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Biolobie (Subject) / Mikrobiologie (Lesson)

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• Mikroorganismen - erste Lebewesen auf der Erde; Basis für Entwicklung anderer - Längste Zeitspanne der Evolution - vollwertige Organismen (außer Viren) - die meisten Stoffwechselvarianten - größte Diversität - Betreiber der großen biogeochemischen Kreisläufe
• Womit beschäftigt sich die Mikrobiologie - andere Wissenschaften? Untersuchung von biologischen Objekten, die einzeln mit bloßem Auge meist nicht sichtabr sind (Auflösungsgrenze bis 20 mikrom) Heute gleichrangig mit Zoologie und Botanik; verzahnt mit vielen anderen Wissenschaften aus biologischen und nicht biologischen Bereichen: allg. Biologie / Zellbilogie Genetik / Gentechnologie Geologie / Geochemie medizinische Mikrobiologie Biotechnologie Umweltmikrobiologie
• Dimensionen Klein ist zahlreich - in Gewässern 106 / ml Prokaryoten als zahlreichste Organismen der Welt! - 1015 - 1016 g Biomasse der Menschheit ca. 6 x 1013 g Aquatische Bakterien: ca. 3 x 1028 = 100 Mio x soviel wie Sterne Viren als häufigste Mikro'organismen' der Welt! - ca. 107 / ml ; ca. 4 x 1030 in Ozeanen = ca. 200 MtC Biomasse der Mikroben: 60 - 100 % aller Pflanzen und Tiere Größe: Bakterium:Mensch = 1:5 Millionen
• Aufbau einer Prokaryoten-Zelle? 1. Zellhülle:  Zellwand (nicht bei allen Mikroorganismen) Zellmembran (semipermeabel, Phospholipid-Doppelschicht, Membranproteine) 2. Cytoplasma: 1 Chromosom (Nukleoid) Ribosomen Proteine Coenzyme Cytoskellet Cytoplasmamembram: Transport- und Energiewandlungsprozesse äußere Membran: nur bei Gram-negativen Bakterien 3. DNA: - Nukleoid: genetische Information über Bau und Funktion der Zelle meist ein einziges doppelstrangiges, ringförmiges Molekül, keine Kernhülle meist an einer Stelle mit Cytoplasmamembran verbunden supercoiled (Steuerung durch Enzyme) ca. 1mm lang, ca. 4000 Gene, 2-4 Millionen Nukleotide (= Grundbausteine DNA/RNA) - Plasmide: weitere kleine meist ringförmige DNA - Moleküle enthalten Zusatzinformationen (zB Resistenzen) extrachromosal
• Vermehrung und Mechanismen der Genübertragung bei Prokaryoten? Vermehrung: durch Zweiteilung ohne sexuelle Vermehrung Verdopplung des Chromosoms und Synthese von jeweils komplementären Strängen (semikonservativ, Enzym-gesteuert) Binärteilung: Grafik Austausch von Chromosom- oder Plasmidteilen: Konjugation: von Donatorzelle F+ über Cytoplasmabrücke in Empfängerzelle F- Transformation: Aufnahme von DNA aus der Umgebung ohne Zellkontakt Transduktion: Übertragung von DNA durch Viren - nur unter bestimmten physiologischen Bedingungen möglich (=Kompetenz) - Übertragung von DNA über Artgrenzen hinweg (=horizontaler Gentransfer)
• Transkription & Translation? Umsetzung der DNA - Sequenz in Proteine mit entsprechender Aminosäuresequenz! Transkription: Synthese von RNA anhand eines DNA-Abschnitts (in etwas anderer Form als das 'Original'). Die dabei entstehende RNA lässt sich in drei Gruppen einteilen: mRNA (messenger), tRNA (transfer), rRNA(ribosomal) Translation: Sythese von Proteinen in den Zellen anhand der kopierten genetischen Information und die Umsetzung in eine Aminosäuresequenz
• Unterschiede Prokaryoten & Eukaryoten? Zellkern: fehlt bei Prokaryoten, Kernhülle bei Eukaryoten Größe & Kompartimente Verschiedene Organellen bei Eukaryoten: Mitochondrien Chloroplasten ER usw.      4. Phagocytose und Pinocytose bei Eukaryoten Tabelle Skript!!! - Chromosomen, Sexuelle Reproduktion, Ribosomen, Flagellen
• Spezielle Morphologie bei Prokaryoten? Kokken (kugelig) Rods (Stäbchen) Vibrionen (gebogene Stäbchen) Spirillen Spirochaeten (spiralig) oft auch Zellpakete, Filamente oder Aggregate
• Zellwand und Zellhülle? Murein = Chitin-ähnlich / Peptidoglycan Gram-negative: zweite Membran (äußere Membran), dazwischen Murein Schicht Porine in äußerer Membran Periplasmatischer Raum Lipopolysaccharide Gram-positve: viele Murein-Schichten S-Layer aus Protein od. Polysaccharid anstatt äußerer Membran Grafik Folie 17!!!
