Characterisation of microbial biofilms from tunnel drainage water / Charakterisierung von mikrobiellen Biofilmen aus Tunnelwässern

Microorganisms mainly from the domain of bacteria dominate life in the terrestrial subsurface up to a depth of several kilometers. Microbial life in that habitat is dependent on the availability of water and nutrients of biotic or abiotic origin. To produce biomass, bacterial primary producers are capable to use simple building blocks such as CO2, H2, CH4, reduced iron and sulfur, nitrate, phosphate as well as other salts and trace elements. Here, we describe the microbial content of several biofilm samples taken during the construction phase of a railway tunnel between the provinces of Styria and Carinthia (Koralm Tunnel). We could identify bacterial cells using light microscopy and used 16S rDNA based microbial profiling to characterize the bacterial community structure. Our results clearly show that the massive biofilms in tunnel drainage water were produced by a bacterial consortium typical for the deep continental subsurface biosphere. In many cases the majority of the consortium could be assigned to autotrophs, methanotrophs and methylotrophs.
Mikroorganismen, vor allem Bakterien, dominieren das Leben im terrestrischen Untergrund bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern. Das mikrobielle Leben ist in diesen Zonen auf das Vorhandensein von Wasser und Nährstoffen organischen oder anorganischen Ursprungs angewiesen. Primärproduzenten sind hauptsächlich autotrophe Bakterien, die aus einfachen Bausteinen wie CO2, H2, CH4, Schwefel- und Eisenverbindungen sowie Nitrat, Phosphat und verschiedenen anderen Salzen und Spurenelementen Biomasse, bestehend aus Zellen und Zellverbänden, generieren können. Im Zuge der Rohbau-Herstellung des Koralmtunnels wurde bei Entwässerungsbohrlöchern und nach Tunnelvortrieb teilweise massiver organischer Bewuchs festgestellt. Um die Verursacher dieser als Biofilme bezeichneten, mikrobiell verursachten Bewuchsformen zu identifizieren, wurden mikrobiologische (Mikroskopie) und genetische Untersuchungen (Mikrobiom-Analysen auf Basis von DNA-Sequenzierungen) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die im Koralmtunnel beobachteten und analysierten Biofilme vor allem auf die Aktivität von tief in der kontinentalen Erdkruste vorkommenden methylotrophen/methanotrophen und chemilithoautotrophen Bakterien zurückzuführen sind.