dc.contributor.author
Pauli, Viktoria
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:27:42Z
dc.date.available
2013-07-17T12:06:15.452Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5057
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9256
dc.description
Einleitung 9 Problemstellung 9 Wissenschaftlicher Hintergrund 10 Protozoen als
Teil der Abwasserreinigung 10 Ernährungsweise 13 Bedeutung für die
Abwasserreinigung 14 Schadstoffe und Protozoen 16 Zielsetzung 18 Lösungsweg 18
Material & Methoden 23 Medien 23 Künstliches Abwasser (Belebtschlamm-
Respirationstest) 23 Terrific Broth (TB, Anzucht von E. coli) 23 PPY-Medium
(Ciliaten-Anzucht) 24 Nährsubstrat auf Bakterienbasis (Belebtschlamm-
Phagozytosetest) 25 Belebtschlamm 26 „Biochemical tools“ und Testchemikalien
27 Spezifische Hemmstoffe 27 Testsubstanzen 28 Messungen & Testverfahren 30
Hydrophobizitätsmessung (HR-Wert Bestimmung) 30 Oberflächenpotentialmessung 31
Mikroskopische Bestimmung der Bakteriendichte 31 Elektronische Partikelanalyse
32 Bestimmung der Respirationsrate von Klärschlammproben 32 Letalitätsmessung
von Tetrahymena 33 Schlammcharakterisierung 34 Vitalitätsmessung der
Belebtschlammfauna 36 Thermische Behandlung des Belebtschlammes 37
Schlammfraktionierung 37 Messung der Phagozytoseaktivität von Belebtschlamm 38
Ergebnisse 44 Teil 1 – Erfassung der Phagozytoseaktivität 44 Selektive
Defaunierung 44 Trübungsabnahme 48 Unspezifische Bindung von E. coli 49
Phagozytosemessung 50 Ermittlung von Konzentrations-Wirkungskurven 53
Hauptakteure der Phagozytose 54 Teil 2 – Charakteristika der Phagozytose 55
Kinetik 55 Temperaturabhängigkeit 56 Lokalisation 57 Zeitliche Schwankungen 58
Lagerfähigkeit des Belebtschlammes 61 Teil 3 - Rahmenbedingungen für ein
Testprotokoll 62 Verschlüsse der Testgefäße 62 Neigungswinkel und
Schüttelgeschwindigkeit der Testgefäße 63 Festlegung des Testzeitraumes 65
Belebtschlamm- und Substratkonzentration im Test 66 Verdünnungsmedium 67
Lösungsmittel 68 Teil 4 - Schadstoffmessungen 70 Konzentrations-Wirkungskurven
70 Messung von flüchtigen Stoffen 70 EC50-Werte und Lipophilie 72
Phagozytoseinhibition von Belebtschlamm und Tetrahymena 73 Teil 5 – Entwurf
einer Testvorschrift 76 Testsystem 76 Testdurchführung 76 Auswertung der
Testergebnisse 86 Diskussion 89 Teil 1 Erfassung der Phagozytoseaktivität 89
Selektive Defaunierung 89 Trübungsabnahme / Reduktion bakterieller
Suspensgehalte 91 Unspezifische Bindung von E. coli 92 Phagozytosemessung 93
Ermittlung von Konzentrations-Wirkungskurven 94 Hauptakteure der Phagozytose
94 Teil 2 – Charakteristika der Phagozytose 96 Kinetik 96
Temperaturabhängigkeit 97 Lokalisation der Phagozytoseaktivität 98 Zeitliche
Schwankungen 99 Lagerfähigkeit der Proben 100 Teil 3 – Rahmenbedingungen für
ein Testprotokoll 101 Teil 4 - Schadstoffmessungen 102 Konzentrations-
Wirkungskurven 102 Messung von flüchtigen Stoffen 103 EC50-Werte und
Lipophilie 103 Teil 5 – Schlussfolgerung und Ausblick 108 Zusammenfassung 110
Abstract 112 Literaturverzeichnis 114 Lebenslauf 142 Anhang 143 Teil 1 –
Konzentrations-Wirkungskurven 143 Teil 2 – Kurzfassung
Testanleitung/Testvorschrift 154 Protokoll Testvorbereitung 154 Schema
Testvorbereitung 155 Testprotokoll 156
dc.description.abstract
Protozoen erfüllen eine Schlüsselfunktion im mikrobiellen Nahrungsnetz und
sind wesentlich an den natürlichen Abbau- und Remineralisationskreisläufen
beteiligt. Sie bilden das entscheidende Bindeglied zwischen Bakterien und
kleinen Vielzellern. Durch ihre Fraßaktivität kontrollieren sie den Bestand an
Bakterien. Aber nicht nur in der „natürlichen Selbstreinigung“, sondern auch
im technischen Prozess der Abwasserbehandlung ist ihre Anwesenheit eng mit dem
Reinigungserfolg verbunden. Von ihrer Filtrationsleistung hängt ab, ob und
inwieweit Einzelbakterien ausfiltriert werden und die eigentliche Klärung des
Abwassers (Enttrübung) erfolgt. Trotz der Bedeutung der Einzeller für die
Abwasserreinigung existierte bisher noch kein Test, der für diesen typischen
Expositionspfad umweltrelevanter Schadstoffe Aus¬sagen zu ökotoxikologischen
Effekten gegenüber der funktionell wichtigen Gruppe der Protozoen ermöglichte.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Test entwickelt, der die
Phagozytoseaktivität der Protozoen im Belebtschlamm erfasst. Die Fraßleistung
der Einzeller wird anhand des Verbrauchs bakterieller Suspensionen über einen
Zeitraum von 22 Stunden bei 22°C mit photometrischen Methoden ermittelt. Die
Phagozytoseaktivität ist stark temperaturabhängig und eng an die
Belebtschlammflocken gebunden; pro Stunde werden durchschnittlich etwa
0,36∙108E.coli-Zellen/mL bei einer Be-lebtschlammkonzentration von 1 g/L (TG)