• Geißeln & Pili? Strukturen auf der Zelloberfläche zur Fortbewegung oder Kommunikation! Pili (Fimbrien): unbeweglich meist gerade zB für Transfer von Nukleinsäure Geißeln (Flagellen): dienen zur Fortbewegung einzeln, in büscheln oder gleimäßiger verteilt
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• Eukaryotische Mikroorganismen? Größte phylogenetische Diversität aller Eukaryoten! früher zu Pilzen, Algen und Protozoen zugeordnet, heute viele phylogenetische Gruppen (= haben keine geminsame Stammform) Lebensweise netspricht oft nicht der Abstammung 'echte' Pilze (Chitin) / Protisten: Pflanzen & Tiere Endosymbiontentheorie: Aufnahme von atmenden Bakterien - Mitochondrien Aufnahme von Cyanobakterien - Chloroplasten auch heute viele symbiontische Beziehungen
• Eukaryotische Mikroorganismen - Lebensweisen? autotroph: Baustoffe werden ausschließlich aus anorganischen Stoffen aufgebaut! vorallem Photosynthese treibende Primärproduzenten. heterotroph: Baustoffe werde ausschließlich aus organischen Stoffen aufgebaut! vorallem Tiere, Pilze, viele Bakterien und Archaeen - Konsumenten oder Destruenten mixotroph: können Photosynthes betreiben sich aber auch von organischen Stoffen ernähren, sind also weder vollständig autotroph noch hetereotroph freilebende oder parasitische eukrayotische Mikroorganismen!
• Eukaryotische Mikroorganismen - Taxonomie? Sehr kompliziert da phylogenetisch! wichtige Gruppen: Flagelatten Dinoflagellaten Ciliaten (Wimperntierchen) Diatomeen (Kieselalgen) Oomyceten (Cellulosepilze) Grünalgen, Rotalgen, Braunalgen Kragenflagellaten Amöben Radiolarien (Strahlentierchen) Helozoen (Sonnentierchen) Schleimpilze
• Fortbewegung bei Eukryotenzellen? Fast alle Protisten sind beweglich! - Geißeln (Flagellen): dicker als bei Prokaryoten Finrillen in 9+2 Muster angeordnet länger und weniger zahlreich als Cilien innere Verschiebung der Fibrillen beim Verwinden - Wimpern (Cilien): kürzer als Flagellen und meist über die ganze Zelle verteilt auch 9+2
• Eukaryoten - Vermehrung, Entwicklungszyklen? viele Protisten haben sexuelle und asexuelle Reproduktionsmechanismen z.T. komplizierte Lebenszyklen (Parasiten) oft nur vegetative Vermehrung (Zellteiliung, Mitose) Vermehrungsstrategie hängt oft von den Umweltbedingungen ab Manche mit obligatorischem Generationswechsel auch Dauerstadien (Cystenbildung)
• Photoatutrophe Lebensweise? Photoautotrophe Protisten enthalten Chlorophyll Oxygene Photosynthese: Wasserspaltung mit Hilfe von Lichtenergie 02 wird frei und frei werdende Elektronen zur Reduktion von C02 Kohlenhydrate und andere Nährstoffe (Elemente) werden zu Biomasse Photosynthese anders als bei Prokaryoten in membranumschlossenen Chloroplasten Chlorophylla und andere Photopigmente Viele Protisten mit photoautotrophen Symbionten (zB Zoochlorellen)
• Phagotrophe und Osmotrophe Lebensweise? Phagocytose: Umschließen von Nahrungspartikel, Nahrungsvakuolen werden nach Innen abgeschnürt Pinocytose: Aufnahme von Flüssigkeiten mit selben Mechanismus Osmotrophie: Aufnahme von gelösten Stoffen
• Zellaufbau - Heterotrophie / Autotrophie Folie 27
• Bedeutung von Protisten? Primärproduktion in Gewässern (Phytoplankton) Schalen (Silikat/kalk) bilden Sedimente / Sedimentgestein Sind Konsumenten des Mikroplankton Anaerobe Protozoen als Symbionten in tierischen Verdauungssystemen (Termiten, Widerkäuer) Symbiosen auch mit Bakterien und Archeen wichtige Remineralisierer (am Abbau organischen Materials beteiligt)
