Animal hides are the basic raw material of the leather industry and they undergo rapid putrefaction unless "cured". This study investigated the role and interactive effects of three selected bacteria, Pseudomonas aeruginosa. Clostridium histoly ticum and Clostridium sporogenes in in-situ cattle hide degradation using a model system set up for the purpose. The system consisted of 3cm diameter hide pieces contained in sealed jars and sterilised by ethylene oxide to remove resident microbes and inactivate autolytic tissue enzymes. The inocula were prepared either as individual cultures or as combinations of two inocula or all three inocula. Degradative changes during storage at 30°C were measured for up to 8 days using ten different parameters. Initial trials confirmed that the selected inocula were readily isolated from raw hides and could outcompete resident populations to produce putrefactive decomposition. Growth rates and enzyme profiles of the organisms and the effects of nutrients and reductants on their relative denaturative effects were used to standardise the system. Trials on the effects of ethylene oxide indicated the suitability of the method for hide and collagen sterilisation. The findings of in-situ trials with the selected inocula confirmed previous studies of protein putrefaction in that a bacterial succession was evident involving aerobic proteolytic bacteria, micro-aerophilic proteolytic bacteria and strictly anaerobic amino acid degrading bacteria. However, this study showed that the micro-aerophilic collagenase producing C. histolyticum degraded hides at a far greater rate when inoculated on its own than when in the presence of either or both of the other two inocula. It also demonstrated a bacterial antagonism between the two clostridia in which C. sporogenes prevented degradative changes occurring for up to 4-6 days possibly due to cysteine production by C. sporogenes. These findings have implications for hide preservation since maintenance of aerobic conditions and suppression of spore outgrowth could be used to delay growth of collagenase producing clostridia. The use of C. sporogenes as a biocontrol agent is also postulated. The model system was also used to examine salted hides during storage and these studies indicated that Halobacteriaceae do not produce collagenase but that inadequately salted hides could possibly be subject to degradation by delsulfovibrios.

Este trabalho teve como objetivo principal modelar a Rede de Regulação Gênica do organismo modelo Halobacterium salinarum NRC-1, estabelecendo interações entre as entidades da rede por intermédio de experimentos inéditos de interação física: ChIP- *, RIP-* e dRNA-seq. Em contraponto com as abordagens clássicas de construção de redes, que estimam interações através de medições de expressão gênica, este trabalho as estabeleceu exclusivamente de interações físicas, permitindo que a estrutura final seja uma representação mais fiel ao fenômeno físico de regulação gênica, baseando-se nos fundamentos da Biologia Sistêmica. Em vista da abundância de dados públicos de expressão gênica para o organismo e do objetivo primário, um objetivo secundário foi traçado: identificar, computacionalmente, genes de fato controlados pelas interações fornecidas pela nova rede. Para isso, a estrutura estabelecida foi transformada numa Rede Bayesiana, e a identificação de genes foi efetuada através da análise de suas Tabelas de Probabilidade Condicionais. Finalmente, como os resultados obtidos para o objetivo secundário foram desfavoráveis a utilização de Redes Bayesianas, os resultados efetivos deste trabalho foram a criação de uma nova Rede de Regulação Gênica para a H. salinarum e uma análise em torno da efetividade de Redes Bayesianas neste contexto. / The main goal of this work was modeling the gene regulatory network of the model organism Halobacterium salinarum NRC-1, establishing new interactions between networks entities through unpublished physical interaction experiments: ChIP-*, RIP-* e dRNA-seq. Instead of using classical approaches to build network structures that estimates interactions using gene expression data, this work established them exclusively from physical interactions. Therefore, the final structure is a more reliable representation of the physical phenomenon of gene expression, built using the principles of systems biology. Considering the amount of public available gene expression data and the primary goal, another objective was proposed: a computational analysis to detect genes actually controlled by the interactions of the new network. To achieve this goal the established network was transformed in a Bayesian network, detecting genes through the analysis of their conditional probability tables. Lastly, as the results of the secondary goal went against the use of Bayesian networks, the effective results of this thesis were the creation of a new genetic regulatory network for H. salinarum and an analysis around Bayesian networks in this context.

