Aquarium Nitrification Revisited: Thaumarchaeota Are the Dominant Ammonia Oxidizers in Freshwater Aquarium Biofilters

Ammonia-oxidizing archaea (AOA) outnumber ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in many terrestrial and aquatic environments. Although nitrification is the primary function of aquarium biofilters, very few studies have investigated the microorganisms responsible for this process in aquaria. This study used quantitative real-time PCR (qPCR) to quantify the ammonia monooxygenase (amoA) and 16S rRNA genes of Bacteria and Thaumarchaeota in freshwater aquarium biofilters, in addition to assessing the diversity of AOA amoA genes by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and clone libraries. AOA were numerically dominant in 23 of 27 freshwater biofilters, and in 12 of these biofilters AOA contributed all detectable amoA genes. Eight saltwater aquaria and two commercial aquarium nitrifier supplements were included for comparison. Both thaumarchaeal and bacterial amoA genes were detected in all saltwater samples, with AOA genes outnumbering AOB genes in five of eight biofilters. Bacterial amoA genes were abundant in both supplements, but thaumarchaeal amoA and 16S rRNA genes could not be detected. For freshwater aquaria, the proportion of amoA genes from AOA relative to AOB was inversely correlated with ammonium concentration. DGGE of AOA amoA genes revealed variable diversity across samples, with nonmetric multidimensional scaling (NMDS) indicating separation of freshwater and saltwater fingerprints. Composite clone libraries of AOA amoA genes revealed distinct freshwater and saltwater clusters, as well as mixed clusters containing both freshwater and saltwater amoA gene sequences. These results reveal insight into commonplace residential biofilters and suggest that aquarium biofilters may represent valuable biofilm microcosms for future studies of AOA ecology

Receptortyrosinkinase dependent regulation of the neuronal scaffolding protein gephyrin

Es ist hinlänglich beschrieben, dass die Regulation der Stabilität des Gerüstproteins Gephyrin von großer Bedeutung für die Oberflächenclusterung von Rezeptoren der inhibitorischen Postsynapse ist. Interaktionen zwischen Gephyrin und GABAA-, sowie Glyzin Rezeptoren spezifischer Zusammensetzung sind publiziert. Weitaus weniger ist jedoch über die Regulation der Oberflächenexpression und –lokalisation von Gephyrin selbst bekannt. Aufgrund der Interaktion mit oben beschriebenen Rezeptoren kommt der Regulation von Gephyrin daher eine große Bedeutung im Hinblick auf Bildung und Stabilität inhibitorischer Postsynapsen zu. In dieser Arbeit wurde dabei in einem ersten Abschnitt die Etablierung und Durchführung eines RNAi basierten Screeningsystems in den Vordergrund gestellt. Dabei wurden 710 verschiedenen Kinasen oder Kinase-assoziierte Proteine auf ihre Effekte in der Gephyrin-Regulation untersucht. Dieses Screeningsystem basiert auf der Überexpression von Gephyrin und anderen Komponenten der inhibitorischen Postsynapse in HeLa Zellen. Die 39 im Screen identifizierten, sogenannten Hits wurden dann in systematische Signalwege eingeordnet. Hierbei wurden verschiedene Rezeptortyrosinkinasen, aber auch typische den Rezeptortyrosinkinasen zugeordnete Signalwege identifiziert. Zur weiterführenden Untersuchung in primären Neuronen wurden die Rezeptortyrosinkinasen TrkB und EphA7 ausgewählt. Die weitere Validierung dieser Rezeptortyrosinkinasen auf Effekte in der Gephyrinclusterung, wurden im primären und hochrelevanten Zellsystem primärer Neurone mit Hilfe weiterer siRNA basierter-, aber auch unabhängiger Experimente, wie zum Beispiel der Stimulation mit rekombinanten Proteinen durchgeführt. Im weiteren Verlauf konnten über Kopräzipitationsanalysen gezeigt werden, dass die Interaktion von Gephyrin und mTOR durch diese Rezeptortyrosinkinasen und ihre intrazellulär aktivierten Signalwege beeinflusst wird, was einen möglichen Regulationsmechanismus darstellte. Somit ergab sich insgesamt ein möglicher Regulationsmechanismus der Gephyrinaggregation über Rezeptortyrosinkinasen und ihre intrazellulär weiterführenden Signalwege.The surface stabilization of the scaffolding protein gephyrin is known to be crucial for the organization of GABAA- as well as glycin receptors of a distinct subunit composition. However much less is known about the regulation of the surface expression of gephyrin itself. But knowing about the role in receptor clustering it is reasonable that gephyrin plays an important role in the stabilization of inhibitory postsynapses. The first step of the present work was to establish an RNAi based screening approach to identify protein kinases or protein kinase associated proteins involved in the aggregation of gephyrin. Therefore gephyrin as well as other important molecules of the inhibitory postsynapse were over expressed in HeLa cells. In total 39 proteins playing a potential role in the aggregation of gephyrin beneath the postsynaptic membrane were identified. These so called hits were then assigned to functional signaling pathways of receptor tyrosine kinases. For further analysis using primary hippocampal neurons, the two receptor tyrosine kinases TrkB as well as EphA7 have been selected. In this much more relevant cellular system these hits as well as their downstream signaling pathways were evaluated on the basis of siRNA based but also independent experiments like stimulation using recombinant ligands of the two receptors. In further experiments it could be shown, that the interaction between gephyrin and mTOR plays a crucial role in the aggregation of gephyrin clusters beneath the postsynaptic membrane. Hence a possible mechanism of the gephyrin cluster regulation could be shown in this work