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Arsenophonus

Gattung der Familie Enterobakterien (Enterobacteriaceae)

Arsenophonus ist eine Gattung der Bakterien-Familie Morganellaceae, die zur Klasse der Gammaproteobakterien gehört.[1][2] Die Mitglieder der Gattung Arsenophonus sind häufig bakterielle Symbionten von Arthropoden (Gliederfüßern). Diese infizieren schätzungsweise mehr als 5 % der Arthropodenarten weltweit,[3] wobei sie eine Vielzahl von Beziehungen mit ihren Wirten auf der gesamten Bandbreite zwischen Mutualismus und Parasitismus eingehen. Arsenophonus-Bakterien wurden insbesondere in einer Vielzahl von Insekten nachgewiesen, darunter wirtschaftlich wichtige Arten wie die Westliche Honigbiene (Apis mellifera)[4][5] und die Spornzikade (Nilaparvata lugens, englisch Brown planthopper, ein Reisschädling).[6]

Arsenophonus
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Abteilung: Pseudomonadota
Klasse: Gammaproteobacteria
Ordnung: Enterobakterien (Enterobacterales)
Familie: Morganellaceae
Gattung: Arsenophonus
Wissenschaftlicher Name
Arsenophonus
Gherna et al. 1991

Die meisten Assoziationen zwischen Arsenophonus-Vertreter und Wirtstaxa blieben bisher uncharakterisiert.

Arsenophonus nasoniae

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Die am besten untersuchte Art der Gattung ist die Typusart Arsenophonus nasoniae. Mit Hilfe genetischer Manipulationen ist es gelungen, das Bakterium in vivo im Wirt zu verfolgen.[7] A. nasoniae infiziert Schlupfwespen der Gattung Nasonia (Tribus Pteromalini, Pteromalinae).[8][2] Die Bakterien werden „vertikal“ (von einer Generation an die nächste) über die Insekteneier übertragen. Bei einer Infektion mit A. nasoniae sterben etwa 80 % der männlichen Nachkommen der Schlupfwespen (Male Killing, MK; vgl. Wolbachia §Male Killing).[9][10] Es wird angenommen, dass die Tötung der männlichen Nachkommen die Ausbreitung von A. nasoniae in der Wirtspopulation erleichtert, da dadurch mehr Ressourcen für die weiblichen Nachkommen freigesetzt werden; schließlich ist es die weibliche Linie, über die das Bakterium übertragen wird.[11][12]

Siehe auch Ixodiphagus hookeri §Arsenophonus nasoniae und Rickettsien.

Arsenophonus apicola

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Bei einigen Wirten wird vermutet, dass Arsenophonus parasitisch ist.

Bei der Westlichen Honigbiene kann Arsenophonus durch soziales Verhalten „horizontal“ unter den Mitgliedern eines Bienenvolks übertragen werden.[5] Das Vorhandensein von Arsenophonus in einem Bienenvolk wurde mit einer schlechten Bienengesundheit in Verbindung gebracht, was auf Parasitismus hindeutet;[13][14] diese Art wurde 2022 offiziell als Arsenophonus apicola (mit Isolat ArsBeeUS) beschrieben.[15]

Bei der Westlichen Honigbiene wurden noch weitere, kollektiv als Arsenophonus endosymbiont of Apis mellifera bezeichnete Isolate gefunden, darunter ArsBee_CH, BU, BU1, BU2 und Queen CH1 bis CH8.[16] Auch bei anderen Arten von Honigbienen (Gattung Apis) wurden Gensequenzen von Arsenophonus-Vertretern gefunden, so bei der Riesenhonigbiene (Apis dorsata, Isolat A. dorsata Queen TH2[17]) und der Zwerghonigbiene (Apis florea, Isolat A. florea Queen TH2).[18]

„Ca. Arsenophonus lipoptenae“

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Innerhalb der Gattung Arsenophonus sind aber auch Stämme als mutualistische Endosymbionten bekannt.[19]

Beispielsweise sind bei der Hirschlausfliege (Lipoptena cervi) Arsenophonus-Symbionten für den Wirt unentbehrlich („Ca. Arsenophonus lipoptenae“); sie sind an der Vitaminsynthese beteiligt und werden ebenfalls vertikal über Wirtsgenerationen hinweg übertragen.[20]

