Geheimnisse der Filtration

Was machen marine Bakterienforscher hauptsächlich, das heißt hier auf der Sonne Tag und Nacht? Wasser filtern. Die Techniken sind so unterschiedlich wie die Fragestellungen. Wir machen es folgendermaßen:

Unsere Wasserprobe hat 10 bis 20 L Volumen. Das Wasser wird direkt aus dem Wasserschöpfer (CTD) in einen Kunststoffkanister gefüllt und ins Labor gerollt. Dort steht die Filtrationsanlage, die aus drei Filterhalten aus rostfreiem Stahl und drei Schlauchpumpen besteht. Alles muß übrigens mit Panzerband und Spanngurten gesichert werden, denn das Schiff bewegt sich ja dauernd. Dafür sind extra Ösen auf den Arbeitstischen angebracht. In die Filterhalter kommen sogenannte Membranfilter, d.h. sehr dünne Filter mit definiertem Porendurchmesser.

Das Wasser wird jetzt über den ersten Filter gepumpt, der 8 µm große Poren besitzt. Alle Tierchen, Algen, Larven und was so ihm Meer zu finden und größer als 8 µm ist (1 µm = 10^-6 m, das ist ein tausendstel Millimeter) bleibt auf diesem Filter liegen. Solche „größeren“ Organismen sind sehr selten in 10 L Wasser zu finden, aber Mikroalgen werden hierdurch effektiv herausgefiltert. Wenn wir an einer Position mit viel Chlorophyll sind, dann ist dieser Filter grün von einzelligen Mikroalgen.

Das gefilterte Wasser wird in einem Kanister aufgefangen und von dort über den nächsten Filter gepumpt, der jetzt 3 µm große Poren besitzt. Alles was größer 3 µm und kleiner 8 µm ist bleibt auf diesem Filter liegen, also zum Beispiel Flagellaten oder sehr kleine Mikroalgen.

Danach wird das Wasser wieder aufgefangen und über den letzten Filter gepumpt. Der hat eine Porengröße von 0.22 µm, und darauf werden alle frei im Wasser schwimmenden Bakterien festgehalten. Das gefilterte Wasser ist steril. Filter mit 0.22 µm Porengröße werden auch zu Hause im Labor routinemäßig zum sogenannten „steril filtrieren“ von Lösungen verwendet. Der 0.22 µm Filter schaut nach dem Filtern genauso weiß und sauber aus wie vorher – und doch befinden sich grob geschätzt 10 x 10⁹ Bakterien darauf.

Der Sinn dieser Filtrationskaskade ist, die komplexen mikrobiellen Lebensgemeinschaften im Plankton in Größenklassen aufzutrennen. Insbesondere sollen die frei schwimmenden Bakterien von denen getrennt werden, die auf Schwebstoffen oder Algen sitzen.

Wenn die Wasserprobe alle drei Filter durchlaufen hat, werden die Membranfilter vorsichtig mit der Pinzette aus den Filterhaltern herausgeholt, in Plastiktütchen gesteckt und in einer Tiefkühltruhe bei -80°C gelagert. Bei dieser Temperatur ist sämtliche mikrobielle Aktivität gestoppt, DNA und RNA können nicht zerfallen oder abgebaut werden. Die Proben werden von Alaska auf Trockeneis mit dem Flugzeug zurück nach Deutschland transportiert, denn die Kühlkette darf auf keinen Fall unterbrochen werden. Dafür ist ein sehr teures Spezialunternehmen zuständig, das ununterbrochen die Temperatur überwacht, so wie es auch bei Organtransporten für Transplantationen passiert.

Pro Station beproben wir 8 verschiedene Tiefen, macht 24 Filter pro Station. Von den zwanzig geplanten Stationen werden wir am Ende 480 Filter nach Hause bringen. Darauf eingefroren sind die Mikroorganismen aus 4800 L Wasser des pazifischen Ozeans. Übrigens sind die Filter sehr teuer. Eine Packung mit 50 Filtern (0.22 µm) kostet 313 Euro, macht für 500 Filter rund 3130 Euro.

Im Labor in Deutschland folgt dann die Analyse: Extraktion der DNA und RNA, PCR, und Sequenzierung. Das ist eine andere Geschichte!

http://wagnerdoebler.de/wp-content/uploads/2016/05/filtern-blacksabbath-youtube.mp4

http://wagnerdoebler.de/wp-content/uploads/2016/05/CTD-an-Bord.mp4