• PILZE ? 'echte' Pilze sind überwiegend Mikroorganismen, auch die großen Hutpilze bestehen aus Geflecht aus Hyphen (Myzel) leben von organischen Stoffen - heterotroph Zellwände enthalten Chitin Fortpflanzung: - asexuell mit Sporen - Vielfalt von sexuellen Fortpflanzungszyklen Schlauchpilze (Ascomyceten) Hutpilze (Basidiomyceten) Deuteromyceten (sonstige Pilze)
• HEFE? zählt auch zu den 'höheren' Pilzen (Asco- od. Basidio-) normalerweise keine Hyphen - einzellig Vermehrung durch Sprossung Vergärung von Zucker zu Alkohol Backhefe zur Auflockerung (C02)
• Lebensweise der Pilze? etwa die Höfte der Biomasse im Boden sind Pilze, im Wasser seltener Nahrungsaufnahme osmotroph (extrazelluläre Enzyme) Saprophytisch (toter organischer Substanz), wenige pathogene verschiedene Symbiosen (zB Flechten, Mykorrhiza) oft Sekundärmetaboliten wichtige Remineralisierer
• VIREN? Biologische Objekte an der Grenze des Lebendigen obligat parasitisch kein eigener Stoffwechsel 20 - 100 nm DNA od. RNA Grafik Folie 32 Fähigkeit zur Evolution alle Organismen haben 'ihre' Viren Bakteriophagen am Häufigsten DNA- , RNA- Viren und Retroviren Transduktion: Stücke von Wirts-DNA in Capsid eingebaut Quantifizierung: - Phagentiter (Bildung von Plaques) - Direktzählung (Mikroskopie)
• Lebenszyklus von Viren? Lytischer Zyklus: Beschreibt die Entwicklungsphase, in der die Wirtszelle lysiert wird, nachdem neue Virionen gebildet wurden. Lytischer Virus - sofortige Virenbildung! Lysogener Zyklus: erhält die Wirtszelle, Ruhephase od. latente Phase, normale Zellteilung. Lysogenie: temperenter Virus, Prophage (= Phagen DNA, die in Genom von Bakterien eingebaut wurde)
• Latenzperiode - Lyse - Burst - Transduktion ? Latenzperiode: Zeit bis zur Bildung neuer Viren im Wirt Lyse: Auflösung der Wirtszelle zur Abgabe der Viren Burst: Freisetzung der neugebildeten Virionen (Bakteriophagen: 20-200) Transduktion: Übertragung von Wirts-DNA Viren als Motor der Evolution Genetisch sehr flexibel auch bedeutsame Krankheitserreger
• Mikrobiologische Methoden? Sichtbar machen / Visualiseren (Mikroskop) Isolieren / Kultivieren Taxonomische Einordnung
• VISUALISIEREN? Mit freiem Auge kaum möglich! Lichtmikroskopie: Immersionsobjektiv (+Öl) / Hellfeld / Dunkelfeld / Phasenkontrast, Interferenzkontrast / Fluoreszenzmikroskopie Elektronenmikroskopie: Rasterelektronenmikroskopie (REM) / Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Neue Methoden zur Quantisierung von MIkroorganismen: CLSM - Confocal Laser Scanning Microscopy EFM - Epifluoreszenz Mikroskopie SYBR-Gold (Fluorchrom, DNA-Färbung)
• ISOLIEREN / KULTIVIEREN - Sterilisation / Kulturmedien? Für gezieltes Arbeiten müssen unerwünschte Keime ferngehalten werden! Autoklavieren (121°C, Dampfüberdruck) Hitzesterilisation (ca. 160°C) Sterilfiltration (< 0,2 mikrom) Chemische Entkeimung (Clor, Chloroform) Gammastrahlung UV-Licht Pasteurisation (ca. 10 min bei 80%) Konservierung (verlangsamtes Wachstum) Kulturmedien - Substrat = Nahrung für Mikroorganismen Flüssige oder durch Agar (= aus Zellwänden von Rotalgen kann Gallerte bilden) verfestigte Medien Komplexmedium (Peptonextrakt od. Hefeextrakt) Definiertes Medium (,öglichts auf spezielle Bedürfnisse angepasst)
• ISOLIERUNG? Anreicherungskultur (Überimpfen) Vereinezlung von Zellen (für Reinkulturen): - Verdünnungsreihe (Mikrititerplatte)                - Ausstreichen mit Dreizehn-Strich-Methode Mikrotiterplatte: 4 Proben, je 3 parallele Verdünnungsreihen. Aus Anzahl und Verteilung der bewachsenen Ansätze, lässt sich die wahrscheinliche Anzahl wachstumsfähiger Bakterien ermitteln (MPN-Verfahren)
