Bakterienvielfalt und Nachweis potenziell pathogener Arten in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage – neue Erkenntnisse dank Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung von rRNA-Gen-Amplikons

Die meisten Umweltbakterien lassen sich nicht im Labor kultivieren, aber sie können direkt, ohne Kultivierung, durch Analysen ihrer 16S rRNA-Gene detektiert und differenziert werden. Dabei werden 16S rRNA-Gene mit ~. 97 % Sequenzidentität spezifischen OTUs (operational taxonomic units) zugeordnet, was grob dem Arten-Niveau entspricht. Hier wurde kultivierungsunabhängig die Bakterienvielfalt und das mögliche Vorkommen von pathogenen Arten in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage untersucht. Die Anlage bestand aus zwei Linien, eine erhielt Silage, die andere Silage plus Rindergülle. Jede Linie bestand aus einem Haupt- und Nachgärer. Insgesamt wurden 3,5 Millionen 16S rRNA-Genabschnitte analysiert. Bioinformatische und phylogenetische Analysen ergaben, dass in jedem Gärer etwa 2150 OTUs, die sich auf insgesamt 53 Klassen verteilten, vorkamen. Clostridia (49–56 % aller Sequenzen), Bacilli (8–12 %) und Bacteroidia (7–10 %) waren besonders stark vertreten. Nur 5,1 % der OTUs reagierten auf den Zusatz von Rindergülle. Eine dominante OTU (6,5–10,9 %) ließ sich dem Komplex Streptococcus bovis/Streptococcus equinus zuordnen. Die 16S rRNA-Gene anderer potenziell pathogener Arten wurde nur in sehr niedriger Abundanz nachgewiesen (~, 0,01 %), darunter Clostridium tetani, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum oder Mycobacterium tuberculosis. Keine dieser OTUs nahm in ihrer Abundanz in Vergleich von Haupt- zu Nachgärern zu oder wurde durch die Zugabe von Rindergülle signifikant verändert. Ob die identifizierten Sequenzen tatsächlich von pathogenen Bakterien stammen, kann über die 16S rRNA-Gen- Analysen nicht bewiesen werden. Mit der Methode lassen sich jedoch mit sehr hoher Empfindlichkeit potenziell risikoreiche Umweltproben für ggf. weitere diagnostische Verfahren identifizieren.