Archaeen

Archäe
Archaeon vum Genus Sulfolobus, infiziert mit em Sulfolobus-Virus STSV1. Maßstab = 1 μm.
Systematik
Klassifikation: Läbewäse Domäne: Archäe
Wüsseschaftlige Name
Archaea
Otto Kandler & Mark L. Wheelis
Abdeilig
„Euryarchaeota“ „Crenarchaeota“ „Nanoarchaeota“ „Korarchaeota“

Archäe (Archaea, Singular: Archaeon; vu griech. ἀρχαῖος archaĩos „uralt“, „urspringli“), friejer au Archaebakterie oder Urbakterie gnännt, bilde näbe dr Bakterie (Bacteria) un dr Eukaryote (Eukaryota) aini vu dr drei Domäne, wu alli zelluläre Läbewäse yydailt wäre.

Bschrybig

Archaee sin aizälligi Organisme mit eme DNA-Molekil, wu zmaischt in si zuenig isch, (au „zirkulär Chromosom“^[1] gnännt) und wu in eme chlaine Volumen aagornet isch un in däre Form Chärnequivalänt gnännt wird. Si ghere zue dr Prokaryote un hän kai Cytoskelett un au kai Zällorganälle.

Di separat Stellig vu dr Archäe as aigeständigi Domän isch dur dytligi Unterschid in dr Sequänz vu dr RNA, wu s in dr Ribosome din het, un zwar in dr chlaine ribosomale Unterainhait (16S rRNA), un dur anderi genetischi, physiologischi, strukturälli un biochemischi Aigeschafte begrindet.

Entdeckt un bschribe wore sin d Archäbakterie Ändi vu dr 1970er Johr vu dr US-amerikanische Mikrobiologe Carl Woese un George Fox. In dr Sequänz vu dr ribosomale RNA hän d Forscher uffelligi Unterschid zue dr andere Prokaryoten, em Rych vu dr Eubakterie, gfunde. Au d Struktur vu dr Zälle un dänen ihri Aigehaite im Stoffwächsel hän uf e separati Gruppe vu Prokaryote schließe loo. Die Ergebnis in di dr Johr dernoo bstetigt wore, un di große Furtschritt in dr molekulare Biology hän e generälli Änderig vu dr Taxonomy notwändig gmacht: Eubakterie un Archaebakterie sin in Bacteria un Archaea umgnännt wore un anne 1990 as aigeständigi Domäne näbe dr Domäne vu dr Eukarya bschribe wore. Doderby stehn d Archaea dr Eukarya phylogenetisch allwäg necher wie d Bacteria.

Vil kultivierti Arte vu dr Archäe sin an extremi Umwältbedingigen aabasst. S git Arte, wu gärn bi Tämperature vu iber 80 Grad Celsius wachse (hyper-thermophil), anderi läben in hoch konzentrierte Salzlesige (halophi]) oder in stark suurem Milieu (pH bis 0; acidophil) bzw. stark basischem Milieu (pH bis >10; alkaliphil). Thermoplasmatales vu dr Gattig Picrophilus (P. oshimae un P. torridus) hän e Wachstumsoptimum bi pH 0,7 un chenne sogar no bi me pH vu -0,6 iberläbe.

Archäe sin in dr Forschig vu Inträssi, wel in ihne villicht Merkmol vum firje Läben uf dr Ärd erhalte blibe sin. Aber au ihre ussergwehnlige Stoffwächsel isch vu Inträssi, zum Byschpel d Fähigkait, bi 110 °C z wachse. Au fir Aawändigen isch dr uugwehnli Stoffwächsel inträssant, zum Byschpel wäre Archäe bi dr Boden- un Gwässersanierig yygsetzt oder fir d Methangwinnig in Biogasaalage.

Bishär sin kaini Chranketserreger us dr Gruppe vu dr Archäe bekannt.

Aigeschafte

In vil molekularbiologischen Aigeschafte sin d Archäe dr Eukaryoten ähnliger wie dr Bakterie. Ainewäg hän si typisch bakteriälli Aigeschafte, z. B. d Zällgreßi, s Fähle vun eme Zällchärn, d Art vu dr Zälldailig, si hän en in sich zuenig DNA-Molekil, aifach ufböuti Furtbewegigsorgan (Flagälle) un wie d Bakterie Ribosome mit em Sedimäntazionskoeffiziänt 70S (di archeälle Ribosome sin aber kompläxer in ihre Struktur). D Gen vu boode Domäne sin in sognännte Operonen organisiert. Archäe chennen au Plasmid drage, wie zem Byschpel e Ärchäen us dr Crenarchaeota-Gattig Sulfolobus.^[2]

Di zäntrale molekulare Prozäss, zem Byschpel Translazion un Transkripzion, sin dergege däre vu dr Eukaryoten ähnlig: Archäe bruche ähnligi, us mehrere Proteinunterainhaite zämmegsetzti RNA-Polymerase (Rifampicin un Streptolydigin-resischtänt), bi dr Translazion chemme arg ähnligi Initiazions- un Elongazionsfaktore vor, dr Aafang vu dr Transkripzion wird dur e sognännti TATA-Box markiert.