• TAXONOMIE? Beschreibung, Benennung und systematische Einordnung in Gruppen (Taxa) von Urreiche (Domäne) bis zu Gattung und Art 'Artbegriff' problematisch zu definieren - bei Prokaryoten mittels morphologischen und physiologischen Merkmalen - besser molekularbiologisch über DNA-Sequenzen Derzeit < 10000 Bakterien und Archaea als 'Arten' beschrieben- man schätzt ca. 1 Milliarde Prokaryoten-Arten viele Prokaryoten gelten als unkultivierbar Reinkultur (=eigentlich ein Klon) erhält eine Stamm-Beziehung Kriterien zur Klassifizierung einer Reinkultur: - Morphologie - Physiologie - biochemische und molekularbiologische Kriterien Sequenzierung der DNA (Bestimmung der DNA-Sequenz) Am besten bekanntest DNA-Stück: Gen der 16 S-rRNA - ca. 1500 Basenpaare / Gen der 18 s-rRNA - ca. 2300 Basenpaare > 97% Übereinstimmung innerhalb einer 'Art' Aus der relativen Veränderung (Anzahl der Mutationen) der DNA ergibt sich eine evolutionärer Abstand Computerprogramme zur Erstellung von Stammbäumen Verzweigungen bis an die ersten gemeinsamen Vorfharen aller Lebewesen (Mutationsrate, 'molekulare Uhr')
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• Transkriptom - Proteom - PCR ? Transkriptom: alle Gene einer Zelle, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in m RNA transkrebiert werden. Proteom: Die Gesamtheit aller Proteine einer Zelle unter exakt definierten Bedingungen und zu einem bestimmten Zeitpunkt. Identifizierung von vorhandenen (exprimierten) Proteinen PCR: Polymerase-Kettenreaktion: Ist eine Methode um DNA künstlich zu verfielfältigen. Dazu wird das Enzym. DNA-Polymerase verwendet. (im Thermocycler, Primer als Startsequenz)
• Wachstum von Mikroben? Wachstum und binäre Teilung bei Bakterien: Replikation des Chromosoms (ca. 20 min) Zellwachstum auf etwa das Doppelte Abschnürung durch ringartige Struktur mit Proteinbeteiligung Wachstumsphase einer Batch-Kultur: = statische Kultur a: lag-Phase: Bildung von Transprotsystemen, Enzymen ; geringe Vermehrung b: exponentielle Phase: konstante, maximale Wachstumsrate (μ max) c: stationäre Phase: kein weiterer Zuwachs d: Absterbephase: Abnahme lebensfähiger Zellen Chemostat, Turbidostat (Fermenter - zur Kultivierung von Mikroorganismen):                  = kontinuierliche Kultur ständige Zufuhr von Substrat Fließgleichgewicht keine vollständige Nährstofflimitation Verdünnungsrate D=V/f kontinuierlicher Zustand = μ
• Stoffaufnahme und Transport bei Prokaryoten und Pilzen? osmotroph nur kleine Moleküle (Monomere), keine partikulären Substanzen transportierbar Extrazelluläre Enzyme (Exoenzyme, Ektoenzyme) Hydrolyse in transportable Einheiten (Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren) Partikuläre Substanz wird außerhalb der Zelle durch Hydrolyse in transportable Monomere zerlegt, dies bewirken Exoenzyme, die über Serektionssysteme freigesetzt werden. Bakterien habe keine Zähne! Grafik Folie 55!
• Primärer und Sekundärer Transport bei Prokaryoten und Pilzen? Primärer Transport: an chemische Reaktion gekoppelt kann Gradienten aufbauen Membranpotentiel  / elektrische Energie Sekundärer Transport: Diffusion, Uniport, Symport, Antiport durch konzentrationsgradient (Diffusion) Transportproteine (Uniport, Symport, Antiport) erleichterte Diffusion Beide können aktiv sein! Bei eukaryotischen Einzellern - Phagocytose!
