Methanothrix

Methanothrix ist eine Gattung von Archaeen; die Gattung Methanosaeta wird meist als Synonym von Methanothrix betrachtet.

Methanothrix
Systematik
Abteilung: Euryarchaeota ohne Rang: Stenosarchaea-Gruppe Klasse: Methanomicrobia Ordnung: Methanosarcinales Familie: Methanotrichaceae Gattung: Methanothrix
Wissenschaftlicher Name
Methanothrix
Huser et al. 1983

Methanothrix wird mit ihrer Familie Methanosaetaceae (alias Methanotrichaceae) entweder der Ordnung Methanosarcinales oder einer eigenen Ordnung Methanotrichales (beide Mitglieder der Euryarchaeota) zugeordnet.

Diese Archaeen kommen im Boden vor und von Klärschlämmen bis zu Sedimenten in Hydrothermalquellen.

Wie andere Arten ihrer Familie verstoffwechseln auch die Arten dieser Gattung Acetat als einzige Energiequelle.

Etymologie

Das Präfix methano- des Gattungsnamens kommt von neulateinisch methanum, deutsch ‚Methan‘, das Suffix -thrix von altgriechisch ϑρίξ thrix, deutsch ‚Haar‘, das Suffix -saeta von lat. saeta, deutsch ‚Borste‘, englisch bristle. Der Name Methanothrix bedeutet also ein Methan produzierendes „Haar“, was auf die von den Bakterien gebildeten Filamente hinweist, der Name Methanosaeta bedeutet analog eine Methan produzierende Borste.

Methanothrix soehngenii wurde zu Ehren von Nicolaas L. Söhngen benannt, Gründer und erster Leiter des Labors für Mikrobiologie der Universität Wageningen, Niederlande.

Arten

Der Umfang der Gattung Methanothrix war und ist immer noch in der Diskussion (Stand 7. Mail 2022). Ursprünglich gab es die Tendenz, Spezies (Arten) verschiedener Gattungen in dieser Gattung zusammenzufassen, und etwa die Gattung Methanosaeta als Synonym aufzufassen; dieser Ansatz liegt folgenden Quellen zugrunde:

Kurzübersicht von in diesen beiden Quellen genannten Spezies:

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Familie Methanotrichaceae alias Methanosaetaceae

• Gattung Methanothrix alias Methanosaeta
  • Spezies Methanothrix harundinacea
  • Spezies Candidatus Methanothrix paradoxa
  • Spezies „Methanothrix pelagica“ alias „Methanosaeta pelagica“
  • Spezies Methanothrix soehngenii alias Methanosaeta concilii – Typusspezies
  • Spezies Methanothrix thermoacetophila
  • weitere vorgeschlagene Spezies mit vorläufigen Bezeichnungen…

Neuere Ansätze versuchen, die genetischen Unterschiede besser zu berücksichtigen und splitten die Gattung Methanothrix innerhalb ihrer Familie wieder auf (siehe Lumper und Splitter); in der nachstehenden ausführlichen Liste (Stand 7. Mai 2022) wurde nach diesem Ansatz vorrangig folgende Quelle zugrunde gelegt:

In der FTDB werden dabei auch Spezies im taxonomischen Rang zu Gattungen hochgestuft (und analog Stämme zu Spezies). Beispielsweise ist die Spezies Methanothrix harundinacea hochgestuft zu einer Gattung mit der vorläufigen Bezeichnung Methanothrix_A. Die Spezies Methanothrix pelagica (alias Methanosaeta pelagica) ist zwar (wie auch der M. pelagica sehr nahestehende Vertreter Uncultured archaeon clone 7F07 from hydrothermal sediment) in der GTDB weder mit Stämmen noch mit GenBank-Zugriffsnummern vertreten; können aber wegen der sehr nahen Verwandtschaft dieser Gattung ebenfalls zugeordnet werden. Die Spezies Ca. Methanothrix paradoxa scheint ebenfalls in der GTDB nicht gelistet, es bleibt fraglich, ob diese ebenfalls einer der neuen Gattungen zuzuordnen ist.

