Roseinatronobacter

Roseinatronobacter
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Alphaproteobacteria Ordnung: Rhodobacterales Familie: Paracoccaceae Gattung: Roseinatronobacter
Wissenschaftlicher Name
Roseinatronobacter
Sorokin et al., 2000

Roseinatronobacter ist eine Gattung von Bakterien. Einige Arten zählen zu den sogenannten Nichtschwefelpurpurbakterien und betreiben unter anaeroben Bedingungen (also unter Ausschluss von Sauerstoff) eine Photosynthese. Andere Arten von Roseinatronobacter betreiben dem hingegen eine Photosynthese unter aeroben Bedingungen. Sie zählen zu der als „aerobe anoxygene phototrophe Bakterien“ (AAP) bezeichneten Gruppe. Hierbei wird die Lichtenergie genutzt, um ATP zu bilden. Wasser wird hier nicht als Elektronendonor („Elektronenspender“) verwendet und daher wird auch kein Sauerstoff produziert, es ist also eine anoxygene Photosynthese.^[1]

Merkmale

Die Zellen von R. thiooxidans sind oft zitronenförmig und neigen zu polarem Wachstum mit ungleichmäßiger Zellteilung, die einer Knospung ähnelt. Die Zellen von R. monicus sind stäbchenförmig. Beide Arten zeigen unter Sauerstoffausschluss (anoxisch) kein Wachstum. Roseinatronobacter thiooxidans und R. monicus besitzen keine Geißeln, sie sind nicht beweglich. Die Kolonien der beiden Arten sind aufgrund des Vorhandenseins von Carotinoiden rosa gefärbt. Die Art Roseinatronobacter domitianus kann sich gleitend bewegen (gliding motility) und bildet lange unregelmäßige Ketten. In vier Tage alten Kulturen werden Knospen gebildet.^[2]

Die Zellen der zwei Unterarten von Roseinatronobacter bogoriensis, R. b. subsp. bogoriensis (zuvor Rhodobaca bogoriensis) und R. b. subsp. barguzinensis (zuvor Rhodobaca barguzinensi), zeigen auch unter anaeroben Bedingungen Wachstum. Sie bilden unter anoxischen Bedingungen mit Licht vesikuläre Innenmembranen für die Photosynthese. Sie zählen zu den Nicht-Schwefelpurpurbakterien, sie führen eine Photosynthese ohne die Nutzung von Schwefelverbindungen durch. Sie nutzen organische Verbindungen als Elektronendonoren. Die Farbe der phototrophen Kulturen ist dann gelb bis gelbbraun. Unter aeroben Bedingungen, also wenn Sauerstoff vorhanden ist, führen diese Bakterien keine Photosynthese durch, sie wachsen chemoheterotroph. Die aeroben Kulturen sind dann rosa bis rot gefärbt. Diese zwei Unterarten sind durch polare Geißeln beweglich. Die zwei Unterarten wurden früher als Arten der Gattung Rhodobaca geführt und zwar als Rhodobaca bogoriensis und Rhodobaca barguzinensis. Die Gattung Rhodobaca wurde aufgrund phylogenetischen Untersuchungen, wie z. B. der 16S-rRNA, im Jahr 2024 aufgelöst.^[3]

Stoffwechsel und Wachstum

Einige Arten von Roseinatronobacter, wie R. monicus, R. thiooxidans, R. domitianus und R ekhonensis, zählen zu den sogenannten aeroben anoxygenen phototrophen Bakterien (engl. aerobic anoxygenic phototrophs, AAP).^[4][2][5] Sie synthetisieren ATP in Gegenwart von Sauerstoff durch Photophosphorylierung. Sie enthalten das Bakteriochlorophyll a.^[6] Als Quelle für Kohlenstoff benötigen die AAP-Bakterien organische Verbindungen, es handelt sich also nicht um photoautotrophe Bakterien.^[4][1] Es wird keine Kohlenstofffixierung durchgeführt, allen AAP-Bakterien fehlt das hierfür benötigte Schlüsselenzym RuBisCO.^[7] Die Aerobe Anoxygene Photosynthese erleichtert ihnen das Überleben in Umgebungen mit schwankendem Angebot von organischer Substanz. Weitere, näher verwandte Arten, die zu den AAP zählen, sind z. B. bei Roseicitreum zu finden.^[8] Die AAP-Bakterien sind nur dann zur Photosynthese fähig, wenn sie in einem Tag-Nacht-Zyklus wachsen. Unter diesen Bedingungen wird Bakteriochlorophyll a nur im Dunkeln gebildet und dann zur Energiegewinnung durch Photophosphorylierung verwendet, wenn wieder Lichteinstrahlung vorhanden ist.^[9]

Da die AAP-Bakterien der Gattung Roseinatronobacter das Bacteriochlorophyll a enthalten, werden sie auch zu den ABC-Bakterien gezählt. ABC ist die Abkürzung von „Bacteriochlorophyll a–containing“.