D Archäe hän aber au vil aizigartigi Aigeschafte, bsundersch dr Ufböu vu dr Zällwand zaigt dytligi Unterschid zue dr andere Domäne: In dr archeälle Zällwänd het s Pseudopeptidoglycan (Pseudomurein) un si sin generäll seli vilfältig in ihrem Ufböu: E Dail Archäe fählt e Zällwand ganz (Thermoplasma), anderi hän hochkompläxi, us vile Schichte ufböuti Zällwänd (Methanospirillum). Wäg em andere Ufböu sin Archäe generäll resischtänt gege Zällwandantibiotika. Au d Zämmesetzig vu dr archeälle Plasmamembran unterschaidet sich: In Bakterie un Eukaryote sin Fättsyrine iber e Eschter-Bindig an d Glycerol-Molekil bunde, bi Archäe findet mer Glycerol-Diether oder sogar Bis-Glycerol-Tetraether (aischichtigi Membran, Monolayer) un verzwygti Isopren-Ainhaite statt aifache Fättsyrine. Hyperthermophili Archäe hän vilmol stabileri, aischichtigi Membrane (Glycerol-Tetraether^[3]).

Habitat

Di maischte vu dr dur Kultivierig untersuechte Archäe sin Extremophili, d. h. si sin bsundersch an extremi Biotop aabasst. Vil Verdrätter chenne bi seli hoche Tämperature (d. h. iber 80 °C, Hyperthermophili), seli nidere un hoche pH-Wärt (Acidophili bzw. Alkaliphili), hoche Salzkonzentratione (Halophili) oder hoche Druck (Barophili) läbe.

Hyperthermophili Archäe findet mer vilmol in marinen un terrestrische vulkanische Biet (Black Smoker, Geysir, Solfatarefälder). Vil vu däne Archäe het mer z. B. us vulkanisch bregte Habitat im Yellowstone National Park isoliert. Halophili drieje guet in Umgebige mit hochem Salzghalt, z. B. im Dote Meer oder au in natyrlige marine Brines. Au methanogeni Archäe sin uf ai Art „extrem“: Si wachsen uusschließlig unter anoxische Bedingige un bruuche vilmol molekulare Wasserstoff fir ihre Stoffwächsel. Si sin relativ wyt verbraitet: in Sießwasser, Meer, Beede, aber au as Symbionte im Darmtrakt vu Dier un Mänsche. Vor churzem hän sogar Archäen im mänschlige Buuchnable chenne noogwise wäre.

Wäg däre „Extremophily“ het mer di ekologisch Bedytig vu dr Archäe bishär as relativ gring yygschetzt. In dr letschte Johr het mer aber dur neji molekulare Methoden uusgfunden, ass Archäe zue große Aadail im (verhältnismäßig chalte) Meerwasser, aber au in Beeden un Sießwasser-Biotop vorchemme. In bstimmten ozeanische Beryche mache z. B. Crenarchaeota bis zue 90 % vu dr vorhandene Läbewäsen uus. Insgsamt schetzt mer, ass in dr Ozean rund 1,3 × 10²⁸ Archäen un 3,1 × 10²⁸ Bakterie vorchemme. D Mehzahl vu dr isolierte (d. h. as Rainkultur im Labor verfiegbare) Archäen isch aber „extremophil“ un erscht in wenige Fäll isch e Kultivierig vu Ärchäe glunge, wu Chelit gärn hän. Dur di kultivierigsunabhängige molekularbiologischen Untersuechige isch aber klar woren, ass d Archäe ne wichtigi Roll im Ekosyschtem vu dr Ärd spiile (Stickstoff-, Chohlestoff-, Schwäfelchraislauf).

Stoffwächsel

Di meeschte vu dr bishär bekannte Archäenarte sin autotroph, d. h. si gwinne dr Chohlestoff zum Ufböu vu ihre Bstanddail uusschließli dur Assimilation vu Chohledioxid. Aber au Heterotrophy, d Gwinnig vum Chohlestoffs us organische Verbindige, isch wyt verbraitet.