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Familie Methanotrichaceae (G) Oren 2014 (L,N) bzw. Akinyemi et al. 2021 (L,N), mit Synonym Methanosaetaceae Boone et al. 2002 (L,N)

• Gattung: Methanothrix Huser et al. 1983, synonym: Methanosaeta Patel & Sprott 1990, mit Schreibvariante Methanisaeta
  • Spezies Methanothrix soehngenii Huser et al. 1983 (Typus), mit Synonymen:
  • Spezies Methanothrix sp002067365 (G), mit Synonym:
  • Spezies Methanothrix sp002067705 (G), mit Synonym:
  • Spezies Methanothrix sp002067755 (G), mit Synonymen:
  • Spezies Methanothrix sp002256595 (G), mit Synonymen:
  • Spezies Methanothrix sp002505805 (G), mit Synonym:
  • Spezies Methanothrix sp003857025 (G)
  • Spezies Methanothrix sp0l1391755 (G)
  • Spezies Methanothrix sp011620785 (G), mit Synonym:
  • Spezies Methanothrix sp012798025 (G)
  • Spezies Methanothrix sp016706325 (G)
  • Spezies Methanothrix sp016927055 (G)
  • Spezies Methanothrix sp017994055 (G)
  • Spezies Methanothrix sp018052825 (G)
  • Spezies Methanothrix sp902385025 (G)
  • Spezies Methanothrix sp903871465 (G)
  • Spezies Candidatus Methanothrix paradoxa corrig. Angle et al. 2017 (L), mit Schreibvariante:

• Gattung: Methanothrix_A (G) – in der GTDB hochgestufte bisherige Spezies Methanothrix harundinacea (Ma et al. 2006) Akinyemi et al. 2021 (L,N) alias Methanosaeta harundinacea Ma et al. 2006 (N)
  • Spezies Methanothrix_A harundinacea_A (G)
  • Spezies Methanothrix_A harundinacea_B (G)
  • Spezies Methanothrix_A harundinacea_B (G)
  • Spezies Methanothrix_A harundinacea_E (G), mit Synonymen:
  • Spezies Methanothrix_A sp001602645 (G), mit Synonymen:
  • Spezies Methanothrix_A sp9297u (N), mit Synonym:
  • Spezies „Methanosaeta pelagica“ Mori et al. 2012 mit Synonym:
  • Spezies Uncultured archaeon clone 7F07 from hydrothermal sediment (Genbank AY835417)
  • Spezies Methanosaeta sp. 8Ac (N), mit Synonym:

• Gattung: Methanothrix_B (G) – in der GTDB hochgestufte bisherige Spezies Methanothrix thermoacetophila corrig. Nozhevnikova & Chudina 1988 (L), mit Schreibvarianten Methanothrix thermoacetophilia Nozhevnikova & Chudina 1988 (L) und Methanothrix thermophila Kamagata et al. 1992 (L)
  • Spezies Methanothrix_B thermoacetophila (G), bisher:

• Gattung: g__ 6UBA204 (G)
  • Spezies UBA204 sp002501765 (G), mit Synonym:

• Gattung: g__UBA114 (G)
  • Spezies UBA114 sp002506335 (G), mit Synonym:

• Gattung: g__MVQI01 (G)
  • Spezies MVQI01 sp002067795 (G), mit Synonym:

Verschiebungen (L,N):

• Gattung Methanocella zu Familie Methanocellaceae (Ordnung Methanocellales, ebenfalls Euryarchaeota)
  • Spezies: Methanocella arvoryzae, M. conradii, M. paludicola

Methanosaeta concilii

Methanosaeta concilii wurde beschrieben als eine Spezies der diskutierten Gattung Methanosaeta, obligat anaerob, gramnegativ und unbeweglich (nicht motil). Die Zellen sind stäbchenförmig mit flachen Enden und haben eine Länge von 2,5 bis 6,0 μm. Sie sind von einer kreuzgestreiften Hülle umgeben. Der Referenzstamm ist GP6 (alias DSM 3671, OGC 69, NRC 2989 und ATCC 35969), sein Genom wurde 2011 sequenziert.

