen werden. In einer fakultativ anaeroben Mischkultur konnte eine Methylierung von Quecksilber beobachtet werden. Für die Identifizierung der Mikroorganismen wurde die 16s rDNA mittels PCR amplifiziert und anschließend über eine DGGE aufgetrennt. Die Banden wurden ausgeschnitten und sequenziert. Dabei konnten drei Enterobacteriaceen identifiziert werden.rn

Identifizierung biogene Amine bildender Bakterien und Einsatz von Enzymen zur Hemmung ihres Wachstums während der Weinbereitung

Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle in der Weinherstellung. Neben ihren positiven Stoffwechselaktivitäten wie die Bildung von Ethanol während der alkoholischen Gärung sind vor allem Bakterien in der Lage, Weinfehler zu verursachen. Einer dieser Weinfehler ist die Produktion von biogenen Aminen. Diese niedermolekularen Stickstoffverbindungen können zu verschiedenen Gesundheitsproblemen wie Bluthochdruck und Migräne führen. Aufgrund von hohen Ethanolgehalten und dem Vorkommen verschiedener biogener Amine kommt es im Wein zu einer Verstärkung dieser physiologischen Effekte. Um die Bildung dieser Verbindungen zu verhindern, ist es von speziellem Interesse, die verantwortlichen Mikroorganismen zu identifizieren und sie in ihrem Wachstum zu hemmen.In einem Teil der Dissertation stand die Isolierung und Identifizierung biogener Amine produzierender Bakterien aus deutschen Jungweinen und Mosten im Vordergrund. Es konnte gezeigt werden, dass hauptsächlich Milchsäurebakterien als potenzielle Produzenten in Frage kommen. Diese Bakteriengruppe war in hohen Titern in nahezu allen Proben vorhanden und stellt somit eine potentielle Gefahr für die Weinbereitung dar. Zur Identifizierung der Isolate wurden verschiedene molekularbiologische Methoden wie specifically amplified DNA polymorphic-PCR (Fingerprintmethode), Multiplex-PCR oder 16S rDNA-Sequenzierung angewandt. Das Screening bezüglich der Bildung von biogenen Aminen erfolgte mit Hilfe einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten hochauflösenden Dünnschichtchromatographie gefolgt von der Quantifizierung mittels HPLC.Zur Wachstumshemmung dieser Schadbakterien wurden zwei Exoenzyme aus Streptomyces albidoflavus B578 isolieren. Diese Enzyme wurden gereinigt und als eine Muramidase und eine Protease identifiziert. Aktivitätstests konnten zeigen, dass diese Enzyme eine hohe lytische Wirkung gegen weinrelevante Mikroorganismen aufweisen. Ebenso war die Aktivität der Enzyme unter Weinbedingungen sehr stabil. Aufgrund dieser Ergebnisse könnten diese Enzyme eine mögliche Alternative zur Zugabe von Lysozym oder Schwefeldioxid sein, welche konventionell in der Weinbereitung ihren Einsatz finden.