Thermoproteota
Thermoproteota | ||||||||||
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Sulfolobus, infiziert mit dem Sulfolobus-Virus STSV1 (ICTV: Sulfolobus spindle-shaped virus 1). | ||||||||||
Systematik | ||||||||||
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Wissenschaftlicher Name | ||||||||||
Thermoproteota | ||||||||||
George M. Garrity & John G. Holt, 2021 |
Die Thermoproteota (früher auch Crenarchaeota genannt; veraltet: Eozyten, wissenschaftlich: Eocyta) sind ein Phylum (Stamm bzw. Abteilung) einzelliger Lebewesen aus der Domäne der Archaeen (Archaea). Früher wurden die Thermoproteota ausschließlich für Extremophile gehalten (d. h. entweder (extrem) thermophil bzw. thermoacidophil oder psychrophil), jedoch zeigten weitere Untersuchungen, dass die Thermoproteota zu den häufigsten Archaea im Meer gehören.[1] Diese Gruppe wird als mesophile, „marine Gruppe I“ bezeichnet.
Eigenschaften
Innerhalb der Thermoproteota findet man Organismen, die an extreme Umweltbedingungen angepasst und in Bereichen mit sehr hoher oder sehr niedriger Temperatur zu finden sind. Viele Vertreter leben im arktischen Plankton, wo sie bei Temperaturen oft unter 0 °C überleben. Diese Psychrophilen bzw. Kryophilen sind jedoch erst vereinzelt unter Laborbedingungen kultiviert worden. Eine andere Gruppe innerhalb der Thermoproteota lebt unter hyperthermischen Bedingungen, also bei Temperaturen von 80–110 °C, Pyrolobus fumarii lebt sogar bei 113 °C und überlebt auch einstündiges Autoklavieren. Viele der Thermoproteota wie z. B. Sulfolobus acidocaldarius tolerieren auch hohe Säurekonzentrationen (pH-Werte von 1–2) und sind damit thermoacidophil.
Einer der bestcharakterisierten Organismen der Thermoproteota ist Sulfolobus solfataricus (heute in eine andere Gattung transferiert, nun Saccharolobus solfataricus). Ursprünglich wurde dieser Organismus aus schwefelhaltigen heißen Quellen in Italien isoliert und wächst bei 80 °C und einem pH-Wert von 2–4.[2]
Da in ihrem Lebensraum oft kein organisches Substrat vorhanden ist, leben viele von der Fixierung von Schwefel, Kohlenstoffdioxid oder Wasserstoff. Andere können jedoch auch organisches Material verstoffwechseln. Bei der Kohlenstoffdioxidassimilation verwenden sie entweder den 3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyratzyklus (z. B. Sulfolobus) oder den Dicarboxylat/4-Hydroxybutyratzyklus (z. B. Desulfurococcales oder Thermoproteales).[3]
Eine Reihe von Viren parasitiert Vertreter der Thermoproteota (oder ist zumindest mit diesen assoziiert), darunter zwei Familien der Ligamenvirales (Rudiviridae und Lipothrixviridae) und zwei Familien der Juravirales (Yangangviridae und Yanlukaviridae).
Etymologie
- Der Name Thermoproteota leitet sich ab von der Typusgattung Thermoproteus und damit von altgriechisch Θέρμηthermē, deutsch ‚Hitze‘ und dem griechischen Meeresgott ΠρωτεύςPrōteús, der – nach der Mythologie – verschiedene Formen annehmen konnte. Die Endung ‚-ota‘ kennzeichnet Stämme (Abteilungen bzw. Phyla).
- Die alte Bezeichnung Crenarchaeota stammt von altgriechisch κρήνηςcrenos, deutsch ‚Ursprung‘ oder ‚Quelle‘, der Mittelteil verweist auf Archaeen, die Endung wieder auf ein Phylum: Es ist also ein Phylum urtümlich erscheinender Archaeen gemeint.