Methanosaeta gilt meist als Synonym für Methanothrix und Methanosaeta concilii als Synonym für Methanothrix soehngenii.

Methanothrix soehngenii

Methanothrix soehngenii wurde beschrieben als eine Art methanogener Archaeen. Die Zellen sind unbeweglich, nicht sporenbildend, stäbchenförmig (0,8 × 2 μm) und normalerweise in langen Fäden aneinandergereiht, die von einer hüllenartigen Struktur umgeben sind.

Ebenso wie die anderen Mitglieder der Gattung kann Methanothrix soehngenii im Gegensatz zu anderen methanogenen Archaeen alleine kein Methan (CH₄) erzeugen, indem es Kohlendioxid (CO₂) mit Wasserstoff reduziert; seine einzige Energiequelle ist Acetat (H₃C–COO^–).

Das tRNA^Ala-Gen von Methanothrix soehngenii unterscheidet sich von denen anderer Archaeen dadurch, dass es für ein terminales CCA 3′ (3′-CCA-Ende, en. a terminal CCA 3′, 3′-CCA end) kodiert.

Bedeutung

Methanosaeta-Arten gehören zu den aktivsten Methanogenen in Feuchtgebieten und produzieren eine große Menge Methan (CH₄) auf der Erde. Das Erzeugung von Methan hat sowohl positive als auch negative Aspekte. Einerseits ist Methan als Treibhausgas 20-mal wirksamer als Kohlendioxid (CO₂) und trägt somit in zunehmendem Maße zur globalen Erwärmung bei. Andererseits kann Methan als Bioenergie genutzt werden, um von der großflächigen Nutzung fossiler Brennstoffe zur großflächigen Nutzung von Bioenergie überzugehen und so die Treibhausgasemissionen zu verringern. Beispielsweise leben diese Archaeen im Klärschlamm von Kläranlagen und sind dort beteiligt an der Biogaserzeugung.

Wissenschaftler der UMass Amherst entdeckten, dass Archaeen dieser Gattung außerdem die Fähigkeit besitzen, zusammen mit anderen Mikroorganismen Kohlendioxid zu Methan zu reduzieren, indem sie mit diesen eine elektrische Verbindungen eingehen, was weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

Opfer räuberischer Bakterien

Methanosaeta-Archaeen sind Beute räuberischer Bakterien der Spezies „Candidatus Velamenicoccus archaeovorus“ (alias OP3 LiM, Phylum Ca. Omnitrophica aus der PVC-Gruppe). Dieses Bakterium enthält in seiner Zellwand ein Protein, das an seiner Oberfläche Domänen zeigt, die anscheinend die Hülle der Beutearchaeen enzymatisch auflösen können.

Eine Kontamination der Kulturen zur Biogasherstellung mit „Ca. V. archaeovorus“ wird als mögliche Ursache der Erkrankung dieser Archaeen angesehen und ist daher von nicht unwesentlicher wirtschaftlicher Bedeutung.