• Metabolismus = Stoffwechsel? Anabolismus: Assimilation - Eingliederung von körperfremden Stoffen durch Energiezufuhr Aufbau einer Biomasse Katabolismus: Dissimilation (Mineralisierung) - Abbau von zuvor angelegten stofflichen Energiespeichern Abbau organischer Substanz Energiegewinn, Baustoffe Räderwerk des Metabolismus: Bildung der wichtigsten Stoffe ist im Prinzip reversibel - Kreisläufe!! Regulation: Stoffwechsel ist kein starres Räderwerk Reaktion auf wechselnde Bedingungen Stoffwechsel soll ja ökonomisch sein zB. extrazelluläre Enzyme werden geregelt exprimert Regulation oft auf mehreren Ebenen
• Mikrobielle Enzymaktivität? Konzentration der Substrate und Produkte als Regulationsmechanismus: meist je höher die Subtratkonzentration desto schneller die Reaktion ist nicht linear Halbsättigungskonstante: gibt an, bei welcher Konzentration, das Enzym mit halbmaximaler Rate arbeitet Michaelis-Menten-Beziehung: Grafik Folie 59 Störende Wechselwirkung bei: hoher Substratkonzentration hoher Produktkonzentration Vorhandensein ähnlicher Metabolite (Zwischenprodukt) Kompetetive Hemmung am katalytischen Zentrum: Grafik Folie 60 Effektor: Reversible Verformung wirkt auf das katalytische Zentrum Coenzyme Endprodukthemmung im Verlauf eines Stoffwechselweges Grafik Folie 61
• Mikrobielle Ökologie? Konkurrenz um limitierende Ressourcen: Substratkonzentration als limitierender Faktor In der Natur (v.a. in Gewässern) sind Mikroorganismen oft unter niedrigen Substratkonzentrationen k-Strategen: - niedrige Wachstumsrate / bei geringer Substratkonzentration schnelles Wachstum k-Strategen:- hohe Wachstumsrate / bei geringer Substratkonzentration langsames Wachstum Grafik Folie 62
• Mikrobielle Kompartimente? Biogener Stoffumsatz umfasst die Teilgebiete: Produktion - Produzenten: Primärproduktion durch Photosynthese Konsumation - Konsumenten: Sekundärproduktion durch Heterotrophe Destruktion - Destruenten: Abbauende Heterotrophe
• Primärproduktion - Photosynthese? Strahlungsenergie wird bichemisch gebunden in Gewässern von eukaryotischen Algen, Cyanobakterien und anderen Prokaryoten - nur bedingt von höheren Pflanzen Oxygene Photosynthese & anoxygene Photosynthese Lichtabhängiger Prozess - Licht kontrolliert weitgehend die Primärproduktion Bedeutung des phototrophen Picoplanktons (zB Cyanobakterien) war früher nicht bekannt! Ausbildung von Mikrozonen - zB um Phytoplanktonzellen herum Abgabe von gelöstem organischen Material (DOM) Mikroorganismen nicht statistisch verteilt Prokaryotische Phytoplanktongruppen (v.a. Cyanobakterien): Prochlorophyten, Prochlorococcus Trichodesmium (kann N2 fixieren) Synechococcus Rhodospirrillen Aerobe, anoxygene Photosynthese durch Alpha-, Gamma-, Proteobakterien, Photoheterotrophie
• Konsumenten - Heterotrophie? Kleinste planktische Organismen: Picoplankton (v.a. Prokaryoten) - 0,2 - 2 mykrom Nanoplankton (v.a. Flagellaten) - 2 - 20 mykrom Mikrozooplankton (zB Ciliaten) - 20 - 200 mykrom
• Rolle der heterotrophen Bakterien in der Nahrungskette? Die mikrobielle Nahrungskette liefert den größeren Organismen der 'klassischen' Nahrungskette partikuläre Nahrung und gebundenen Energie!! rasche Reaktion auf Ressourcen günstiges Oberflächen-Volums-Verhältnis Minimale Sinkrate
• Microbial Loop ? Transformation von DOM zu POM ist für die Stoffumsetzung in Gewässern sehr bedeutsam. Dafür relevante Kompartimente: Phytoplankton Bakterien, Archaea Heterotrophe Protisten (Protozoa) Viren (Bakteriophagen, Phycoviren) Anorganische Nährstoffe Nicht lebendes organisches Material (NLOM) Microbial Loop als integraler Teil eines größeren Nahrungsnetzes!