R. monicus und R. thiooxidans können des Weiteren reduzierte Schwefelverbindungen, wie Thiosulfat, elementaren Schwefel und Sulfid als zusätzliche Energiequelle nutzen (Lithoheterotrophie), indem sie diese zu Sulfat oxidieren.^[4] Man spricht hierbei von lithoheterotrophen Bakterien, da sie neben den Schwefelverbindungen noch organische Verbindungen benötigen. Hier ist ein vollständiges Sox-System und eine Sulfiddehydrogenase vom Typ Flavocytochrom c beteiligt. Das Sox-System ist ein Enzymsystem, das von bestimmten Bakterien zur Oxidation von Schwefelverbindungen genutzt wird. Es ist besonders bei Bakterien bekannt, die Schwefel als Energiequelle nutzen, wie zum Beispiel bei schwefeloxidierenden Bakterien. Das Sox-System spielt eine zentrale Rolle im biologischen Schwefelkreislauf, indem es die Umwandlung von reduzierten Schwefelverbindungen wie Sulfid in sulfatierten Formen (wie Sulfat) ermöglicht, die dann für andere Organismen und Umweltprozesse verfügbar werden.

Andere Arten, wie die Unterarten von Roseinatronobacter bogoriensis (früher zu der Gattung Rhodobaca gestellt), zählen zu den Nichtschwefelpurpurbakterien. Die Arten sind hierbei nicht photoautotroph, sondern photoheterotroph, sie benötigen zusätzlich noch organische Stoffe für das Wachstum. Photoheterotrophes Wachstum findet unter anoxischen Bedingungen (also unter Ausschluss von Sauerstoff) im Licht mit einer Vielzahl von organischen Verbindungen als Kohlenstoff- und Elektronenquellen statt. Chemoheterotrophes Wachstum erfolgt durch aerobe Atmung.^[10] Interessanterweise sind beide Arten in der Lage, Tellurit (Na₂TeO₃²⁻) und Selenit (Na₂SeO₃) zu Tellur (Te) bzw. Selen (Se) zu reduzieren und die Produkte außerhalb der Zellen anzureichern.^[8][11] Diese Fähigkeit ist relativ selten bei Bakterien, andere Beispielarten für die Reduktion von Tellur sind bei Roseococcus, Erythromicrobium und Erythrobacter zu finden.^[12][13]

Alle Arten tolerieren oder benötigen hohe pH-Werte, sie kommen in alkalischen Umgebungen wie z. B. Sodaseen, vor.

Ökologie

Roseinatronobacter monicus und R. thiooxidans sind mäßig salztolerant, sie benötigen hohe pH-Werte (obligat alkaliphil) und gedeihen z. B. in Sodaseen mit hohen pH-Werten. Der maximale pH-Wert liegt bei 10,4. Diese zwei Arten spielen eine wichtige Rolle im Schwefelkreislauf, da sie Schwefelverbindungen wie Thiosulfat oxidieren können. Diese Fähigkeit trägt zum Schwefelkreislauf in salzhaltigen, alkalischen Seen bei, in denen Schwefelverbindungen oft reichlich vorhanden sind. Sie wurden aus mäßig salzhaltigen Sodaseen isoliert, die Typusart aus dem Gorbunka-See im Transbaikal-Gebiet in Russland (Südost-Sibirien) und R. monicus aus der euphotischen Zone des Natronsees Mono Lake in Kalifornien.

Roseinatronobacter ekhonensis (zuvor als Roseibaca ekhonensis geführt) wurde aus dem Ekho Lake, einem hypersalinen See in der Antarktis isoliert. Diese Art ähnelt Roseinatronobacter thiooxidans und R. monicus, ist aber alkalitolerant und nicht alkaliphil. Es bildet ebenfalls Bacteriochlorophyll a und zählt zu den AAP.