Literatur und Weblinks

Zu Methanosaeta

• J. Lee, B. Hwang, T. Koo, S. G. Shin, W. Kim, S. Hwang: Temporal variation in methanogen communities of four different full-scale anaerobic digesters treating food waste-recycling wastewater. In: Bioresource Technology. 168. Jahrgang, 2014, S. 59–63, doi:10.1016/j.biortech.2014.03.161, PMID 24767792 (sciencedirect.com). 
• Girishchandra B. Patel, G. Dennis Sprott: Methanosaeta concilii gen. nov., sp. nov. (“Methanothrix concilii”) and Methanosaeta thermoacetophila nom. rev., comb. nov. In: Microbiology Society: International Journal of Systematic Bacteriology, Band 40, Nr. 1, 1. Januar 1990, S. 79–82; doi:10.1099/00207713-40-1-79.
• R. E. Buchanan: Chemical Terminology and Microbiological Nomenclature. In: International Bulletin of Bacteriological Nomenclature and Taxonomy. 10. Jahrgang, 1960, S. 16–22, doi:10.1099/0096266X-10-1-16. 
• D. R. Boone, W. B. Whitman, Y. Koga: Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 1: The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria. Hrsg.: D. R. Boone, R. W. Castenholz. 2. Auflage. Springer, New York 2001, ISBN 978-0-387-98771-2, Family II. Methanosaetaceae fam. nov. (archive.org). 

Zu Methanosaeta concilii

• Birgitte K. Ahring (Hrsg.): Biomethanation I. Springer, 2003. Serie Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology (ABE), Band 81.
• Zhaoqian Jing, Yong Hu, Qigui Niu, Yuyu Liu, Yu-You Li, Xiaochang C. Wang: UASB performance and electron competition between methane-producing archaea and sulfate-reducing bacteria in treating sulfate-rich wastewater containing ethanol and acetate. In: Bioresource Technology. 137. Jahrgang, Juni 2013, S. 349–357, doi:10.1016/j.biortech.2013.03.137, PMID 23597763. 
• S. Rocheleau, C W. Greer, J R. Lawrence, C. Cantin, L. Laramee, S. R. Guiot: Differentiation of methanosaeta concilii and methanosarcina barkeri in anaerobic mesophilic granular sludge by fluorescent In situ hybridization and confocal scanning laser microscopy. In: Appl Environ Microbiol. 65. Jahrgang, Nr. 5, 1999, S. 2222#x200B;–2229, PMID 10224023, PMC 91320 (freier Volltext). 
• Diana Z. Sousa, Andreia F. Salvador, Juliana Ramos, Ana P. Guedes, Sónia Barbosa, Alfons J. M. Stams, M. Madalena Alves, M. Alcina Pereira: Activity and Viability of Methanogens in Anaerobic Digestion of Unsaturated and Saturated Long-Chain Fatty Acids. In: American Society for Microbiology. 79. Jahrgang, Nr. 14, Juli 2013, S. 4239​–4245, doi:10.1128/AEM.00035-13, PMID 23645196, PMC 3697517 (freier Volltext). 

Zu Methanothrix

• BacDive: Search Methanothrix. The Bacterial Diversity Metadatabase (DSMZ).

Zu Methanothrix soehngenii

• M. S. Jetten, A. J. Stams, A. J. Zehnder: Isolation and characterization of acetyl-coenzyme A synthetase from Methanothrix soehngenii. In: Journal of Bacteriology. 171. Jahrgang, Nr. 10, Oktober 1989, S. 5430​–5435, doi:10.1128/jb.171.10.5430-5435.1989, PMID 2571608, PMC 210380 (freier Volltext). 
• M. Jetten: Methanogenesis from acetate: a comparison of the acetate metabolism in Methanothrix soehngenii and Methanosarcina spp. In: FEMS Microbiology Letters. 88. Jahrgang, Nr. 3–4, 1992, ISSN 0378-1097, S. 181–197, doi:10.1016/0378-1097(92)90802-U. 
• Babu Z. Fathepure: Factors Affecting the Methanogenic Activity of Methanothrix soehngenii VNBF. In: Applied and Environmental Microbiology. 53. Jahrgang, Nr. 12, 1987, S. 2978​–2982, doi:10.1128/AEM.53.12.2978-2982.1987, PMID 16347514, PMC 204234 (freier Volltext), bibcode:1987ApEnM..53.2978F. 
• Jean Pierre Touzel et al.: Description of a new strain of Methanothrix soehngenii and rejection of Methanothrix concilii as a synonym of Methanothrix soehngenii. In: International Journal of Systematic Bacteriology. 38. Jahrgang, Nr. 1, 1988, S. 30–36, doi:10.1099/00207713-38-1-30. 
• B. J. Tindall, H. G. Trueper: Rejection of the genus name Methanothfiix with the species Methanothrix soehngenii Huser et al. 1983 and transfer of Methanothrix thermophila Kamagata et al. 1992 to the genus Methanosaeta as Methanosaeta thermophila comb. nov. Opinion 75. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 58. Jahrgang, Nr. 7, Juli 2008, S. 1753–1754, doi:10.1099/ijs.0.2008/005355-0, PMID 18599729. 
• BacDive: Type strain of Methanothrix soehngenii. The Bacterial Diversity Metadatabase (DSMZ).

