Methylomonas methanica

Methylomonas methanica

Methylomonas methanica

Systematik
Abteilung: Pseudomonadota
Klasse: Gammaproteobacteria
Ordnung: Methylococcales
Familie: Methylococcaceae
Gattung: Methylomonas
Art: Methylomonas methanica
Wissenschaftlicher Name
Methylomonas methanica

Methylomonas methanica ist ein Bakterium. Diese Art kann Kohlenstoff-Verbindungen, die nur ein einziges Kohlenstoffatom enthalten (C1-Verbindungen), für das Wachstum nutzen.[1] Hierzu zählt z. B. das Treibhausgas Methan. Solche Bakterien werden als methylotrophe Bakterien bezeichnet. Diese Bakterien spielen eine wichtige Rolle im Methanhaushalt der Erde. Methylomonas methanica zählt mit Methylosinus trichosporium und Methylococcus capsulatus zu den am besten untersuchten methylotrophen Arten.[2]

Merkmale

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Die Zelllänge liegt zwischen 0,5 und 3,0 Mikrometern und die Breite zwischen 0,5 und 1,0 Mikrometern. Methylomonas methanica kann Cysten zur Überdauerung bilden.

Stoffwechsel und Wachstum

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Methylomonas methanica ist aerob, d. h. es benötigt Sauerstoff für das Wachstum. Es zählt zu den methanotrophen Bakterien und nutzt als Kohlenstoffquelle Methan und Methanol.

Der Ribulosemonophosphatweg (RuMP-Weg) zur Assimilation von Formaldehyd in Typ-I-Methanotrophen.

Die Fixierung von Methan erfolgt bei M. methanica über den Ribulosemonophosphatweg.[3] Methylomonas enthält innere Membranen, die wie Stapel angeordnet sind. Methylomonas methanica zählt somit zum Typ I der Methanotrophen.[3]

Nitrat, Ammoniumchlorid, L-Glutamat und Casaminosäuren sowie eine Reihe anderer Aminosäuren und Amine können als Stickstoffquelle dienen. Der Gram-Test verläuft negativ. Methylomonas methanica ist außerdem dazu in der Lage, atomaren Stickstoff (N2) zu fixieren (Stickstofffixierung).[3]

Das Genom vom Stamm Methylomonas methanica MC09 wurde 2012 vollständig sequenziert.[4]

Systematik

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Die Art Methylomonas methanica wird zu der Familie Methylococcaceae gestellt, sie zählt zu der Ordnung Methylococcales der Gammaproteobacteria. Die Art wurde 1906 von Söhngen unter dem Namen Bacillus methanicus erstbeschrieben[5] und 1984 von Whittenbury und Krieg in die jetzt gültige Systematik gestellt.[6] Bis November 2023 wurden ca. 20 Arten beschrieben.[7]

Ökologie

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Arten von Methylomonas kommen in erster Linie in Ökosystemen vor, in denen Methan und Sauerstoff reichlich vorhanden sind. Typischerweise sind sie hier im Übergang von oxischen und anoxischen Zonen von Seen und Teichen, in feuchten Böden (z. B. von Feuchtgebieten, Torfmooren und Reisfeldern), Klärschlamm, Grubenwasser und Grundwasser zu finden.[3][8] Wahrscheinlich können Methylomonas-Arten einen großen Teil der mikrobiellen Fauna ausmachen, wenn der Methanfluss relativ hoch und konstant ist.[3][9][10] Im Boden von z. B. Mooren oder im Grund von Gewässern schließt an den oxischen, Sauerstoff enthaltenden Bereich ein anoxischer Bereich an. Hier befinden sich methanogene Bakterien, die durch Stoffwechsel Methan bilden. Methylomonas-Arten nehmen dieses auf und nutzen es für den Stoffwechsel und Zellsubstanzbildung. Methan ist ein stark wirkendes Treibhausgas und trägt nach CO2 am meisten zum Treibhauseffekt bei. Durch die Fixierung von Methan spielen methanotrophe Bakterien eine wichtige Rolle bei der Abschwächung der globalen Erwärmung, sie stellen die einzige biologische Senke für atmosphärisches Methan dar. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung der Methanbelastung, schätzungsweise handelt es sich um bis zu 15 % der gesamten globalen Methanzersetzung, die auf diese Bakterien zurückgeht.[11]

M. methanica zeigt eine Resistenz gegen Cadmium. Andere, nah verwandte Arten mit dieser Eigenschaft sind Methylococcus whittenhury und Methylosinus trichosporium.[12]