Die Unterart R. bogoriensis subsp. barguzinensis (zu dem Zeitpunkt noch Rhodobaca barguzinensis benannt) wurde aus dem Sediment eines kleinen salzhaltigen Sodasees in der Nähe des Algin-Sees (im Bargusin-Tal in der Republik Burjatien in Russland) isoliert. Die Unterarten zählen ebenfalls zu den aeroben anoxygenen phototrophen Bakterien. Man nimmt an, dass diese Bakterien im Meeresplankton weit verbreitet sind und 11 % der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft ausmachen können.^[14]

Bei einer Untersuchung des Doroninskoe-See in Sibirien, einen stark alkalischen Sodasee in der Permafrostzone, wurde ein Stamm von Roseinatronobacter isoliert.^[15] Hier liegt unter einer Schicht mit sauerstoffreichen oberen Wasser eine Schicht mit schwefelreichen, sauerstoffarmen Wasser. Diese Schichtung ermöglicht es verschiedenen mikrobiellen Gemeinschaften, in unterschiedlichen Zonen zu gedeihen und sich jeweils an unterschiedliche Sauerstoff-, Schwefel- und Mineralgehalte anzupassen. Roseinatronobacter befand sich in der sauerstoffhaltigen Schicht. In dieser Untersuchung wurde auch auf eine in Planung befindliche Beschreibung dieses Stammes als Roseinatronobacter doroninskoiensis hingewiesen.^[15]

Die Art Roseinatronobacter domitianus wurde von einer italienischen Küste isoliert. Im Genom dieses Bakteriums wurden Gene gefunden, die für die Synthese von pflanzenwachstumsfördernden Verbindungen oder von Mitteln gegen Tumoren von Interesse sein könnten.^[2]

Systematik

Aufgrund Untersuchungen der 16S-rRNA und weiteren Merkmalen wurden die Mitglieder der Gattung Rhodobaca und Roseibaca in die Roseinatronobacter eingegliedert. Die zwei Taxa Rhodobaca barguzinensis und Rhodobaca bogoriensis werden nun als Unterarten der Art Roseinatronobacter bogoriensis geführt: Roseinatronobacter bogoriensis subsp. barguzinensis und Roseinatronobacter bogoriensis subsp. bogoriensis.^[16] Roseinatronobacter ekhonensis und Roseinatronobacter domitianus ersetzten nun die Namen Roseibaca ekhonensis und Roseibaca domitiana.^[17]

Roseinatronobacter zählt zu der Familie Paracoccaceae innerhalb der Proteobacteria.

Der Gattungsname Roseinatronobacter ist abgeleitet vom lateinischen Adjektiv "roseus" (deutsch rosafarben, rosig) sowie dem lateinischen Wort "natron" (Soda) und "bacter" bedeutet soviel wie Stäbchen.

Es folgt eine Liste einiger Arten:^[16]

• Roseinatronobacter alkalisoli Hu et al., 2024
• Roseinatronobacter bogoriensis (Milford et al., 2001) Hu et al., 2024
  • Roseinatronobacter bogoriensis subsp. barguzinensis (Boldareva et al., 2009) Hu et al., 2024
  • Roseinatronobacter bogoriensis subsp. bogoriensis (Milford et al., 2001) Hu et al., 2024
• Roseinatronobacter domitianus (Gattoni et al., 2024) Huang et al., 2024
• Roseinatronobacter ekhonensis (Labrenz et al., 2009) Huang et al., 2024
• Roseinatronobacter monicus Boldareva et al., 2009
• Roseinatronobacter thiooxidans Sorokin et al., 2000

