Bacillus amyloliquefaciens FZB42 ist ein im Boden weit verbreitetes Bakterium. Es kolonisiert Pflanzenwurzeln und werde als Biodünger verwendet, da sie in der Lage sind, Pflanzenwachstum zu fördern. Der domestizierte Stamm B. subtilis 168 ist eng verwand mit B. amyloliquefaciens FZB42, fördert jedoch kein Pflanzenwachstum. Als ein erster Ansatz zur Ermittlung von Gendifferenzen zwischen FZB42 und B. subtilis 168 - wobei zum damaligen Zeitpunkt nur die Genomsequenz letzteren Organismus bekannt war - wurde die Supression Subtractive Hybridisation (SSH) angewandt. Hierdurch wurden mehrere einzigartige Gene in B. amyloliquefaziens identifiziert. Unterdessen beteiligte sich unser Labor in Kollaboration mit dem GenoMik Network in Göttingen an einem Projekt, dessen Ziel die komplette Sequenzierung des Genoms von B. amyloliquefaciens war. Der Hauptanteil der Arbeit, sowie die Koordination des gesamten Projekts wurden von Xiao-Hua Chen und mir selbst durchgeführt. B. amyloliquefaciens FZB42 besitzt die srf, fen, pks1 (bae), bac und dhb Operons, welche für die Synthese von Surfactin, Fengycin, Bacillaene, Bacilysin und Bacillibactin verantwortlich sind und die ebenfalls im Genom von B. subtilis 168 enthalten sind. Das Genom von B. amyloliquefaciens FZB42, beinhaltet die bmy Gencluster, die die Synthese von Bacillomycin D kontrolliert. Ein weiteres in dieser Arbeit verfolgtes Ziel war die Identifizierung der regulatorischen Wege, die die Expression von Bacillomycin D steuern. Es wurde gezeigt, dass globale Regulatoren, wie beispielsweise DegU, DegQ und ComA, die alternativen Sigmafaktoren sigB und sigH und ein neuartiges Rap-Protein die transkriptionale Aktivität des in dieser Arbeit identifizierten Hauptpromotors des bmy-Operons beeinflussen. Es wurde gezeigt, dass DegU seine Effekte nach direkter Bindung an zwei unterschiedliche Regionen im bmy-Promotor ausübt. Es wurde außerdem gezeigt, dass DegU abgesehen von der Aktivierung des Hauptpromoters des bmy-Operons eine zusätzliche, vermutlich eine post-transkriptionale Rolle spielt. Auf ähnliche Weise erwies sich YczE, ein Membranprotein unbekannter Funktion, das neben sfp kodiert liegt, als essentiell für die Bacillomycin D-Produktion. Der Effekt wurde auf einem post-transkriptionalen Level ausgeübt und war unabhängig von DegU. / Bacillus amyloliquefaciens FZB42 is widely distributed in the soil. It colonizes the plant roots and is used as bio-fertilizer, since they can promote plant growth.The domesticated strain of B. subtilis 168 is closely related to B. amyloliquefaciens FZB42, but does not promote plant growth. As a first approach to detect gene differentiation between FZB42 and B. subtilis 168, and since only the genome sequence of the latter was known at that point, Suppression Subtractive Hybridization (SSH) was employed. Thereby, several unique genes of B. amyloliquefaciens FZB42 could be identified. Meanwhile, our laboratory became engaged in a project aiming to define the complete genome sequence of B. amyloliquefaciens FZB42, in collaboration with the GenoMik Network in Göttingen. The major part of the work and the co-ordination of the whole process were performed by Xiao-Hua Chen and myself. B. amyloliquefaciens FZB42 possesses the srf, fen, pks1 (bae), bac and dhb operons, which are also shared by B. subtilis 168. In addition, the genome of B. amyloliquefaciens FZB42 contains the bmy gene clusters, which controls the synthesis of bacillomycin D. A further issue pursued in this work was to identify the regulatory pathways that govern the expression of bacillomycin D. Global regulators, such as DegU, DegQ and ComA, the alternative sigma factors, sigB and sigH, and a novel Rap protein were found to affect the transcriptional activation of the main promoter of the bmy operon identified in this work. In particular, DegU was shown to mediate its effects, after binding directly to two sites at the bmy promoter region. DegU was shown to play an additional role on bacillomycin D production, presumably a post-transcriptional one. Similarly, YczE, a membrane protein of unknown function, encoded adjacently to sfp proved to be essential for bacillomycin D production, but dispensable for the production of the rest peptide antibiotics produced by B. amyloliquefaciens FZB42. The effect was mediated at a post-transcriptional level and was independent of DegU.

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Begrünungsmethode für Gleisbette mit schneller Vegetationsentwicklung. Zur Begrünung wurden Sedumpflanzen verwendet, die durch den Einsatz von Bacillus subtilis, Lactobacillus und Nährsubstrat (allein und kombiniert) in verschiedenen Vegetationssystemen auf dem nährstoffarmen Standort Gleisbett etabliert werden sollten. Die Aktivität der inokulierten Mikroorganismen wurde indirekt über den Einfluss auf die Vegetationsleistung ermittelt. Der Einsatz von B. subtilis und Lactobacillus bewirkte eine signifikante Wachstumsförderung der oberirdischen Pflanzenteile. Die Anwendung von Nährsubstrat als Bodenhilfsmittel war ebenfalls für das Pflanzenwachstum besonders wirksam, sowohl allein appliziert als auch in Kombination mit den Bakterien. Darüber hinaus führte die Applikation der Bakterien und des Nährsubstrates zu einem reduzierten Trockenstress auf Geotextilmatten. Die Wahl des Substrates war entscheidend für die Wirksamkeit der Bakterieninokulation. Jedoch hatten höhere Versuchstemperaturen und pH-Werte ebenfalls eine positive Wirkung auf das Pflanzenwachstum. Diese Einflüsse waren in Kombination mit Ziegelbruchsubstrat wesentlich stärker als mit den anderen getesteten Substrattypen. Das Ziegelbruchsubstrat kombiniert mit einer Bakterien- und Nährsubstratbehandlung bewährte sich als günstiges, umweltschonendes Begrünungsverfahren von Gleisbettanlagen. / The aim of the present study was to develop and improve existing methods for the remediation of rail tracks using soil borne bacteria. Through the use of Bacillus subtilis and Lactobacillus ssp. alone and in combination with a nutrient solution three different growth substrates were tested. The substrates were brick chips, textile mats, and mineral wool mats. Brick chips were tested along railway tracks in Munich but all three substrates were tested along an artificial rail track on the experimental station at the Humboldt University-Berlin. Plants selected for remediation belong to the genus Sedum, which is relatively tolerant to dry conditions. The use of Bacillus subtilis and Lactobacillus in combination with a nutrient solution improved plant growth significantly. Plants inoculated with bacteria showed increased growth during the first three months but after four months there was no longer any significant difference between treatments. The addition of nutrient solution alone improved plant growth. Plant growth was significantly different on all three substrates, whereas brick chips were the best substrate. The results of this study indicate that the quality of the substrate is the most important factor for remediation and greening of rail tracks. Both bacteria tested had only a limited effect. High temperature and pH resulted in larger Sedum plants in the open field. Brick chips are a cheap substrate which can be used for rail track greening. The rapid growth of plants can be influenced by the application of an additional nutrient solution as well as inoculation with Lactobacillus and/or B. subtilis.