Bei der Kleiderlaus und der Kopflaus (beides Unterarten der Menschenlaus-Spezies Pediculus humanus) gefundene Endosymbionten zeigten in einer phylogenetischen Analyse zunächst eine gewisse Ähnlichkeit mit „Ca. Arsenophonus insecticola“, was eine Zuordnung zur Gattung Arsenophonus nahelegte. Diese Bakterien sind wie „Ca. A. lipoptenae“ für ihre Wirte unentbehrlich (Vitaminsynthese etc.) und werden ebenfalls vertikal übertragen.[21] Vergleichende Analysen zeigten aber fast 100 % Übereinstimmung mit „Ca. Riesia pediculicola“, so dass sie heute dieser Spezies der Gattung Riesia zugeordnet werden.[22][23][24]

„Ca. Arsenophonus phytopathogenicus“

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Offenbar können Stämme der Gattung Arsenophonus auch Pflanzenkrankheiten hervorrufen.

Das bei Zuckerrüben diagnostizierte „Syndrom des niedrigen Zuckergehalts“ (englisch Syndrome Basses Richesses, SBR) wurde mit einem Befall durch Bakterien der Spezies „Ca. Arsenophonus phytopathogenicus“ als auch „Ca. Phytoplasma solani“ (Stolbur) in Verbindung gebracht.[25] Später, 2024. wurde „Ca. A. phytopathogenicus“ auch in Verbindung mit bakterieller Welke und Vergilbung bei Kartoffeln gebracht.[26][27] Beide Bakterien sind auf das Phloem der Pflanzen beschränkt und werden durch die polyphage Schilf-Glasflügelzikade (Pentastiridius leporinus) übertragen. Diese Zikaden kommen im Gebiet um Lampertheim, Südhessen, sehr häufig vor; in diesem Gebiet ist der Zuckerrübenanbau sehr stark von SBR betroffen. Schließlich zeigten im September 2023 Zwiebeln (Allium cepa) der Sorte „Red Baron F1“,[28] vier Monate nachdem sie in Lampertheim noch ohne sichtbare Symptome geerntet wurden. Fäulniserscheinungen, die auf keine bekannte Lagerkrankheit zurückgeführt werden konnten; die Zwiebeln wurden zunächst glasig und zeigten später Weichfäule. Die Proben wurden mit durchweg negativem Ergebnis auf „Ca. Phytoplasma solani“ getestet, anders verlief ein Test auf „Ca. A. phytopathogenicus“. Dabei waren zwei der fünf positiven Proben sich in einem scheinbar gesunden Zustand, die anderen drei zeigten bereits leichte bis mittlere Erweichungserscheinungen. Der Fund unterstreicht die von dem durch Glasflügelzikade übertragenen Bakterium „Ca. A. phytopathogenicus“ insgesamt auf Kulturpflanzen ausgehende Gefahr, auch wenn (mit Stand Ende Juli 2024) noch nicht klar ist, wie stark das Bakterium den Zwiebelanbau beeinträchtigen könnte.[29]

Systematik

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Systematik nach der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN), Stand 16. August 2024:

Gattung Arsenophonus Gherna et al. 1991

  • Spezies Arsenophonus apicola Nadal-Jimenez et al. 2022
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus arthropodicus“ Dale et al. 2006
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus insecticola“ Allen et al. 2007
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus lipoptenae“ corrig. Nováková et al. 2016, syn. „Ca. Arsenophonus lipopteni“ Nováková et al. 2016[20]
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus melophagi“ Nováková et al. 2015
  • Spezies Arsenophonus nasoniae Gherna et al. 1991 (Typus)
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus nilaparvatae“ Fan et al. 2016
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus“ Bressan et al. 2012[29]
  • Spezies „Candidatus Arsenophonus triatominarum“ Hypša & Dale 1997

Einige nach Wirtsspezies generisch nach ihren Wirten klassifizierte Vertreter gemäß der Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI), Stand 16. August 2024:

  • Arsenophonus endosymbiont of Apis dorsata[17]
  • Arsenophonus endosymbiont of Apis florea[18]
  • Arsenophonus endosymbiont of Apis mellifera[16]