- Die Bezeichnung Eocyta stammt von altgriechisch ἝωςHéōs, deutsch ‚Morgenröte‘ – im Sinn von Frühzeit (der Erde) – und κύτοςkýtos, deutsch ‚Gefäß‘, meint also Zellen der Urzeit.
Systematik
Innere Systematik
Die heir angegebene Systematik folgt, wo nicht anders angegeben, der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) mit Stand 23. Februar 2024:[4]
Phylum Thermoproteota Garrity & Holt 2021, syn.
„Thermoproteota“ Whitman et al. 2018
„Thermoproteaeota“ Oren et al. 2015
„Crenarchaeota“ Garrity & Holt 2001
„Candidatus Korarchaeota“ Ludwig & Klenk 2001[A. 1]
„Candidatus Methanomethylicota“ corrig.Vanwonterghem et al. 2016[A. 1]
„Candidatus Thaumarchaeota“ Brochier-Armanet et al. 2008[A. 1]
„Candidatus Verstraetearchaeota“ Vanwonterghem et al. 2016[A. 1]
- Klasse „Candidatus Bathyarchaeia“ McGonigle et al. 2019, früher
„Miscellaneous Crenarchaeota Group“ (MCG)[5][6][7]
- Klasse „Candidatus Korarchaeia“ Rinke et al. 2021
- Klasse „Candidatus Methanomethylicia“ corrig.Vanwonterghem et al. 2016, syn.
„Candidatus Methanomethylia“ Vanwonterghem et al. 2016
- Klasse Nitrososphaeria Stieglmeier et al. 2014, syn.
Conexivisphaeria Kato et al. 2021
„Thaumarchaea“, früher
„Soil Crenarchaeotic Group“ (SCG)[5][8][9]- Ordnung Conexivisphaerales Kato et al. 2021
- Ordnung „Candidatus Methylarchaeales“ Ou et al. 2022
- Ordnung Nitrosopumilales Qin et al. 2017, syn.
Cenarchaeales Cavalier-Smith 2002- Familie Nitrosopumilaceae Qin et al. 2017, syn.
„Candidatus Cenarchaeaceae“ DeLong & Preston 1996- Gattung „Ca. Cenarchaeum“ DeLong & Preston 1996 mit „Ca. Cenarchaeum symbiosum“ DeLong & Preston 1996
- Gattung „Candidatus Cenoporarchaeum“ corrig.Zhang et al. 2019, syn.
„Candidatus Cenporiarchaeum“ Zhang et al. 2019, mit „Ca. C. stylissae“ „[Ca. C. stylissum“][A. 2] - Gattung Nitrosarchaeum corrig.Blainey et al. 2011 ["Candidatus Nitrosoarchaeum" Blainey et al. 2011], mit N. koreense, „Ca. N. limnium“
- Gattung „Ca. Nitrosomarinus“ Ahlgren et al. 2017
- Gattung Nitrosopumilus Qin et al. 2017
- Gattung Ca. Nitrosospongia Moeller et al. 2019
- Familie „Candidatus Nitrosotenuaceae“ Herbold et al. 2016
- Familie Nitrosopumilaceae Qin et al. 2017, syn.
- Ordnung Nitrososphaerales Stieglmeier et al. 2014
- Ordnung „Candidatus Nitrosotaleales“ Prosser & Nicol 2016
- Ordnung „Candidatus Geothermarchaeales“ Adam et al. 2022[A. 3]
- Ordnung „Candidatus Nitrosocaldales“ De La Torre et al. 2008[A. 4]
- Klasse Thermoprotei Reysenbach 2002, syn.
„Thermoprotea“ Oren et al. 2015
„Thermoproteia“ Oren et al. 2016[10]
Crenarchaeota Cavalier-Smith 2002- Ordnung Acidilobales Prokofeva et al. 2009, syn.
