Bakterielle Adhäsion und Aggregation auf inerten Oberflächen: ihre Rolle bei der Bildung von Biofilmen auf Umkehrosmose-Membranen
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München
Oldenbourg
1992
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| Schriftenreihe: | Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft
116 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen
1 Einleitung ......................................9
1.1 Zielsetzung der Arbeit .............................. 15
2 Material und Methoden............................. 17
2.1 Untersuchungen an Bakterien.......................... 17
2.1.1 Isolierung von Bakterienstämmen........................ 17
2.1.2 Identifizierung der Isolate ............................ 18
2.1.3 Kulturbedingungen ................................ 18
2.1.4 Darstellung des Adhäsionstests zur Ermittlung der Anzahl haftender
Bakterien ...................................... 19
2.1.5 Nachweis saurer Poiysaccharide mit dem Fluoreszenzfarbstoff Celluftuor 21
2.1.6 Nachweis von Kapseln.............................. 21
2.1.7 Bestimmung der Hydrophobizität von Bakterien............... 21
2.1.8 Rasterelektronenmikroskopie (REM)...................... 22
2.1.9 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)................. 22
2.1.10 Nachweis von Strukturen auf Zelloberflächen................ 22
2.1.11 Isolierung und quantitative Zusammensetzung der extrazellulären poly-
meren Substanzen (EPS)............................. 23
2.1.12 Quantitative Analysen............................. 23
2.1.12.1 Phenol-Schwefelsäuretest auf Zucker ..................... 23
2.1.12.2 Proteinbestimmung ................................ 24
2.1.12.3 Bestimmung der Uronsäuren .......................... 24
2.1.13 Charakterisierung der EPS............................ 25
2.1.13.1 Charakterisierung der Ladungsverhältnisse mit Anionenaustauscher-
chromatographie.................................. 25
2.1.13.2 SDS-Polyacrylamidgeielektrophorese(SDS-Page).............. 25
2.1.13.3 Biochemischer Nachweis von Oberflächenproteinen ............ 28
2.1.13.4 Nachweis von Glykoproteinen......................... . 30
2.1.13.5 Qualitative Analyse der Neutralzueker der isolierten EPS......... 30
2.1.13.6 Quantitative Bestimmung der Elemente mit dem ICP-OES ........ 31
2.1.14 Behandlung ganzer Zellen mit Enzymen und anderen Agentien ..... 32
2.1.15 Coaggregationstest................................. 33
2.1.16 Quantitative Bestimmung der Anhaftungskraft von Bakterien
mit einem Ultraschallsystem........................... 33
2.2 Charakterisierung der Aufwuchsoberfläche.................. 35
2.2.1 Chemische Zusammensetzung der im Adhäsionstest eingesetzten
Umkehrosmosemembranen............................ 35
2.2.2 Ermittlung der Rauhigkeit eingesetzter Aufwuchsflächen ......... 36
2.2.3 Bestimmung der Hydrophobizität von Oberflächen mit der
Kontaktwinkelmethode
37
2.2.4 Bestimmung des Zeta-Potentials zur Charakterisierung der
Ladungsverhältnisse an einer Oberfläche...................38
3 Ergebnisse.....................................40
3.1 Auswahl der als Aufwuchsflächen eingesetzten synthetischen
Membranen.....................................40
3.2 Rauhigkeit der Polyethersulfon- und der Polyamidmembran........40
3.3 Bestimmung der Kontaktwinkel von Aufwuchsoberflächen ........ 43
3.4 Charakterisierung der Ladungsverhältnisse einer Polyethersulfon-
membran durch Messung des Zeta-Potentials ................44
3.5 Identifizierung und Charakterisierung isolierter Bakterienstämme .... 46
3.6 Charakterisierung der Mischkulturen aus Biofilmen aus Wasser-
aufbereitungsanlagen ...............................47
3.7 Untersuchungssystem zur Adhäsion von Bakterien mit dem Adhäsionstest 49
3.7.1 Ermittlung des Adhäsionsverhaltens von P. diminuta mit dem standardi-
sierten Adhäsionstest...............................50
3.7.2 Verlauf der Primäradhäsion von P.dimlnuta................. 53
3.7.3 Einfluß der Zeltdichte von P. diminuta auf die Belegung ......... 55
3.7.4 Einfluß der Temperatur.............................. 58
3.7.5 Adhäsion mit lebenden und abgetöteten Zellen................ 59
3.8 Untersuchungen der Rolle der verschiedenen Typen molekularer Wechsel-
wirkungen bei der Anheftung von P. diminuta an synth. Membranen . . 62
3.8.1 Rolle der hydrophoben Wechselwirkungen und der sterisehen Effekte . 63
3.8.1.1 Einfluß oberflächenaktiver Substanzen.....................64
3.8.1.2 Hydrophobizität der Zelloberfläche.......................67
3.8.1.3 Hydrophobizität der Aufwuchsfläche...................... 68
3.8.2 Elektrostatische Wechselwirkungen ...................... 69
3.8.2.1 Einfluß des pH-Wertes.............................. 70
3.8.2.2 Einfluß der Konzentration ein- und mehrwertiger Kationen........ 72
3.8.3 Wasserstoffbrückenbindungen.......................... 74
3.9 Rolle der EPS bei der Primäradhäsion..................... 76
3.9.1 Isolierung und quantitative Zusammensetzung der EPS von P.diminuta . 76
3.9.2 Charakterisierung der EPS............................ 78
3.9.2.1 Bestimmung der Ladungsverhältnisse mit Anionenaustauscher-
chromatographie.................................. 78
3.9.2.2 Nachweis von Oberflächen- und Glykoproteinen .............. 79
3.9.2.3 Qualitative Analyse der Zucker......................... 81
3.9.3 Einfluß von Modifikationen der EPS ganzer Zellen auf die Adhäsion . . 81
3.9.3.1 Behandlung ganzer Zellen mit Perjodat.................... 81
3.9.3.2 Enzymatische Behandlung ganzer Zellen ................... 82
3.9.3.3 Thermische Denaturierung............................ 83
3.10 Untersuchungen zum Einsatz von Ultraschall zur Ablösung von Biofilmen
und zur Bestimmung der Anhaftungsstärke von Bakterien......... 85
3.10.1 Ablösung mikrobieller Beläge in einem Ultraschallbad........... 85
3.10.2 Quantifizierung der Adhäsionsstärke von P. diminuta auf einer
Polyethersulfonmembran mittels Ultraschall ................. 86
3.11 Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Bakterienzellen bei der
Bildung eines Biofilms.............................. 91
3.11.1 Coaggregationsverhalten isolierter Bakterien aus dem Biofilm einer
Umkehrosmosemembran............................. 91
3.11.2. Coaggregationsverhalten sekundär anhaftender Bakterien, isoliert von
einem monobakteriellen Biofilm ........................ 92
4 Diskussion..................................... 94
5 Schlußfolgerungen und Ausblick für die Praxis ............. 104
6 Zusammenfassung................................ 106
7 Literatur...................................... 109
8 Veröffentlichungen................................ 125
9 Anhang
Verzeichnis der
Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft 127
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