Methanoperedens nitroreducens

Candidatus Methanoperedens nitroreducens (mit Schreibvariante Ca. Methanoperedens nitratireducens, kurz Methanoperedens nitroreducens bzw. Methanoperedens nitratireducens) ist eine Kandidatenspezies (vorgeschlagene Art) methanotropher Archaeen aus der Ordnung Methanosarcinales der Euryarchaeota. Die Methanotrophie bedeutet, dass diese Archaeen Methan verstoffwechseln, und zwar indem sie eine Oxidation von Methan mit einer Reduktion von Nitrat koppeln. Ursprünglich hatte man diese Spezies für anaerob gehalten, tatsächlich besitzt sie aber Abwehrmechanismen gegen Sauerstoffschäden, was sie von echten anaeroben Spezies unterscheidet, die irreversible Schäden erleiden, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt sind.

Methanoperedens nitroreducens
Systematik
ohne Rang: Stenosarchaea-Gruppe Klasse: Methanomicrobia Ordnung: Methanosarcinales Familie: Methanoperedenaceae Gattung: Methanoperedens Art: Methanoperedens nitroreducens
Wissenschaftlicher Name
Methanoperedens nitroreducens
Haroon et al. 2013

Stoffwechsel

Ein Forscherteam um Boran Kartal vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen hatte 2016 entdeckt, dass Ca. M. nitroreducens Methan in einer anaeroben Methanoxidation mit Hilfe von dreiwertigem Eisen in Kohlenstoffdioxid (CO₂) umwandeln kann. Das dreiwertige Eisen wird dabei zu zweiwertigem Eisen reduziert, das gut wasserlöslich ist und somit anderen Organismen zur Verfügung steht. Dabei reduziert C. M. nitroreducens Nitrat zu Ammonium, welches seinerseits im Beisein geeigneter Mikroorganismen in einer Anammox-Reaktion ohne Sauerstoff elementaren Stickstoff (N₂) bildet.

Habitat

Dieser Mikroorganismus kommt in einer Vielzahl von natürlichen Gewässern und vom Menschen geschaffenen Ökosystemen vor, wo sich Nitrat an der oxischen/anoxischen Grenzfläche ansammelt. In solchen Umgebungen können diese Archaeen regelmäßig in begrenztem Umfang Sauerstoff ausgesetzt sein. Dies wird von ihnen aber aufgrund der Abwehrmechanismen toleriert und sie sind so in der Lage, unter derartigen Bedingungen zu gedeihen. Beispiele für solche Lebensräume sind Reisfelder und Kläranlagen.

Anwendungen

Die genannten Eigenschaften machen sie für künftige Anwendungen interessant, etwa indem sie für die gleichzeitige Entfernung von gelöstem Methan und stickstoffhaltigen Schadstoffen in sauerstoffarmen Systemen eingesetzt werden.

Reisfelder sind beispielsweise eine bedeutende Methanquelle und tragen bis zu 20 % zu den gesamten Methanemissionen aus Feuchtgebietsökosystemen bei.

In einem Bioreaktor, der zweierlei Mikroorganismen enthält (Ca. M. nitroreducens und die Anammox-Organismen), könnte gleichzeitig Ammonium, Methan und Nitrat aus Abwasser in harmlosen elementaren, molekularen Stickstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt werden, wobei Kohlenstoffdioxid ein weniger klimaaktivesTreibhausgas als Methan ist.

Stämme

Bekannte Stämme (englisch strains) sind ANME-2d (Referenz) und UBA453.

Etymologie

Der Gattungsname Methanoperedens leitet sich ab von neulateinisch methano ‚Methan betreffend‘ und peredens ‚verzehrend‘, ‚aufzehrend‘ bedeutet also „Methan verbrauchend“.

Das Namens-Epitheton nitroreducens leitet sich ab von altgriechisch νίτρον nítron, deutsch ‚Kaliumnitrat‘, ‚Salpeter‘ und neulateinisch reducencs ‚reduzierend‘; die Schreibvariante nitratireducens kommt von neulateinisch nitras (Genitiv nitratis), ‚Nitrat‘.

Einzelnachweise

1. LPSN: "Candidatus Methanoperedens" Haroon et al. 2013 (Species). Schreibvariante mit korrektem Namen "Candidatus Methanoperedens nitratireducens" corrig. Haroon et al. 2013 (Species).
2. NCBI Taxonomy Browser: "Candidatus Methanoperedens nitroreducens" Haroon et al. 2013 (species, equivalent: Methanoperedens nitroreducens); graphisch: Candidatus Methanoperedens nitroreducens, Lifemap NCBI Version.
3. UniProt: Candidatus Methanoperedens nitroreducens (SPECIES)
4. GTDB: Methanoperedens nitroreducens, mit Referenzstamm ANME-2d, sowie Stamm UBA453.
5. Simon Guerrero-Cruz, Geert Cremers, Theo A. van Alen, Huub J. M. Op den Camp, Mike S. M. Jetten, Olivia Rasigraf, Annika Vaksmaa: Response of the Anaerobic Methanotroph "Candidatus Methanoperedens nitroreducens" to Oxygen Stress. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 84, Nr. 24, 2018, ISSN 1098-5336, S. e01832–18, doi:10.1128/AEM.01832-18, PMID 30291120, PMC 6275348 (freier Volltext). 
6. Mohamed F. Haroon, Shihu Hu, Ying Shi, Michael Imelfort, Jurg Keller, Philip Hugenholtz, Zhiguo Yuan, Gene W. Tyson: Anaerobic oxidation of methane coupled to nitrate reduction in a novel archaeal lineage. In: Nature. Band 500, Nr. 7464, August 2013, S. 567–570, doi:10.1038/nature12375, PMID 23892779, bibcode:2013Natur.500..567H. 
7. Christel Kampman, Laura Piai, Hardy Temmink, Tim L. G. Hendrickx, Grietje Zeeman, Cees J. N. Buisman: Effect of low concentrations of dissolved oxygen on the activity of denitrifying methanotrophic bacteria. In: Water Science and Technology. Band 77, Nr. 11, 2018, ISSN 0273-1223, S. 2589–2597, doi:10.2166/wst.2018.219. 
8. Katharina F. Ettwig, Baoli Zhua, Daan Speth, Jan T. Keltjens, Mike S. M. Jetten, Boran Kartal: Archaea catalyze iron-dependent anaerobic oxidation of methane. 24. Oktober 2016, doi:10.1073/pnas.1609534113 (pnas.org). 
9. Annika Vaksmaa, Simon Guerrero-Cruz, Theo A. van Alen, Geert Cremers, Katharina F. Ettwig, Claudia Lüke, Mike S. M. Jetten: Enrichment of anaerobic nitrate-dependent methanotrophic ‘Candidatus Methanoperedens nitroreducens’ archaea from an Italian paddy field soil. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 101, 4. August 2017, S. 7075​–7084; doi:10.1007/s00253-017-8416-0, PMID 28779290, PMC 5569662 (freier Volltext).
10. Xabier Vázquez-Campos, Andrew S. Kinsela, Mark W. Bligh, Timothy E. Payne, Marc R. Wilkins, T. David Waite: Genomic Insights Into the Archaea Inhabiting an Australian Radioactive Legacy Site. In: Frontiers in Microbiology. Band 12, 2021, ISSN 1664-302X, S. 732575, doi:10.3389/fmicb.2021.732575, PMID 34737728, PMC 8561730 (freier Volltext). 
11. LPSN: "Candidatus Methanoperedens" Haroon et al. 2013 (Species).