Einzelnachweise

1. Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl und David P. Clark: Brock Mirkobiologie 13. Auflage. Pearson, München 2013, ISBN 978-3-86326-695-0, S. 1006.
2. Giuliano Gattoni, Fabiana Di Costanzo, Rafael R. de la Haba, Ana B. Fernández, Shaday Guerrero-Flores, Nelly Selem-Mojica, Antonio Ventosa, Paulina Corral: Biosynthetic gene profiling and genomic potential of the novel photosynthetic marine bacterium Roseibaca domitiana. In: Frontiers in Microbiology. Band 14, 29. September 2023, ISSN 1664-302X, doi:10.3389/fmicb.2023.1238779, PMID 37860137, PMC 10584327 (freier Volltext) – (frontiersin.org [abgerufen am 23. November 2024]). 
3. Xinyu Hu, Fan Yang, Shujing Yang, Wenjun Guo, Jiangtao Ren, Shenkui Liu, Xiang Xiao, Lin Zhu, Wei Wei: Roseinatronobacter alkalisoli sp. nov., an alkaliphilic bacterium isolated from soda soil, and genome-based reclassification of the genera Rhodobaca and Roseinatronobacter. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 74, Nr. 6, 4. Juni 2024, ISSN 1466-5026, doi:10.1099/ijsem.0.006402 (microbiologyresearch.org [abgerufen am 17. November 2024]). 
4. Dimitry Y. Sorokin, Alexander Y. Merkel: Roseinatronobacter, edited by William Whitman. In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm01968 (wiley.com [abgerufen am 6. November 2024]). 
5. M. Labrenz, P. A. Lawson, B. J. Tindall, P. Hirsch: Roseibaca ekhonensis gen. nov., sp. nov., an alkalitolerant and aerobic bacteriochlorophyll a-producing alphaproteobacterium from hypersaline Ekho Lake. In: INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY. Band 59, Nr. 8, 1. August 2009, ISSN 1466-5026, S. 1935–1940, doi:10.1099/ijs.0.016717-0 (microbiologyresearch.org [abgerufen am 23. November 2024]). 
6. E. N. Boldareva, I. A. Bryantseva, A. Tsapin, K. Nelson, D. Yu. Sorokin, T. P. Tourova, V. A. Boichenko, I. N. Stadnichuk, V. M. Gorlenko: The new alkaliphilic bacteriochlorophyll a-containing bacterium Roseinatronobacter monicus sp. nov. from the hypersaline Soda Mono Lake (California, United States). In: Microbiology. Band 76, Nr. 1, Februar 2007, ISSN 0026-2617, S. 82–92, doi:10.1134/S0026261707010122 (springer.com [abgerufen am 16. November 2024]). 
7. Patrick C. Hallenbeck: Modern Topics in the Phototrophic Prokaryotes, ISBN 978-3-319-46261-5 doi:10.1007/978-3-319-51365-2
8. Eugene Rosenberg, Edward F. DeLong, Stephen Lory, Erko Stackebrandt, Fabiano Thompson, Eugene Rosenberg: The Prokaryotes: Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria. Springer Berlin Heidelberg Springer e-books Imprint: Springer, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-30197-1, S. 446. 
9. Michael T. Madigan, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley, W. Matthew Sattley, David A. Stahl, Thomas D. Brock: Brock biology of microorganisms. Sixteenth edition, global edition Auflage. Pearson, Harlow 2022, ISBN 978-1-292-40479-0. 
10. Johannes F. Imhoff: Rhodobaca. In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm00861 (wiley.com [abgerufen am 17. November 2024]). 
11. E. N. Boldareva, V. N. Akimov, V. A. Boychenko, I. N. Stadnichuk, A. A. Moskalenko, Z. K. Makhneva, V. M. Gorlenko: Rhodobaca barguzinensis sp. nov., a new alkaliphilic purple nonsulfur bacterium isolated from a soda lake of the Barguzin Valley (Buryat Republic, Eastern Siberia). In: Microbiology. Band 77, Nr. 2, April 2008, ISSN 0026-2617, S. 206–218, doi:10.1134/S0026261708020148 (springer.com [abgerufen am 19. November 2024]). 
12. Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm00887 (wiley.com [abgerufen am 20. November 2024]). 
13. Michael Quednau: Geomikrobiologie. Band 1: Grundlagen, Berlin, Boston: De Gruyter, 2017. doi:10.1515/9783110426779
14. Oded Béjà, Marcelino T. Suzuki, John F. Heidelberg, William C. Nelson, Christina M. Preston, Tohru Hamada, Jonathan A. Eisen, Claire M. Fraser, Edward F. DeLong: Unsuspected diversity among marine aerobic anoxygenic phototrophs. In: Nature. Band 415, Nr. 6872, Februar 2002, ISSN 0028-0836, S. 630–633, doi:10.1038/415630a (nature.com [abgerufen am 22. November 2024]). 
15. V. M. Gorlenko, S. P. Buryukhaev, E. B. Matyugina, S. V. Borzenko, Z. B. Namsaraev, I. A. Bryantseva, E. N. Boldareva, D. Yu. Sorokin, B. B. Namsaraev: Microbial communities of the stratified soda Lake Doroninskoe (Transbaikal region). In: Microbiology. Band 79, Nr. 3, Juni 2010, ISSN 0026-2617, S. 390–401, doi:10.1134/S0026261710030161 (springer.com [abgerufen am 6. November 2024]). 
16. Genus Roseinatronobacter In: LPSN - List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (Stand 8. November 2024)
17. Zhaobin Huang, Meiqin Li, Aharon Oren, Qiliang Lai: Genome-based analysis of the family Paracoccaceae and description of Ostreiculturibacter nitratireducens gen. nov., sp. nov., isolated from an oyster farm on a tidal flat. In: Frontiers in Microbiology. Band 15, 30. April 2024, ISSN 1664-302X, doi:10.3389/fmicb.2024.1376777, PMID 38746742, PMC 11092380 (freier Volltext) – (frontiersin.org [abgerufen am 17. November 2024]). 

Literatur

• Dimitry Y. Sorokin, Alexander Y. Merkel, Edited by: William Whitman: Roseinatronobacter In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm01968 (wiley.com [abgerufen am 6. November 2024]). 

Weblinks

• NCBI