Anmerkungen

1. nicht gelistet bei GTDB (möglicherweise in eine eigene oder der folgenden Gattungen zu verorten)
2. nicht gelistet bei GTDB
3. nicht gelistet bei GTDB (möglicherweise in eine eigene oder der obigen Spezies zu verorten)

Einzelnachweise

1. LPSN: Genus Methanothrix Huser et al. 1983, sowie Genus Methanosaeta Patel and Sprott 1990.
2. WoRMS: Methanosaeta Patel & Sprott, 1990.
3. NCBI Taxonomy Browser: Methanothrix; Details: Methanothrix Huser et al. 1983 (genus; equivalent: Methanisaeta); graphisch: Methanothrix, Lifemap NCBI Version.
4. GTDB: Methanotrichaceae.
5. Jana Kizina, Sebastian F. A. Jordan, Gerrit Alexander Martens, Almud Lonsing, Christina Probian, Androniki Kolovou, Rachel Santarella-Mellwig, Erhard Rhiel, Sten Littmann, Stephanie Markert, Kurt Stüber, Michael Richter, Thomas Schweder, Jens Harder: Methanosaeta and “Candidatus Velamenicoccus archaeovorus”. In: A. S. M. Journals: Applied and Environmental Microbiology. Band 88, Nr. 7, 21. März 2022; doi:10.1128/aem.02407-21. Dazu:
   • Räuberische Bakterien. Mikrobiologie: Bio-News vom 23. März 2022.
   • Räuberische Bakterien (deutsch); Predatory bacteria (englisch); EM-Aufnahme. Auf: EurekAlert! vom 23. März 2022.
6. NCBI Nucleotide: Uncultured archaeon clone 7F07 16S ribosomal RNA gene, complete sequence.
7. Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.): The Prokaryotes. Band 3. Springer Science & Business Media, 2006, ISBN 0-387-25493-5, S. 254 (google.com [abgerufen am 23. August 2016]). 
8. Beat A. Huser, Karl Wuhrmann, Alexander J. B. Zehnder: Methanothrix soehngenii gen. nov. sp. nov., a new acetotrophic non-hydrogen-oxidizing methane bacterium. In: Archives of Microbiology. Band 132, Nr. 1, 1982, ISSN 0302-8933, S. 1–9, doi:10.1007/BF00690808 (lib4ri.ch). 
9. BacDive: Search: Methanosaeta, und Search: Methanothrix. The Bacterial Diversity Metadatabase.
10. Methanosaeta, Encyclopedia of Life
11. Koji Mori, Takao Iino, Ken-Ichiro Suzuki, Kaoru Yamaguchi, Yoichi Kamagata: Aceticlastic and NaCl-Requiring Methanogen “Methanosaeta pelagica” sp. nov., Isolated from Marine Tidal Flat Sediment. In: ASM Journals: Applied and Environmental Microbiology, Band 78, Nr. 9, 9. April 2012, S. 3416​-3423; doi:10.1128/AEM.07484-11. PMID 22344667, PMC 3346471 (freier Volltext), ResearchGate, Eprint, Epub 17. Februar 2012. Siehe insbes. Fig. 2.
12. Anuliina Putkinen, H. M. P. Siljanen, A. Laihonen, I. Paasisalo, K. Porkka, M. Tiirola, I. Haikarainen, S. Tenhovirta, M. Pihlatie: New insight to the ro​le of microbes in the methane exchange in trees: evidence from metagenomic sequencing. In: New Phytologist, Band 231, Nr. 2, Juli 2021, S. 524–536; doi:10.1111/nph.17365, hdl:10138/332172.