Mögliche Nutzung

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Durch Kohleabbau werden erhebliche Mengen von Methan freigesetzt. Einer Schätzung von 2001 zufolge handelt es sich jährlich um zwischen 5 und 30 Teragramm Methan.[13][11] Die Methanfreisetzung ist vor allem auf die Zerkleinerung und die ineffiziente Verbrennung zurückzuführen.[11] In einer Laborsimulation wurde die Eignung von Methylomonas methanica zur Entfernung von Methan aus Kohlebergwerken untersucht. Hierbei wurden 90,4 % des Methans in einem 35 %igen Methan-Luft-Gemisch in einer Zeitspanne von 24 Stunden entfernt.

Methylomonas methanica wurde auch bezüglich des Abbaus von Trichlorethan untersucht.[14][15] Des Weiteren wurde es in Bezug auf Herstellung von Dieselkraftstoffen mit sehr niedrigem Schwefelgehalt untersucht, was gute Ergebnisse brachte.[16][17]

Methylococcus capsulatus und Methylomonas methanica wurden auch als mögliche Biomarker für die Erforschung des Methankohlenstoffkreislaufs in historischen Ökosystemen untersucht. Die von diesen Bakterien gebildeten Lipide sind im Vergleich der Umgebung erheblich an 13C verarmt.[18][19] Aus der Menge der Biomarker in den Proben können Rückschlüsse auf den Methangehalt in der Vergangenheit gezogen werden.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Eugene Rosenberg, Edward F. DeLong, Stephen Lory, Erko Stackebrandt, Fabiano Thompson: The Prokaryotes. Gammaproteobacteria. 4. Auflage, Springer, 2014, ISBN 3-642-38923-6
  2. ↑ Ludmila Chistoserdova, Marina G. Kalyuzhnaya, Mary E. Lidstrom: The Expanding World of Methylotrophic Metabolism. In: Annual Review of Microbiology. Band 63, Nr. 1, 1. Oktober 2009, ISSN 0066-4227, S. 477–499, doi:10.1146/annurev.micro.091208.073600 (annualreviews.org [abgerufen am 4. November 2023]).
  3. ↑ a b c d e Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2016, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm01183 (oclc.org [abgerufen am 26. Oktober 2023]).
  4. ↑ Rich Boden, Michael Cunliffe, Julie Scanlan, Hélène Moussard, K. Dimitri Kits, Martin G. Klotz, Mike S. M. Jetten, Stéphane Vuilleumier, James Han, Lin Peters, Natalia Mikhailova, Hazuki Teshima, Roxanne Tapia, Nikos Kyrpides, Natalia Ivanova, Ioanna Pagani, Jan-Fang Cheng, Lynne Goodwin, Cliff Han, Loren Hauser, Miriam L. Land, Alla Lapidus, Susan Lucas, Sam Pitluck, Tanja Woyke, Lisa Stein, J. Colin Murrell: Complete Genome Sequence of the Aerobic Marine Methanotroph Methylomonas methanica MC09. In: Journal of Bacteriology. Band 193, Nr. 24, 15. Dezember 2011, ISSN 0021-9193, S. 7001–7002, doi:10.1128/JB.06267-11 (asm.org [abgerufen am 28. Oktober 2023]).
  5. ↑ N. L. Söhngen: Ueber Bakterien, welche Methan als Kohlenstoffnahrung und Energiequelle gebrauchen. In: Centralblatt für Bakteriologie, Parasitenkunde und Infektionskrankheiten. 2. Abt. Band 15, Nr. 17/18. Gustav Fischer, 1905, S. 513–517 (archive.org).
  6. ↑ Whittenbury R, Krieg NR.: Family Methylococcaceae. In: Krieg NR, Holt JG (eds), Bergey's manual of systematic bacteriology, Volunme 1, The Williams & Wilkins Co., Baltimore, 1984, S. 256–261.
  7. ↑ J.P. Euzéby: List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature - Methylomonas, Stand Oktober 2023
  8. ↑ Pranitha S. Pandit, Monali C. Rahalkar, Prashant K. Dhakephalkar, Dilip R. Ranade, Soham Pore, Preeti Arora, Neelam Kapse: Deciphering Community Structure of Methanotrophs Dwelling in Rice Rhizospheres of an Indian Rice Field Using Cultivation and Cultivation-Independent Approaches. In: Microbial Ecology. Band 71, Nr. 3, 7. November 2015, ISSN 0095-3628, S. 634–644, doi:10.1007/s00248-015-0697-1.