verbraucht. Die durchschnittliche Pha-gozytoseaktivität verändert sich mit den
Jahreszeiten, aber auch innerhalb aufei-nanderfolgender Tage sind deutliche
Schwankungen zu beobachten. Für eine erfolgreiche Testdurchführung wurden
verschiedene Rahmenbedingungen festgelegt, die das Verhältnis von eingesetztem
bakteriellen Substrat zu Be-lebtschlamm betreffen sowie Angaben über
Verdünnungsmedien, Durchmischung der Proben und geeignete Testgefäße
enthalten. Anhand von 27 Testchemikalien mit unterschiedlichen physiko-
chemischen Eigen-schaften und verschiedenen Wirkmechanismen wurde das
Testsystem zur Über-prüfung der Anwendungsbreite, der Zuverlässigkeit sowie
seiner Nachweisemp-findlichkeit validiert. In 26 Fällen konnten EC50-Werte
ermittelt werden. Die ökoto-xikologische Klassifizierung der
Chemikalieneffekte entspricht dem typischen Wirkmuster narkotischer, reaktiver
und spezifischer Wirkung. Ein Vergleich mit Literaturdaten ergab, dass sich
die Toxizität der Substanzen in guter Näherung (R2=0,885, n=19) mit Wirkungen
auf die Phagozytoseaktivität des Ciliaten Tetra-hymena vergleichen lässt. Bei
nur 3 von 19 Vergleichssubstanzen entsprechen sich die Wirkprofile nicht.
Keine Korrelation ergibt sich bei der Gegenüberstellung der EC50-Werte mit
Werten des OECD-Standardtests zur Erfassung von Chemikalienef-fekten auf
Belebtschlamm. Eine Testvorschrift wurde in Form einer ‘Standard Operating
Procedure‘ (SOP) entworfen, die alle wesentlichen Arbeitsschritte umfasst und
konkrete Angaben zur Durchführung und Auswertung des Tests enthält.
de
dc.description.abstract
Protozoa not only play an important ecological role in the self-purification
and matter cycling of natural aquatic ecosystems, but also in the artificial
system of sewage treatment plants. Especially the feeding of ciliates on
bacteria improves the treatment, resulting in higher transparency, i.e. lower
organic load in the output water of the treated wastes. Although vital for the
functioning of sewage treatment plants, protozoa are presently not covered by
the currently standardized ecotoxicological test systems. To overcome this
shortcoming, a test method has been developed in this thesis to assess
chemical effects towards protozoa in activated sludge. The integrity of the
native protozoan populations is monitored by their ability to take up
suspended bacteria. The decrease in prey concentration is followed by
photometric means over a time period of 22 hrs at 22°C. The measured
phagocytotic activity is highly temperature sensitive and closely associated
to sludge flocs. On average, 1 g/L (dw) of activated sludge consumed about
0.36∙108E.coli-cells/mL∙h. Phagocytosis does exhibit seasonal variations in
activated sludge, but there are also substantial fluctuations within the week.
A framework of technical criteria and requirements is provided specifying
basic conditions for the reliable performance of the method such as
appropriate food to sludge ratios, acceptable dilution waters and suitable
test vessels. The test was validated on the basis of a test set of 27
chemicals covering a wide range of different physico-chemical properties and
modes of action to verify the range of applications, its robustness and
sensitivity towards chemicals. In all but one case EC50-values could be
obtained. Effect concentrations of test chemicals could be classified
according to their predicted narcotic, reactive and specific mode of action.
Toxicities in activated sludge compare well with reported findings from a
phagocytosis inhibition test using the ciliate Tetrahymena (R2=0,885, n=19).
Only three chemicals produced different results. No correlation could be found
between the EC50-values and data from the OECD respiration inhibition test,
reflecting effects on bacteria in activated sludge.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
protozoa, activated sludge
dc.subject
chemical effects
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Wirkung von Chemikalien auf die Phagozytoseleistung von Protozoen in
Belebtschlämmen
dc.contributor.contact
vipo@zedat.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.contributor.furtherReferee
Pro. Dr. Rudolf K. Achazi
dc.date.accepted
2013-07-01
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094681-2
dc.title.subtitle
ein neues Testverfahren
dc.title.translated
Effects of chemicals on the phagocytosis activity of protozoa in activated
sludge
en
dc.title.translatedsubtitle
a new test system
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094681
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013698
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access