13. Miriam Olivier: Temperature and salinity controls on methanogenesis in an artificial freshwater lake (Cardiff Bay, Wales). Thesis, Cardiff University, School of Earth and Ocean Sciences, September 2015.
14. NCBI Taxonomy Browser: unclassified Methanothrix
15. Jordan C. Angle, Timothy H. Morin, Lindsey M. Solden, Adrienne B. Narrowe, Garrett J. Smith, Mikayla A. Borton, Camilo Rey-Sanchez, Rebecca A. Daly, Golnazalsdat Mirfenderesgi, David W. Hoyt, William J. Riley, Christopher S. Miller, Gil Bohrer, Kelly C. Wrighton: Methanogenesis in oxygenated soils i​s a substantial fraction of wetland methane emissions. In: Nature Communications, Band 8, Nr. 1, 16. November 2017, S. 1567; doi:10.1038/s41467-017-01753-4. PMID 29146959, PMC 5691036 (freier Volltext). Dazu Description of Supplementary Files
16. NCBI Nucleotide: MAG TPA_asm: Methanotrichaceae archaeon isolate UBA9297, whole genome shotgun sequencing project.
17. G. B. Patel, G. D. Sprott: Methanosaeta concilii gen. nov., sp. nov. ("Methanothrix concilii") and Methanosaeta thermoacetophila nom. rev., comb. nov. In: International Journal of Systematic Bacteriology. Band 40, Nr. 1, 1990, ISSN 0020-7713, S. 79–82, doi:10.1099/00207713-40-1-79. 
18. R. D. Barber, L. Zhang, M. Harnack, M. V. Olson, R. Kaul, C. Ingram-Smith, K. S. Smith: Complete Genome Sequence of Methanosaeta concilii, a Specialist in Aceticlastic Methanogenesis. In: Journal of Bacteriology. Band 193, Nr. 14, 2011, ISSN 0021-9193, S. 3668​–3669, doi:10.1128/JB.05031-11, PMID 21571998, PMC 3133334 (freier Volltext). 
19. Madeleine Sebald (Hrsg.): Genetics and Molecular Biology of Anaerobic Bacteria. Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-1-4615-7087-5, S. 55 (google.com [abgerufen am 7. September 2016]). 
20. Amit Kumar, Johan Åqvist, Priyadarshi Satpati: Principles of tRNA^Ala Selection by Alanyl–tRNA Synthetase Based on the Critical G3·U70 Base Pair. In: ACS Omega, Band 4, Nr. 13, 24. September 2019, S. 15539​–15548; doi:10.1021/acsomega.9b01827, PMC 6761608 (freier Volltext). PMID 31572855, Epub 11. September 2019.
21. Amelia-Elena Rotaru, Pravin Malla Shrestha, Fanghua Liu, Minita Shrestha, Devesh Shrestha, Mallory Embree, Karsten Zengler, Colin Wardman, Kelly P. Nevina, Derek R. Lovleya: A new model for electron flow during anaerobic digestion: direct interspecies electron transfer to Methanosaeta for the reduction of carbon dioxide to methane. In: R. S. C. Publishing: Energy & Environmental Science. Band 7, Nr. 1, 2. Juni 2014, S. 408–415; doi:10.1039/C3EE42189A, Epub 18. Oktober 2014.
22. NCBI Taxonomy Browser: Candidatus Velamenicoccus archaeovorus (species).