„Caldisphaerales“- Familie Acidilobaceae Prokofeva et al. 2009
- Gattung Acidilobus Prokofeva et al. 2000
- Familie Caldisphaeraceae Prokofeva et al. 2009
- Familie Acidilobaceae Prokofeva et al. 2009
- Ordnung Desulfurococcales Huber & Stetter 2002, syn.
„Igneococcales“ Burggraf et al. 1997 - Ordnung Fervidicoccales Perevalova et al. 2010
- Ordnung Thermoproteales Zillig & Stetter 1982, syn.
Thermofilales Zayulina et al. 2021- Familie Thermofilaceae Burggraf et al. 1997
- Gattungen „Infirmifilum“, Thermofilum
- Familie Thermoproteaceae Zillig & Stetter 1982, syn.
Thermocladiaceae Chuvochina et al. 2024- Gattungen Caldivirga, Conexivisphaera, Pyrobaculum, Thermocladium, Thermoproteus, Vulcanisaeta
- Familie Thermofilaceae Burggraf et al. 1997
- Ordnung „Gearchaeales“[11][A. 5]
- Ordnung Acidilobales Prokofeva et al. 2009, syn.
- Klasse „Aigarchaea“ Petitjean et al.,[12] syn.
„Nitrososphaeria_A“[11][A. 6]
- Klasse Thermoprotei_A,[11][A. 7] syn.
„Sulfolobia“[10]- Ordnung Sulfolobales Stetter 1989
- Familie Sulfolobaceae Stetter 1989
- Gattungen Acidianus, „Caldariella“, Desulfurolobus, Metallosphaera, Saccharolobus, Stygiolobus, Sulfodiicoccus, Sulfolobus, Sulfuracidifex, Sulfurisphaera, Sulfurococcus, Aramenus,[11][A. 8] „Sulfosphaerellus“[A. 9]
- Sulfolobales ohne Familienzuordnung
- Gattung „Ca. Nanobsidianus“[A. 10]
- Familie Sulfolobaceae Stetter 1989
- Ordnung „Marsarchaeales“[11][A. 11]
- Ordnung Sulfolobales Stetter 1989
- Gattungen der Thermoproteota incertae sedis
- Gattung „Candidatus Gigantothauma“ corrig.Muller et al. 2010, syn.
„Candidatus Giganthauma“ Muller et al. 2010[A. 12] - Gattung „Candidatus Nitrosodeserticola“ Hwang et al. 2021
- Gattung „Candidatus Gigantothauma“ corrig.Muller et al. 2010, syn.
Äußere Systematik
In den Jahren um 2017 fanden sich anhand gefundener Genome Hinweise auf eine Reihe weiterer Organismen und Linien, die mit den Thermoprotei [Crenarchaeota s. a.] verwandt sind. Zunächst wurden gefunden:
- „Thaumarchaeota“ Brochier-Armanet et al. 2008[14]
- jetzt: Klasse Nitrososphaeria Stieglmeier et al. 2014 [„Thaumarchaea“] in Themoproteota (bzw. s. s. deren Typusordnung Nitrososphaerales Stieglmeier et al. 2014)
- „Ca. Aigarchaeota“ Nunoura et al. 2011
- jetzt: Klasse „Aigarchaea“ Petitjean et al.[12] [„Nitrososphaeria_A“[11]]
- „Korarchaeota“ Barns et al. 1996
- jetzt: Klasse „Candidatus Korarchaeia“ Rinke et al. 2021 in Themoproteota
Viele ursprünglich als Phyla angesehene Kladen gelten inzwischen als Klassen innerhalb der Thermoproteota. Da die bisherigen Namen mit der Endung ‚-ota‘ für Phyla stehen, gelten diese Bezeichner formal als Synonyme von ‚Thermoproteota‘ (Phylum).