Este trabalho teve como objetivo principal modelar a Rede de Regulação Gênica do organismo modelo Halobacterium salinarum NRC-1, estabelecendo interações entre as entidades da rede por intermédio de experimentos inéditos de interação física: ChIP- *, RIP-* e dRNA-seq. Em contraponto com as abordagens clássicas de construção de redes, que estimam interações através de medições de expressão gênica, este trabalho as estabeleceu exclusivamente de interações físicas, permitindo que a estrutura final seja uma representação mais fiel ao fenômeno físico de regulação gênica, baseando-se nos fundamentos da Biologia Sistêmica. Em vista da abundância de dados públicos de expressão gênica para o organismo e do objetivo primário, um objetivo secundário foi traçado: identificar, computacionalmente, genes de fato controlados pelas interações fornecidas pela nova rede. Para isso, a estrutura estabelecida foi transformada numa Rede Bayesiana, e a identificação de genes foi efetuada através da análise de suas Tabelas de Probabilidade Condicionais. Finalmente, como os resultados obtidos para o objetivo secundário foram desfavoráveis a utilização de Redes Bayesianas, os resultados efetivos deste trabalho foram a criação de uma nova Rede de Regulação Gênica para a H. salinarum e uma análise em torno da efetividade de Redes Bayesianas neste contexto. / The main goal of this work was modeling the gene regulatory network of the model organism Halobacterium salinarum NRC-1, establishing new interactions between networks entities through unpublished physical interaction experiments: ChIP-*, RIP-* e dRNA-seq. Instead of using classical approaches to build network structures that estimates interactions using gene expression data, this work established them exclusively from physical interactions. Therefore, the final structure is a more reliable representation of the physical phenomenon of gene expression, built using the principles of systems biology. Considering the amount of public available gene expression data and the primary goal, another objective was proposed: a computational analysis to detect genes actually controlled by the interactions of the new network. To achieve this goal the established network was transformed in a Bayesian network, detecting genes through the analysis of their conditional probability tables. Lastly, as the results of the secondary goal went against the use of Bayesian networks, the effective results of this thesis were the creation of a new genetic regulatory network for H. salinarum and an analysis around Bayesian networks in this context.