Di Mehzahl vu dr bishär kultivierten Archäe zaichnet si dur en anaerobe Stoffwächsel uus; vilmol isch fir die Archäe Suurstoff (O₂) sogar toxisch.

E Bsunderhait vum archeälle Stoffwächsel isch d Methanogenes, wu uusschließli vu Archäe cha durgfiert wäre, wu Methan produziere, dr sognännte Methanogene. Si hän e Raie vu ainzigartige Cofaktore, wie z. B. Coenzym F₄₂₀ un Methanofuran.

Hyperthermophili Archäe sin in dr meeschte Fäll Anaerobier, dr Stoffwächsel fir d Energygwinnig isch entwäder chemoorganotroph oder chemolithotroph (d Energy wird us chemischen Umsetzige vu organische bzw. anorganische Verbindige gwunne). Schwäfelverbindige spiile doderby vilmol e großi Roll: Im Stoffwächsel wird dr Schwäfel reduziert un doderby Energy frei. Bekannt isch dr Schwäfelstoffwächsel vu dr extrem thermo- un acidophilen Art Acidianus ambivalens (friejer Desulfurolobus ambivalens), us dr Ornig Sulfolobales, wu aerob Schwäfel cha oxidiere.^[4]

Halophili Archäe sin zmaischt aerob-chemoorganotroph, si gwinnen ihri Energy us chemischen Umsetzige vu organische Verbindige. Unter anoxische Bedingigen oder bi Nährstoffmangel chenne vil extrem Halophili sogar Liechtenergy nutze: Si hän s Protein Bacteriorhodopsin, wu Liecht absorbiert un dr Protonetransfer dur d Cytoplasmamembran katalysiert; dr elektrochemisch Gradiänt, wu doderdur entstoht, drybt d ATPas un dodermit d ATP-Synthes aa.

Morphology

Wie d Bakterie sin au d Archäe in ihre Form arg verschide. D Greßine bzw. Lengine vu dr archeälle Zälle variiere vu rund 0,4 (Nanoarchaeum equitans) bis zue 100 µm (Methanospirillum hungatei), durschnittli sin d Zälle rund 1 µm groß. D Zälle zaige verschideni Forme, z. B.: Kokke (z. B. Methanococcus jannaschii), Stäbli (Thermoproteus neutrophilus), Spirille-fermig (Methanospirillum hungatei), lappigi Kokke (Archaeoglobus fulgidus), Schybe (Thermodiscus maritimus), langi Filamänt (Thermofilum pendens) oder sogar quadratisch (Haloquadratum walsbyi). Si hän vilmol Gaißle (Flagälle) fir d Furtbewegig, oder au fadenartigi Aahängsel (Pili) fir d Aaheftig an Oberflechine.

Syschtematik

Phylum „Crenarchaeota“

• Klasse Thermoprotei
  • Ornig „Caldisphaerales“
    • Familie „Caldisphaeraceae“
  • Ornig Cenarchaeales
    • Familie „Cenarchaeaceae“
  • Ornig Desulfurococcales
    • Familie Desulfurococcaceae
    • Familie Pyrodictiaceae
  • Ornig Sulfolobales
    • Familie Sulfolobaceae
  • Ornig Thermoproteales
    • Familie Thermoproteaceae
    • Familie Thermofilaceae

Phylum „Euryarchaeota“

• Klasse Archaeoglobi
  • Ornig Archaeoglobales
    • Familie Archaeoglobaceae
• Klasse Halobacteria
  • Ornig Halobacteriales
    • Familie Halobacteriaceae
• Klasse Methanobacteria
  • Ornig Methanobacteriales
    • Familie Methanobacteriaceae
    • Familie Methanothermaceae
• Klasse Methanococci
  • Ornig Methanococcales
    • Familie Methanocaldococcaceae
    • Familie Methanococcaceae
• Klasse „Methanomicrobia“
  • Ornig Methanocellales
    • Familie Methanocellaceae
  • Ornig Methanomicrobiales
    • Familie Methanocorpusculaceae
    • Familie Methanomicrobiaceae
    • Familie Methanospirillaceae
  • Ornig Methanosarcinales
    • Familie Methanosaetaceae
    • Familie Methanosarcinaceae
    • Familie Methermicoccaceae
• Klasse Methanopyri
  • Ornig Methanopyrales
    • Familie Methanopyraceae
• Klasse Thermococci
  • Ornig Thermococcales
    • Familie Thermococcaceae
• Klasse Thermoplasmata
  • Ornig Thermoplasmatales
    • Familie Ferroplasmataceae
    • Familie Picrophilaceae
    • Familie Thermoplasmataceae