• Eigenschaften und Auswirkungen von Viren in aquatischen Systemen? Konzentration: 107 / ml Viren als Quelle von DOM Viren beeinflussen die Veteilung ihrer Wirtszellen: - Abundanz der Wirtszelle kontrollieren - Struktur der Gemeinschaft modifizieren Viren als 'Gen-Vehikel' (Transduktion)
• Biotechnologie ? Herstellung von Produkten durch mikrobielle Aktivitäten seit jahrtausenden Produkte für Lebensmittel und Genussmittel durch Fermentation Heute oft Reinkulturen und genetisch manipulierte Organismen im Einsatz Oft Produkte des Primärstoffwechsels (Alkohol, organische Säuren, etc.) In der Lebensmittelindustrie Einsatz von Enzymproteinen
• Biotechnologie - Lebensmittelmikrobiologie? Überwachung gegen Verderben Konservierung von Lebensmittel Qualitätsänderung durch Aromastoffe (Konsistenz) Wein: am besten angepasste Hefe setzt sich durch, Gärung endet bei >15 Vol% Alkohol, weil Zucker verbraucht Bier: angekeimte Gerste trocknen, Amylase spaltet Stärke-Maische zu Maltose, Kochen stoppt Enzym, Hefezusatz zur Gärung (4-8 Vol% Alkohol) Ansäuerung: Milchprodukte, Frischkäse; Hartkäse braucht Labferment Salami: Geschmack durch Milchsäuregärung Sauerkraut Essig: Gluconobacter oxidiert Ethanol nur bis zur Essigsäure
• Biotechnologie - Industrielle Mikrobiologie ? Verfahrenstechnik: großvolumige Fermenter stabilisiert, gesteuert meist 'Batch-Kultur' - am besten kontrollierbar Gentechnisch manipulierte Mikroorganismen: 'Screening' nach bestgeeigneten Organismen (Mutation, Selektion) Gentechnische Manipulation: Gene aus fremden Organismen (auch Eukaryoten), meist Plasmide Restriktionsenzyme zum 'Schneiden' DNA-Ligasen (= Enzyme die DNA-Stränge verknüpfen) Hybrid-DNA-Moleküle Transformation in die Zielzelle Erfolgreich transformierte Zellen tragen eine Resistenz Gen während das Colicin Gen, das den Tod von nicht in der gewünschten Weise transformierten Zellen bewirkt, zerschnitten ist. Grafik Folie 80
• Industrielle Mikrobiologie - Produkte? Essigsäure, Milchsäure, Zitronensäure Aminosäuren Lösungsmittel Antibiotika Vitamine Enzyme Hormone (Insulin) Mikrobielle Erzlaugung: Gewinnung von Metallen aus Erzen durch aerobe. lithotrophe (= anorganische Elektronendonatoren) Bakterien - meist Säurefreisetzung
• Umweltmikrobiologie? Boden: Kompostierung Müllvergärung Altlastensanierung Luft, Gas: Desodierung von Industrie und Stallabluft Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Biogas Wasser: Sickerwasserbehandlung Trinkwasseraufbereitung Abwasserreinigung
• Umweltmikrobiologie - Abwasserreinigung? Entfernung und Abbau von organischen Substanzen und Produkten! Ziel: Mechanische Behandlung Hygenisierung Mineralisierung Entfernung von Pflanzennährstoffen Mechanische Klärung: Rechen - Deponie Fettabscheider (Sandfang) - Deponie Vorklärung - Faulturm Biologische Klärung: Belebung mit Belüftung (bekommt Faulwasser vom Faulturm) Absetzen mit Schlamrückführung (80% Belebung / 20% Faulturm) Chemische Klärung: Phosphatfüllung - Deponie N-Eliminierung: Oxidation zu Nitrat (Nitrifaktion) / Reduktion zu N2 (Denitrifaktion, ANNAMOX-Verfahren) P-Eleminierung: Ausfällung mit mehrwertigen Metall-Ionen (Fe, Al, Ca) / t.w. auch Bakterien Schwermetalle nicht abbaubar!!
• Faulturm? 02-Abschluss, leichte Erwärmung anaerober methnogener Abbau ca. 80% Reduktion von organischem Gehalt Methan etwa zu Heizzwecken usw. Rest nur bei geringer Schwermetallbelastung als Dünger, sonst Deponie

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