Die Klade, die diese Archaeen-Gruppen zusammen mit den Crenarchaeota s. s. (d. h. den Thermoprotei) bilden, wurde vorläufig als „TACK-Supergruppe“ bezeichnet, benannt nach den Anfangsbuchstaben der Mitglieder (mit ihren ursprünglichen Bezeichnungen): ‚Thaum-‘, ‚Aig-‘, ‚Cren-‘ und ‚Kor-‘. Später wurden noch weitere Mitglieder dieser Klade entdeckt, darunter:[A. 1]
- „Ca. Bathyarchaeota“ Meng et al. 2014
- jetzt: Klasse „Candidatus Bathyarchaeia“ in Themoproteota
- Phylum „Ca. Geoarchaeota“ Kozubal et al. 2013
- jetzt: Ordnung „Gearchaeales“ in Thermoprotei[11]
- Phylum „Ca. Marsarchaeota“ Jay et al 2018
- jetzt (nur in der GTDB): Ordnung „Marsarchaeales“ in Klasse Thermoprotei_A [Sulfolobia]
- Phylum "Candidatus Verstraetearchaeota" Vanwonterghem et al. 2016
- jetzt: Klasse „Ca. Methanomethylicia“ corrig.Vanwonterghem et al. 2016
- Phylum „Ca. Nezhaarchaeota“ Wang et al. 2019
- jetzt (GTDB): Ordnung Nezhaarchaeales in „Ca. Methanomethylicia“
Auch diese wurden daher sicher in die TACK-Supergruppe klassifiziert, wenn nicht sogar in das Phylum Thermoproteota (im letzteren Fall nähert sich das Phylum Thermoproteota vom immer mehr TACK an).
Für weitere verwandte Taxa wurde zudem eine eigene Supergruppe Asgard als Schwestertaxon von TACK vorgeschlagen.
Für die beiden Supergruppen[15] TACK und Asgard wurde als umfassende taxonomische Einheit der Name „Proteoarchaea“[16] (früher „Proteoarchaeota“[12]) vorgeschlagen.
Phylogenie
Die folgende Phylogenie der GTDB (Stand: 08-RS214) basiert auf 53 Markergenen:[10]
„TACK“: Thermoproteota |
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In der LPSN wird die mit (+) kgekennzeichnete Klade als Ordnung Thermoproteales geführt; die GTDB-Ordnungen Thermofilales und Thermoproteales entsprechen dort den Familien Thermofilaceae und Thermoproteaceae.
Eozyten-Hypothese
Die in den 1980er Jahren von James Lake vorgeschlagene Eozyten-Hypothese legt nahe, dass sich die Eukaryoten (Zellen mit komplexem Aufbau und Vielzeller wie Pflanzen, Pilze und Tiere, insbesondere auch der Mensch) aus den prokaryotischen Eocyten (ein alter Name für Crenarchaeota) entwickelten.[18][19]
Die V-Typ ATPase der Eukaryoten ähnelt der A-Typ ATP-Synthase der Archaeen – eine Tatsache, die einen Ursprung der Eukaryonten unter den Archaeen nahelegt. Die Ähnlichkeiten zu den bei Bakterien, Chloroplasten und Mitochondrien anzutreffenden F-Typ ATP-Synthasen sind dagegen weitaus geringer (das ausnahmsweise Auftreten des F-Typs bei einigen Archaeenlinien und des A-Typs bei einigen Bakterienlinien wird als Folge horizontalen Gentransfers angesehen).[20]
Proteasom genannte Proteinkomplexe haben offenbar bei dem Thermoproteota-Mitglied Sulfolobus acidocaldarius in der Zellteilung die gleiche Funktion wie bei Eukaryoten.[21]
Ein Hinweis auf eine enge Beziehung zwischen Thermoproteota und Eukaryoten ist das Vorhandensein eines Homologs der RNA-Polymerase-Untereinheit Rbp-8[22] in Vertretern der Thermoproteota, die aber nicht in Archaeen des (Super-) Schon mit der Entdeckung weiterer den (ursprünglich entdeckten) Thermoprotei nahestehenden Archaeengruppen innerhalb der Supergruppe TACK wurde spekuliert, ob diese den Eukaryoten vielleicht noch näher stehen könnten. Tatsächlich wurden in der TACK-Schwestergruppe Asgard Archaeen (Hodarchaeales[24]) gefunden, die den Eukaryoten noch wesentlich näher stehen; möglicherweise sind die Eukaryoten sogar aus diesen Umgebung hervorgegangen.