Methylococcaceae

Methylococcaceae
Mikroskopische Aufnahme von Methylococcus capsulatus
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Gammaproteobacteria Ordnung: Methylococcales Familie: Methylococcaceae
Wissenschaftlicher Name
Methylococcaceae
Whittenbury & Krieg 1984

Methylococcaceae bilden eine Familie der Proteobacteria und sind neben den Crenotrichaceae das einzige Mitglied der Ordnung Methylococcales. Sie zählen zu den methanotrophen Bakterien, sie sind in der Lage mit Methan als einzige Kohlenstoffquelle für den Aufbau der Zellsubstanz (Assimilation) und zum Energiegewinn (durch Oxidation zu Methanol) zu wachsen. Durch die Verwertung des Treibhausgases Methan sind sie ökologisch sehr wichtig. Der Entzug von Methan aus der Atmosphäre durch den Stoffwechsel dieser Bakterien hat einen mildernden Effekt auf den Klimaerwärmung.^[1]

Merkmale

Die Zellen der Arten der Methylococcaceae sind stäbchen- oder kokkenförmig. Teilweise treten Zellketten auf. Einige Arten bilden cystenförmige Körperchen als Ruhestadien.

Stoffwechsel

Die Methylococcaceae zählen zu den methanotrophen Bakterien, eine Untergruppe der methylotrophen Bakterien. Methylotrophe sind in der Lage, Verbindungen, die keine C–C-Bindungen aufweisen, zu verwerten. In diesen Molekülen ist entweder nur ein Kohlenstoffatom (z. B. Methanol, Methan) enthalten oder kein Kohlenstoffatom direkt mit einem anderen verbunden. Die methanotrophen Bakterien können hiervon in der Regel nur Methan und Methanol nutzen.^[2][3] Einige Stämme sind allerdings in der Lage zusätzlich Methylamin und einige wenige andere C1-Verbindungen zu nutzen.^[4]

Die Methylotrophen hingegen können auch einige weitere Verbindungen ohne direkte C-C-Bindungen nutzen, wie z. B. Trimethylamin, Methylamin und Dimethylamin.^[2][3] Die Methanotrophen unterscheiden sich weiterhin von den Methylotrophen durch den Besitz des Enzyms Methan-Monooxygenase (MMO) und der Fähigkeit CO₂ zu nutzen. Mit Hilfe des Enzyms MMO wird Methan zu Methanol oxidiert und die dabei gewonnene Energie auf die Atmungskette übertragen und ATP erzeugt.

Bakterien der Gattungen Methylobacter, Methylococcus und Methylosphaera sind zusätzlich in der Lage Stickstoff zu fixieren.

Stellung innerhalb der Methylotrophen

Die methanotrophen Bakterien werden aufgrund von verschiedenen Merkmalen, wie Zellaufbau und Stoffwechsel in drei Gruppen, Gruppe I, II und X unterteilt. Die Methylococcaceae bilden die Gruppe I. Sie nutzen Einkohlenstoffverbindungen im Stoffwechsel mit Hilfe des Ribulosemonophosphatweg. Im Stoffwechsel der Gruppe II wird Kohlenstoff über den Serinweg fixiert. Arten der Familie Methylocystaceae bilden diese Gruppe. Weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Form der inneren Membranen. In der Gruppe I sind sie in Stapeln angeordnet, in Typ II verlaufen sie hingegen parallel zur äußeren Zellmembran. Die Gruppe X ist wiederum eine Untergruppe der Gruppe I. Die Besonderheit bei diesen Bakterien ist die Fähigkeit neben Methan auch CO₂ zu fixieren. Hierzu zählen die Gattungen Methylococcus und Methylocaldum.

Fakultativ methylotrophe Bakterien sind nicht auf Einkohlenstoffverbindungen angewiesen, können sie aber zusätzlich nutzen, wie z. B. verschiedene Arten von Arthrobacter, Pseudomonas, Micrococcus und Bacillus.

Systematik

Das Bakterium Crenothrix polyspora, auch unter dem Namen Brunnenfaden bekannt, ist ebenfalls in der Lage Methan zu oxidieren. Analysen der 16S rRNA-Sequenz zeigen eine hohe Verwandtschaft mit der Art Methylobacter psychrophilus^[5]. Diese Art wird nach NCBI^[6] in der zu der gleichen Ordnung zählende Familie Crenotrichaceae geführt.

Aktuell besteht die Methylococcaceae aus folgenden Gattungen^[7]:

• Methylobacter Bowman et al. 1993
• Methylocaldum Bodrossy et al. 1998
• Methylococcus Foster & Davis 1966
• Methylogaea Geymonat et al. 2011
• Methylohalobius Heyer et al. 2005
• Methylomicrobium Bowman et al. 1995
• Methylomonas (ex Leadbetter 1974) Whittenbury & Krieg 1984
• Methylosarcina Wise et al. 2001
• Methylosoma Rahalkar et al. 2007
• Methylosphaera Bowman et al. 1998
• Methylothermus Tsubota et al. 2005
• Methylovulum Iguchi et al. 2011

Quellen

1. ↑ Anna Hakobyan and Werner Liesack: Unexpected metabolic versatility among type II methanotrophs in the Alphaproteobacteria In: Biological Chemistry, 2020; Band 401, Ausgabe, S. 1469–1477. doi:10.1515/hsz-2020-0200
2. ↑ ^{a b} Johannes C. G. Ottow: Mikrobiologie von Böden: Biodiversität, Ökophysiologie und Metagenomik, Springer Verlag, Heidelberg New York 2011, ISBN 3642008232.
3. ↑ ^{a b} Hanson RS, Hanson TE (1996) Methanotrophic bacteria. Microbiol Rev 60: 439–471
4. ↑ Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. Volume 5: Proteobacteria: Alpha and Beta Subclasses, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 978-0-387-25495-1 (Print) und ISBN 978-0-387-30743-5 (Online), doi:10.1007/0-387-30743-5.
5. ↑ Stoecker, K. et al (2006): Cohn’s Crenothrix is a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase In: Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS) 103 (7), S. 2363–2367; PMID 16452171; PMC 1413686 (freier Volltext) (engl.)
6. ↑ National Center for Biotechnology Information (NCBI)
7. ↑ J.P. Euzéby: List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature (Memento des Originals vom 12. Januar 2008 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bacterio.cict.fr Stand November 2011

Literatur

• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1
• George M. Garrity: Bergey's manual of systematic bacteriology. 2. Auflage. Springer, New York, 2005, Volume 2: The Proteobacteria, Part B: The Gammaproteobacteria
• Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. 7 Bände, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 0-387-30740-0. Vol. 2: Ecophysiology and Biochemistry ISBN 0-387-25492-7