La saline de Sfax est un milieu hypersalin localisé dans la zone centrale de la côte est de Tunisie. Dans ce travail, nous avons isolé, identifié, et caractérisé des souches halophiles produisant des peptides antimicrobiens (halocines), afin de mieux comprendre leur rôle dans les interactions microbiennes au sein des milieux hypersalins. Deux étangs salins (TS18, 390 g.L-1 NaCl et M1, 200 g.L-1 NaCl) ont été choisis pour l’échantillonnage. Trente-cinq souches de procaryotes halophiles ont été isolées et caractérisées, dont 11 ont présenté une activité antimicrobienne. Parmi ces souches, 3 produisent des substances antimicrobiennes de nature protéique. A l’aide de PCR et RT-PCR nous avons montré que les souches Halobacterium salinarum ETD5 et ETD8 exprimaient le gène de l’halocine S8, un peptide de 3,6 kDa préalablement purifié d’une souche S8a non identifiée. Le peptide a été purifié à partir de cultures de la souche Hbt. salinarum ETD5. Après purification bioguidée, les fractions actives révèlent deux bandes de 8 et 14 kDa présentant une activité antimicrobienne. L’analyse par séquençage Nterminal et spectrométrie de masse a permis d’identifier ces deux halocines. La bande de 8 kDa correspond à une halocine S8 de 81 acides aminés qui subirait une maturation post-traductionnelle protéolytique différente de celle initialement décrite dans la littérature. Le clonage et le séquençage du gène codant le précurseur de l’halocine S8 démontrent que la séquence est identique chez les deux souches ETD5 et S8a. La bande de 14 kDa correspond à une nouvelle halocine, l’halocine S14. L’halocine S14 correspond à une forme tronquée en partie N-terminale de la Mn-superoxyde dismutase (SOD) d’Hbt. salinarum. Il pourrait s’agir d’évolution divergente d’un gène codant deux protéines distinctes, ou d’une maturation différente de la SOD. Ce travail permettra de mieux connaître les molécules intervenant dans les interactions microbiennes dans les milieux hypersalins, des milieux extrêmes susceptibles de révéler des structures et des modes d’action originaux. / The solar saltern of Sfax is a hypersaline located in the central area of the eastern coast of Tunisia. In this study, we isolated, identified, and characterized halophilic strains producing antimicrobial peptides (halocins), aiming to understand their role in microbial interactions in hypersaline environments. Two ponds (TS18, 390 g.L-1 NaCl and M1, 200 g.L-1 NaCl) were selected for sampling. Thirty-five halophilic strains have been isolated and characterized, among which 11 displayed antimicrobial activity. Three of them produced antimicrobial substances of proteinaceous nature. Using PCR and RT-PCR, we have demonstrated that Halobacterium salinarum ETD5 and ETD8 express the gene encoding halocin S8, a 3.6 kDa peptide previously isolated from a strain S8 unidentified. The peptide was purified from cultures of strain Hbt. salinarum ETD5. Following bioguided purification, the active fractions revealed two protein bands of 8 and 14 kDa exhibiting antimicrobial activity. N-terminal sequencing and mass spectrometry analyses allowed identification of these two halocins. The 8 kDa band corresponds to halocin S8, undergoing a different proteolytic post-translational processing from that originallydescribed. Cloning and sequencing of the gene encoding the precursor of halocin S8 showed that the sequence is identical for both strains ETD5 and S8a. The 14 kDa band is a new halocin termed halocin S14. Halocin S14 corresponds to an N-terminally truncated portion of the archaeal Mnsuperoxide dismutase (SOD). This could result from divergent evolution of a gene encoding two distinct proteins, or a different post-translational processing of SOD. Our study helps to better understand which molecules are involved in microbial interactions within hypersaline environments and and how they contribute to the competitions in such extreme environments, which are susceptible to give rise to original structures and modes of action.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wechselwirkung von halophilen Mikroorganismen mit Uran unter Verwendung verschiedener spektroskopischer, mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden untersucht. Ausgewählte Vertreter halophiler Mikroorganismen waren dabei das moderat halophile Bakterium Brachybacterium sp. G1 sowie zwei extrem halophile Archaea der Gattung Halobacterium. Für das extrem halophile Archaeon H. noricense DSM15987T wurde auch die Wechselwirkung mit den trivalenten Metallionen Europium und Curium untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Bioassoziation von Uran durch das untersuchte Bakterium und die beiden Archaea in unterschiedlicher Art und Weise erfolgte. Für den niedrigeren Urankonzentrationsbereich (30 - 50 μM) konnte für das moderat halophile Bakterium der Prozess der Biosorption nachgewiesen werden, welcher nach 2 h abgeschlossen war. Mittels in situ ATR FT-IR war ausschließlich die Anbindung von Uran an Carboxylgruppen detektierbar. Die Assoziation desselben Radionuklids an die Zellen der beiden extrem halophilen Archaea erfolgte im Gegensatz dazu in einem mehrstufigen Prozess. Dieser ist bisher in der Literatur nach bestem Wissen nur einmal für ein Bakterium beschrieben. Der mehrstufige Prozess ist gekennzeichnet durch eine erste kurze Assoziationsphase von einer Stunde, gefolgt von einer Freisetzung des Urans in die umgebende Lösung. Nach dieser vierstündigen Desorptionsphase setzte ein erneuter Assoziationsprozess ein. Bei höheren Urankonzentrationen (85 - 100 μM) wurde mit zunehmender Kontaktzeit mehr Uran assoziiert, ohne dass Desorptionsprozesse erkennbar waren. Um den mehrstufigen und konzentrationsabhängigen Assoziationsprozess von Uran an H. noricense DSM15987T auf molekularer Ebene aufzuklären, wurden Fluoreszenzmikroskopie, Elektronenmikroskopie gekoppelt mit EDX – Analyse sowie in situ ATR FT-IR, TRLFS und XAS komplementär eingesetzt und diese mikroskopischen und spektroskopischen Methoden durch die molekularbiologische Methode der Proteomik ergänzt. Mikroskopisch konnte eine Agglomeration der Zellen detektiert werden. Diese war mit zunehmender Inkubationszeit sowie bei höherer Urankonzentration stärker ausgeprägt. Mit den spektroskopischen Methoden konnte die Anbindung von Uran an carboxylische Funktionalitäten nachgewiesen werden. Zusätzlich war eine Phosphatspezies, strukturell analog dem U(VI) Mineral Meta-Autunit, nachweisbar. Die Fraktionsanalyse zeigt, dass bei niedriger Urankonzentration diese Phosphatspezies dominant ist. Demgegenüber überwiegt bei einer höheren Urankonzentration die carboxylische Spezies. Dies kann mit der verstärkten Agglomeration und der damit einhergehenden Freisetzung von EPS, wozu auch carboxylische Funktionalitäten in Form von verschiedenen Zuckerderivaten gehören, erklärt werden. Eine Bestätigung der Bildung eines Uran-Phosphat-Minerals erfolgte mit TEM/EDX. Die erhaltenen spektroskopischen und mikroskopischen Nachweise des Uran-Phosphat-Minerals konnten auch erstmalig mit molekularbiologischen Ergebnissen in Übereinstimmung gebracht werden. Dabei war mit Hilfe der Proteomik eine Uran-induzierte Änderung der Expression von Enzymen des Phosphatmetabolismus nachweisbar. Zusätzlich wurde die Interaktion von H. noricense DSM15987T mit trivalenten Metallen untersucht. Dabei kam das radioaktive Element Curium und sein analoges Lanthanid Europium zum Einsatz. Es konnte festgestellt werden, dass es sich bei der Assoziation von Europium, anders als beim Uran, nicht um einen mehrstufigen Prozess handelt. Jedoch ist auch hier nicht von einer reinen Biosorption auszugehen, da die Assoziation relativ langsam erfolgt. Mit TRLFS konnten drei zellassoziierte Spezies extrahiert werden. Durch den Vergleich mit Referenzspektren fand eine Zuordnung zu einer phosphatischen und einer carboxylischen Spezies statt. Bei der Assoziation von Curium an das halophile Archaeon konnten zwei Spezies identifiziert werden, welche allerdings auf Grund der geringen Anzahl an vorhandenen Referenzspektren nicht eindeutig zugeordnet werden konnte. Mit der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die bisher in der Literatur noch nicht beschriebene Kombination von spektroskopischen, mikroskopischen und molekularbiologischen Methoden zur Aufklärung der Uraninteraktion mit Mikroorganismen notwendig ist. So können stattfindende Prozesse zusätzlich durch eine veränderte Proteinexpression erklärt werden. Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Art und Weise der Wechselwirkung eines Radionuklids mit einem Mikroorganismus stark vom jeweiligen Mikroorganismus abhängt. Daher ist es zukünftig wichtig die unter Endlagerbedingungen aktiven dominanten Vertreter zu identifizieren, um daraus resultierend die bedeutenden Stoffwechselwege abzuleiten und letztendlich thermodynamische Daten für die Sicherheitsanalyse zu generieren. Das in dieser Arbeit untersuchte Bakterium wird aufgrund seiner geringen Salztoleranz, trotz seiner starken Biosorption des Urans, eher eine untergeordnete Rolle für das Migrationsverhalten der Radionuklide im Salzgestein spielen. Demgegenüber sind Halobacterium Spezies auf Grund ihrer hohen Salztoleranz und ihres ubiquitären Vorkommens in weltweiten Salzvorkommen ein dominanter Mikroorganismus in Steinsalz. Die untersuchten extrem halophilen Archaea tragen dabei zu einer Immobilisierung des Urans (z. Bsp. durch Biomineralisierung und Bioreduktion) und somit zur Rückhaltung von im Salzgestein freigesetzten Radionukliden bei. Inwiefern diese Transformationsprozesse auch für andere sechswertige Actinide wie PuO22+ und NpO22+ zutreffen, muss in weiteren Experimenten geklärt werden.