  9. ↑ Kaitlin C. Esson, Xueju Lin, Deepak Kumaresan, Jeffrey P. Chanton, J. Colin Murrell, Joel E. Kostka: Alpha- and Gammaproteobacterial Methanotrophs Codominate the Active Methane-Oxidizing Communities in an Acidic Boreal Peat Bog. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 82, Nr. 8, 15. April 2016, ISSN 0099-2240, S. 2363–2371, doi:10.1128/aem.03640-15.
  10. ↑ Ingvar Sundh, David Bastviken, Lars J. Tranvik: Abundance, Activity, and Community Structure of Pelagic Methane-Oxidizing Bacteria in Temperate Lakes. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 71, Nr. 11, November 2005, ISSN 0099-2240, S. 6746–6752, doi:10.1128/aem.71.11.6746-6752.2005.
  11. ↑ a b c Farhana Masood, Saghir Ahmad, Abdul Malik: Role of Methanotrophs in Mitigating Global Warming. In: Microbiomes and the Global Climate Change. Springer Singapore, Singapore 2021, ISBN 978-981-3345-07-2, S. 43–60, doi:10.1007/978-981-33-4508-9_4 (springer.com [abgerufen am 28. Oktober 2023]).
  12. ↑ J. P. Bowman, L. I. Sly, A. C. Hayward: Patterns of tolerance to heavy metals among methane-utilizing bacteria. In: Letters in Applied Microbiology. Band 10, Nr. 2, Februar 1990, ISSN 0266-8254, S. 85–87, doi:10.1111/j.1472-765X.1990.tb00271.x (oup.com [abgerufen am 5. November 2023]).
  13. ↑ O. Bréas, C. Guillou, F. Reniero, E. Wada: The Global Methane Cycle: Isotopes and Mixing Ratios, Sources and Sinks. In: Isotopes in Environmental and Health Studies. Band 37, Nr. 4, November 2001, ISSN 1025-6016, S. 257–379, doi:10.1080/10256010108033302.
  14. ↑ Walter Reineke und Michael Schlömann: Umweltmikrobiologie. Springer Verlag, 2020. ISBN 978-3-662-59654-8 doi:10.1007/978-3-662-59655-5
  15. ↑ Pranitha S. Pandit, Monali C. Rahalkar, Prashant K. Dhakephalkar, Dilip R. Ranade, Soham Pore, Preeti Arora, Neelam Kapse: Deciphering Community Structure of Methanotrophs Dwelling in Rice Rhizospheres of an Indian Rice Field Using Cultivation and Cultivation-Independent Approaches. In: Microbial Ecology. Band 71, Nr. 3, 7. November 2015, ISSN 0095-3628, S. 634–644, doi:10.1007/s00248-015-0697-1.
  16. ↑ Nour Shafik El‐Gendy, Hussein Nabil Nassar: Biodesulfurization of Real Oil Feed {{DOI:10.1002/9781119224075.ch11}} In: Nour Shafik El‐Gendy, Hussein Nabil Nassar: Biodesulfurization in Petroleum Refining. 1. Auflage. Wiley, 2018, ISBN 978-1-119-22407-5, doi:10.1002/9781119224075.ch11 (wiley.com [abgerufen am 4. November 2023]).
  17. ↑ Sekar, T., Abdullah, M.A., Khuswant, F., Tanizshq, P. (2016) Novel approach to produce ultra low sulfur diesel fuel by non-hydrodesulfurization process coupled with bio-desulfurization technique to meet environmental standards. In: Journal of Environmental Biology.Band 37, Ausgabe 6: S. 1451–1456
  18. ↑ Roger E. Summons, Linda L. Jahnke, Zarko Roksandic: Carbon isotopic fractionation in lipids from methanotrophic bacteria: Relevance for interpretation of the geochemical record of biomarkers. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 58, Nr. 13, Juli 1994, ISSN 0016-7037, S. 2853–2863, doi:10.1016/0016-7037(94)90119-8. Open Access
  19. ↑ Volker Thiel: Methane Carbon Cycling in the Past: Insights from Hydrocarbon and Lipid Biomarkers. In: Hydrocarbons, Oils and Lipids: Diversity, Origin, Chemistry and Fate. Springer International Publishing, Cham 2020, ISBN 978-3-319-90568-6, S. 781–810, doi:10.1007/978-3-319-90569-3_6.

Literatur

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