Fueßnote

1. Hartman et al. (2010) The Complete Genome Sequence of Haloferax volcanii DS2, a Model Archaeon PLoS One 5(3) e9605 PMCID PMC2841640
2. Schleper C, Holz I, Janekovic D, Murphy J, Zillig W (1995) A multicopy plasmid of the extremely thermophilic archaeon Sulfolobus effects its transfer to recipients by mating. J Bacteriol. 177: 4417–26. PMID 7635827.
3. Pearson, A., Pi, Y., Zhao, W., Li, W., Li, Y., Inskeep, W., Perevalova, A., Romanek, C., Li, S., Zhang, C. L. (2008). Factors Controlling the Distribution of Archaeal Tetraethers in Terrestrial Hot Springs. Appl. Environ. Microbiol. 74: 3523-3532
4. T. Urich, T. M. Bandeiras, S. S. Leal, R. Rachel, T. Albrecht, P. Zimmermann, C. Scholz, M. Teixeira, C. M. Gomes and A. Kletzin: The sulphur oxygenase reductase from Acidianus ambivalens is a multimeric protein containing a low-potential mononuclear non-haem iron centre. In: Biochem J. Bd. 381, Teil 1, 2004, S. 137–146. DOI 10.1042/BJ20040003

Literatur

Standardwärch

• Georg Fuchs (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie (begr. von Hans G. Schlegel). 8. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 2007, ISBN 978-3-13-444608-1.
• 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
• Joseph W. Lengeler, Gerhart Drews, Hans G. Schlegel (Hrsg.) Biology of the Prokaryotes. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-13-108411-1
• H. König: Archaea. In: Encyclopedia of Life Sciences. John Wiley & Sons, Inc., 2003, (doi:10.1038/npg.els.0000443)
• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Thomas Lazar (Übersetzer) und Freya Thomm-Reitz (Übersetzer): Brock Mikrobiologie. Pearson Studium; 11. aktualisierte Auflage 2009; ISBN 978-3-8273-7358-8;

Speziälli Literatur

• C. R. Woese, O. Kandler und M. L. Wheelis (1990): Towards a natural system of organisms: Proposal of the domains Archaea, Bacteria and Eucarya. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Bd. 87(12), S. 4576–4579; PMID 2112744; PDF (freier Volltextzugriff, engl.)
• B. M. Karner, E. F. DeLong, D. M. Karl: Archaeal dominance in the mesopelagic zone of the Pacific ocean. In: Nature. Bd. 409(6819), 2001, S. 507–510; PMID 11206545; doi:10.1038/35054051
• Cavicchioli, R. (2006): Cold-adapted archaea. In: Nat Rev Microbiol. 4(5); 331-343; PMID 16715049; doi:10.1038/nrmicro1390
• H. Huber, M. J. Hohn, R. Rachel, T. Fuchs, V. C. Wimmer, K. O. Stetter. A new phylum of Archaea represented by a nanosized hyperthermophilic symbiont. In: Nature. Bd. 417(6884), 2002, S. 63–67; PMID 11986665; doi:10.1038/417063a
• E. Conway de Macario und Alberto JL. Macario (2009): Methanogenic archaea in health and disease: a novel paradigm of microbial pathogenesis. In: Int J Med Microbiol. 299(2); 99–108; PMID 18757236; doi:10.1016/j.ijmm.2008.06.011
• Cavicchioli, R. (2011): Archaea - timeline of the third domain. In: Nat Rev Microbiol. 9(1); 51-61; PMID 21132019; doi:10.1038/nrmicro2482
• R. E. Valas, P. E. Bourne: The origin of a derived superkingdom: how a gram-positive bacterium crossed the desert to become an archaeon. In: Biology direct. Band 6, 2011, S. 16, ISSN 1745-6150. doi:10.1186/1745-6150-6-16. PMID 21356104.

Weblink

• Explore the Tree of Life
• Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea (2007) (taxonomischi Datebank)
• Archaeen oxidieren in sauren Böden Ammoniak zu Nitrat

Normdate: GND: 4002825-2 | LCCN: sh86006229

Dä Artikel basiert uff ere fräie Übersetzig vum Artikel „Archaeen“ vu de dütsche Wikipedia. E Liste vu de Autore un Versione isch do z finde.