photosynthetic bacteria is attractive field as production is fueled by solar energy. Hydrogen production potential of two photosynthetic bacteria R.capsulatus (DSM1710 wild type and R.capsulatus YO3 Hup- uptake hydrogenase deleted mutant strain) were examined in agar immobilized systems. In the present work agar and glutamate concentrations were optimized for immobilization of bacteria while feeding bacteria with 40/2-4 mM acetate/ glutamate. Immobilized bacteria produced hydrogen for 420-1428 hours covering 5-7 rounds. Optimizing of acetate concentration indicated that 60 mM produced the highest observed yield around 90-95%. Results shown that 2.5 mg dry cell weight/mL is the optimum cell concentration for wild type strain while 5 mg dry cell weight/mL was optimum for YO3 strain. Using either glycerol or sodium dithionite caused decrease in hydrogen production capacity of immobilized bacteria. It was observed that agar provided protection against inhibition effect of ammonium. Co- v immobilization of bacteria with packed cells of H. salinarium increased total hydrogen production capacity by about 1.14-1.41 folds. Hydrogen production by immobilized bacteria in panel photobioreactor was achieved by a novel system which allowed long term hydrogen production. Immobilized R. capsulatus DSM 1710 in panel reactor worked for about 67-82 days covering 4-5 rounds while immobilized R. capsulatus YO3 worked for 69-72 days covering seven rounds.

Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss., 2007. / Dateien im PDF-Format.

Thesis (M.Sc. (Microbiology))--Mahidol University, 1983.

Stuttgart, Universiẗat, Diss., 2005.

Universiẗat, Diss., 2001--Dortmund.