[25][26] Diese Ergebnisse konkretisieren die Aussage der Endosymbiontentheorie bzgl. der Herkunft des letzten gemeinsamen Vorfahren der Eukaryoten (Last Eukaryotic Common Ancestor, LECA), auch wenn die Verwandtschaftsbeziehungen immer noch im Detail diskutiert werden.[17][27] Eine im Herbst 2020 veröffentlichte Studie legt anhand von umfangreichen Genomanlysen tatsächlich nahe, dass – obwohl bisher noch keine primär amitochondrialen Eukaryoten gefunden wurden – die Vorfahren der Eukaryonten aus der Verwandtschaft der Asgard-Archaeen zuerst ihr komplexes Genom mit den zugehörigen Strukturen, und danach die Mitochondrien (oder Vorläufer davon) erworben haben.[28] Anfang 2022 veröffentlichten Akıl et al Metagenom-Analysen aus dem Sediment einer heißen Quelle („Unteres Culex-Becken“, engl. Lower Culex Basin[29]) im Yellowstone-Nationalpark (USA). Aufgrund dieser Analysen kodiert die Odinarchaeota-Spezies Candidaus Odinarchaeota archaeon LCB_4,[30][31] vorhergesagt für zwei prokaryotische FtsZ-Zellteilungsproteine sowie für ein weiteres, OdinTubulin genanntes Protein. Dieses zeigt Homologie sowohl zu eukaryotischen Tubulinen, als auch (weniger stark) zu Ftsz-Proteinen und wird daher von den Autoren als eine Übergangsform zwischen den FtsZ-Proteinen und den Tubulinen angesehen.[32] Im November 2022 wurde bekannt, dass die Odinarchaeota darüber hinaus ein Protein OdinAK besitzen, das mit der Adenylat-Kinase AK6 des Menschen verwandt ist.[33] Im Juli 2023 wurden dann von Laura Eme et al. die Hodarchaeales unter den Heimdallarchaeen als nächste Verwandte der Eukaryoten unter den bis dato bekannten Archaeen identifiziert.[24]Weblinks
Anmerkungen
Andere Mitglieder von TACK behielten ihren taxonomischen Rang und stellen Schwestergruppen der Thermoproteota innerhalb von TACK dar.Einzelnachweise
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two domain tree (incl. Heimdall.)
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Bicaudaviridae. Electron micrograph of Acidianus two-tailed virus. Extrusion of virions from an Acidianus convivator cell. Sample was platinum-shadowed. Bar: 0.5 µm
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Thaspiviridae, species Nitmarvirus NSV1. Nitrosopumilus spindle-shaped virus 1 particles attached to the surface of a host cell. Scale bar, 200 nm
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Ein ungefähres Bild der lappigen Form von Archaeen der Gattung Sulfolobus
Cell of Sulfolobus infected by virus STSV1 observed under microscopy. Two spindle-shaped viruses were being released from the host cell. The strain of Sulfolobus and STSV1 (Sulfolobus tengchongensis Spindle-shaped Virus 1) were isolated by Xiaoyu Xiang and his colleagues in an acidic hot spring in Yunnan Province, China. At present, STSV1 is the largest archaeal virus to have been isolated and studied. Its genome sequence has been sequenced.
Autor/Urheber: E Blöchl, Lizenz: CC BY-SA 4.0
Electron microscope images of Pyrolobus fumarii after Epon embedding and freeze-substitution.
Korarchaeota, REM-Aufnahme einer Anreicherungskultur aus dem Obsidian Pool im Yellowstone Nationalpark
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