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Metz, Sigrun (2001): Herstellung von monoklonalen Antikörpern gegen die Cuabhängige dissimilatorische Nitritreduktase: und deren Anwendung zum in situ-Nachweis der Denitrifikationsaktivität von Bakterien. Dissertation, LMU München: Faculty of Biology
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Abstract

Ziel dieser Arbeit war es ein serologisches Testystem für die Beantwortung ökologischer Fragestellungen zur Denitrifikation zu etablieren. Für den in situ-Nachweis der Expression des denitrifizierenden Enzymsystems in Bakterien wurden spezifische monoklonale Antikörper gegen die Cu-haltige dissimilatorische Nitritreduktase (Cu-dNIR) entwickelt. Die für die Produktion der Antikörper benötigte Cu-dNIR wurde mit Hilfe zweier Ansätze präpariert. Der erste Ansatz, die Kombination verschiedener Säulenchromatografien und Reinigung über eine Polyacrylamid-Matrix, erlaubte das Enzym aus einem Bodenisolat von Ochrobactrum anthropi mit einer Ausbeute von 2,5 µg/g Zellen (Feuchtgewicht) zu gewinnen. In einem zweiten Ansatz wurde die Cu-dNIR aus Alcaligenes faecalis S6 nach Fusion mit einem 6 x His-tag in E. coli exprimiert und anschließend über eine spezifische Affinitätsmatrix aufgereinigt. Hiermit konnte eine Ausbeute von 4,5 mg/l [2,25 mg/g Zellen (Feuchtgewicht)] Bakterienkultur gewonnen werden. Mit der Cu-dNIR der beiden Präparationsansätze wurden Mäuse immunisiert und nach drei Zellfusionen 41 verschiedene Hybridomalinien etabliert, deren sezernierte Antikörper in einem ersten Screening im Chemolumineszenz-ELISA mit der für die Immunisierung benutzten CudNIR reagierten. Hieraus wurden über weitere Screeningschritte im Western-Blot zwei Antikörper zur genaueren Charakterisierung ausgewählt: Ein sehr spezifischer Antikörper (mAkdNIR1a), der ausschließlich die zur Immunisierung eingesetzte Cu-dNIR aus Ochrobactrum anthropi 1a erkennt; und ein zweiter Antikörper (mAkdNIR29) mit einem breiteren Reaktionsspektrum für Cu-dNIRs aus Bakterien unterschiedlicher phylogenetischer Herkunft. Beide Antikörper zeigten keine Kreuzreaktionen mit alternativen dissimilatorischen Nitritreduktasen des cd1-bzw. Sirohäm-Typs aus Pseudomonas aeruginosa bzw. E. coli. Die im Chemolumineszenz-ELISA bestimmte Sensitivität für mAkdNIR1a liegt bei 2 ng Cu-dNIR. Mit mAkdNIR29 konnte rekombinante Cu-dNIR bis 5 ng nachgewiesen werden. Mit dem Antikörper mAkdNIR29 konnte eine Differenzierung zwischen Reinkulturen von Alcaligenes faecalis S6, die unter denitrifizierenden bzw. nicht denitrifizierenden Bedingungen gewachsen waren, im Western Blot gezeigt werden. Weiterhin wurde der zeitliche Verlauf der Expression von Cu-dNIR in Ochrobactrum anthropi nach Shift vom aeroben in anaerobes Milieu mittels Immunofluoreszenz mit makdNIR29 auf Einzelzellniveau verfolgt. Das Maximum der Expression wurde nach 7 h erreicht. Der Verlauf der Expressionsstärke folgt der Zunahme der N2O-Produktion pro Zeiteinheit bezogen auf die Zellzahl. Die Expressionsrate der Cu-dNIR ist am stärksten während der exponentiellen Wachstumsphase. Die beiden anti-dNIR-Antikörper konnten in Kombination mit Epifluoreszenz-und Laserscanning- Mikroskopie erfolgreich zur in situ-Detektion der Expression von Cu-dNIR durch Immunofluoreszenz in Reinkulturen und Umweltproben eingesetzt werden. Der Antikörper mAkdNIR1a wurde wegen seiner Spezifität zum Nachweis von Cu-dNIR-induzierten Bakterien an Wurzeln von Weizenpflänzchen eingesetzt, die zuvor mit Ochrobactrum anthropi inokuliert worden waren. Mit dem Antikörper mAkdNIR29 wurden Cu-dNIR-induzierte Bakterien in Klärschlammproben aus zwei verschiedenen Kläranlagen detektiert. Ein Protokoll zur simultanen Markierung von denitrifizierenden Zellen von Ochrobactrum anthropi 1a mit dem Antikörper mAkdNIR1a und einer rRNS-gerichteten Oligonukleotidsonde wurde entwickelt. Immunofluoreszenzmarkierungen mit mAkdNIR29 ermöglichten die Trennung von Cu-dNIRinduzierten und Cu-dNIR-nicht-induzierten Zellen von O. anthropi mittels Durchflusszytometrie in zwei klar abgegrenzte Populationen.