Nitrifizierer

Nitrifizierer, auch Nitrifikanten oder Salpeterbakterien genannt, sind gramnegative aerobe Bakterien, die hinter dem Prozess der Nitrifikation stehen und damit zu den wichtigsten Organismen im Stickstoffkreislauf gehören. Anhand ihres Stoffwechsel unterscheidet man Ammoniakoxidierer (AOB, auch Nitritbakterien), die Ammoniak zu Nitrit oxidieren, und Nitritoxidierer (NOB, auch Nitratbakterien), die Nitritionen zu Nitrat oxidieren. Dabei beginnt der Gattungsname von Ammoniakoxidierern stets mit „Nitroso-“, der von Nitritoxidierern mit „Nitro-“. Im Jahre 2015 wurde bei der Gattung Nitrospira auch die komplette Oxidation von Ammoniak zu Nitrat entdeckt. Diese Bakterien katalysieren beide Nitrifikationsschritte und werden daher als complete ammonia oxidizers oder Comammox-Bakterien bezeichnet.

Gattungen

Ammoniakoxidierer

• Nitrosomonas (Betaproteobacteria)
• Nitrosococcus (Gammaproteobacteria)
• Nitrosospira (Betaproteobacteria)

Nitritoxidierer

• Nitrobacter (Alphaproteobacteria)
• Nitrolancetus (Thermomicrobia)
• Nitrospina (Deltaproteobacteria)
• Nitrococcus (Gammaproteobacteria)

Nachweis

Neben der Kultivierung der Bakterien, die sehr lange dauert, haben sich Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) mittels einer gezielten rRNA-Suche für den Nachweis von Nitrifizierern in Proben aus Kläranlagen bewährt und die Suche nach funktionellen Genen anhand von Functional Gene Arrays (FGA), also einer spezifischen Variante des DNA-Microarrays, bei Boden- und Sedimentproben. FISH ist für Boden- oder Sedimentproben aufgrund der hohen Autofluoreszenz und des geringeren Ribosomengehalts schwer einsetzbar.

Als Marker für Functional Gene Arrays dient bei Ammoniakoxidierern amoA, eines der drei codierenden Gene für das Protein Ammoniak-Monooxygenase (AMO). Rotthauwe et al. nennen als Vorteile des Nachweises mittels amoA, dass es große Spezifität und die feinskalige Unterscheidung auch nahe verwandter Populationen erlaubt sowie dass mit amoA kein phylogenetisches, sondern ein funktionelles Merkmal untersucht wird.

Technische Bedeutung

In der Klärtechnik sind nitrifizierende Organismen von zentraler Bedeutung. Der zum Beispiel in kommunalen Abwässern gelöste Ammoniak ist ein Fischgift. Außerdem ist der Zwischenschritt zum Nitrit bzw. Nitrat nötig, um den im Wasser gelösten ionischen Stickstoff durch Denitrifikanten zu beseitigen und so der Eutrophierung der Gewässer vorzubeugen.

Weblinks

• (Memento vom 7. Dezember 2014 im Internet Archive) Division of Microbial Ecology, Universität Wien (englisch)

Einzelnachweise

1. Holger Daims et al.: Complete nitrification by Nitrospira bacteria. Nature 528, S. 504–509, Dezember 2015
2. D. Y. Sorokin, S. Lücker, D. Vejmelkova, N. A. Kostrikina, R. Kleerebezem, W. I. Rijpstra, J. S. Damsté, D. Le Paslier, G. Muyzer, M. Wagner, M. C. van Loosdrecht, H. Daims: Nitrification expanded: discovery, physiology and genomics of a nitrite-oxidizing bacterium from the phylum Chloroflexi. In: The ISME journal. Band 6, Nummer 12, Dezember 2012, S. 2245–2256, doi:10.1038/ismej.2012.70, PMID 22763649, PMC 3504966 (freier Volltext).
3. (Memento vom 8. Dezember 2014 im Internet Archive)
4. Rotthauwe et al.: The ammonia monooxygenase structural gene amoA as a functional marker: molecular fine-scale analysis of natural ammonia-oxidizing populations. In: Applied and Environmental Microbiology, Band 63, Nr. 12, Dezember 1997, S. 4702–4712.