Isolierung und Charakterisierung von Spirochaeten aus dem Termitendarm

Abstract

Termiten beherbergen in ihrem Darm eine einzigartige Flora aus Bakterien, Archaeen, Flagellaten und Hefen. Diese symbiontische mikrobielle Gemeinschaft ist am Abbau von komplexen organischen Verbindungen beteiligt und ermöglicht es den Termiten schwer abbaubares Material wie Holz als Nahrungsquelle zu nutzen. Spirochaeten, eine Gruppe beweglicher Bakterien die sich durch ihre besondere Morphologie und Art der Fortbewegung von allen anderen Mikroorganismen abgrenzen lassen, gehören zu den häufigsten Bakterien im Termitendarm. Ziel der Arbeit war die Isolierung und Charakterisierung bislang unbekannter Spirochaeten aus Termitendärmen. Aus drei niederen Termitenarten konnten sechs spirochaetale Stämme gewonnen und identifiziert werden. Die Isolate ließen sich anhand der 16S rRNA Gensequenzen den Gattungen Treponema und Spirochaeta zuordnen. Im Gegensatz zu allen bislang charakterisierten Spirochaeten zeigte der Stamm SPN1 aus der Termite Neotermes castaneus eine kokkoide Zellform und war unbeweglich. Der Organismus wurde daher als neue Art, Spirochaeta coccoides sp. nov., beschrieben. Bei allen gewonnenen Isolaten handelt es sich um strikt anaerobe Organismen die verschiedene Mono-, Di- und Oligosaccharide fermentieren. Als wesentliche Stoffwechselprodukte konnten Acetat und Ethanol (sowie Formiat bei einem Stamm) identifiziert werden. Weiterhin konnten bei den untersuchten Stämmen eine Reihe von enzymatischen Aktivitäten nachgewiesen werden, die für den Abbau von Lignocellulose im Termitendarm von Bedeutung sind. Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Spirochaeten eine wichtige Rolle bei der Fermentation von Abbauprodukten der Lignocellulose im Termitendarm spielen.

Termites have developed a unique hindgut flora consisting of bacteria, archaea, flagellates and yeasts. This symbiotic microbial community supports the decomposition of complex organic compounds and thus enables the termites to feed on hardly degradable material such as wood. Spirochetes, a group of highly motile bacteria which are distinguished from all other microorganism by their unique morphology and mechanism of motility, are one of the most abundant bacteria present in the gut fluid of termites. The objective of this work was the isolation and characterisation of novel spirochetes from the termite hindgut. Six spirochaetal strains from three lower termites were isolated and identified. Based on the 16S rRNA gene sequences the isolates could be assigned to the genera Treponema and Spirochaeta. In contrast to all other known spirochete species, strain SPN1 from the termite Neotermes castaneus shows a coccoid morphology and is immotile. Therefore, it represents a novel species, which was named Spirochaeta coccoides sp. nov. All strains are obligate anaerobic and ferments different mono-, di- and oligosaccharides by forming acetate and ethanol (and formate in one case) as main fermentation end products. The isolates possess different enzymatic activities which are involved in the degradation of lignocellulose in the termite hindgut. Therefore, they may play an important role in the digestion of breakdown products from cellulose and hemicellulose in the termite gut.