Literatur

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Einzelnachweise

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  1. ↑ Robert L. Gherna: NOTES: Arsenophonus nasoniae gen. nov., sp. nov., the Causative Agent of the Son-Killer Trait in the Parasitic Wasp Nasonia vitripennis. In: International Journal of Systematic Bacteriology, Band 41, Nr. 4, 1. Oktober 1991, S. 563–565, doi:10.1099/00207713-41-4-563 (englisch).
  2. ↑ a b LPSN: Genus Arsenophonus Gherna et al. 1991.
  3. ↑ Olivier Duron, Didier Bouchon, Sébastien Boutin, Lawrence Bellamy, Liqin Zhou, Jan Engelstädter, Gregory D. D. Hurst: The diversity of reproductive parasites among arthropods: Wolbachia do not walk alone. In: BMC Biology, Band 6, Nr. 1, 24. Juni 2008, ISSN 1741-7007, S. 27; doi:10.1186/1741-7007-6-27, PMID 18577218, PMC 2492848 (freier Volltext) (englisch).
  4. ↑ Orlando Yañez: Endosymbiotic bacteria in honey bees: Arsenophonus spp. are not transmitted transovarially. In: FEMS Microbiology Letters, Band 363, Nr. 14, 7. Juni 2016, S. fnw147; doi:10.1093/femsle/fnw147, PMID 27279628, PMC 4941583 (freier Volltext) (englisch).
  5. ↑ a b Georgia C. Drew, Giles E. Budge, Crystal L. Frost, Peter Neumann, Stefanos Siozios, Orlando Yañez, Gregory D. D. Hurst: Transitions in symbiosis: evidence for environmental acquisition and social transmission within a clade of heritable symbionts. In: The ISME Journal. 15. Jahrgang, Nr. 10, Oktober 2021, ISSN 1751-7370, S. 2956–2968, doi:10.1038/s41396-021-00977-z, PMID 33941888, PMC 8443716 (freier Volltext), bibcode:2021ISMEJ..15.2956D (englisch).
  6. ↑ Hai-Wei Fan, Jia-Bao Lu, Yu-Xuan Ye, Xiao-Ping Yu, Chuan-Xi Zhang: Characteristics of the draft genome of "Candidatus Arsenophonus nilaparvatae", a facultative endosymbiont of Nilaparvata lugens. In: Insect Science, Band 23, Nr. 3, 21. Januar 2016, ISSN 1744-7917, S. 478–486; doi:10.1111/1744-7917.12318, PMID 26792263, bibcode:2016InsSc..23..478F (englisch).
  7. ↑ Pol Nadal-Jimenez, Joanne S. Griffin, Lianne Davies, Crystal L. Frost, Marco Marcello, Gregory D. D. Hurst: Genetic manipulation allows in vivo tracking of the life cycle of the son-killer symbiont, Arsenophonus nasoniae, and reveals patterns of host invasion, tropism and pathology. In: Environmental Microbiology, Band 21, Nr. 8, 25. Juni 2019, ISSN 1462-2920, S. 3172–3182; doi:10.1111/1462-2920.14724, PMID 31237728, PMC 6771839 (freier Volltext), bibcode:2019EnvMi..21.3172N (englisch).
  8. ↑ Alois M. Huger, Samuel W. Skinner, John H. Werren: Bacterial infections associated with the son-killer trait in the parasitoid wasp Nasonia (= Mormoniella) vitripennis (Hymenoptera: Pteromalidae). In: Journal of Invertebrate Pathology. Band 46, Nr. 3, November 1985, S. 272–80; doi:10.1016/0022-2011(85)90069-2, PMID 4067323 (englisch).
  9. ↑ John H. Werren, Samuel W. Skinner, Alois M. Huger: Male-killing bacteria in a parasitic wasp. In: Science. 231. Jahrgang, Nr. 4741, 28. Februar 1986, ISSN 0036-8075, S. 990–992, doi:10.1126/science.3945814, PMID 3945814, bibcode:1986Sci...231..990W (englisch).
  10. ↑ Patrick M. Ferree, Amanda Avery, Jorge Azpurua, Timothy Wilkes, John H. Werren: A Bacterium Targets Maternally Inherited Centrosomes to Kill Males in Nasonia. In: Current Biology, Band 18, Nr. 18, 23. September 2008, ISSN 0960-9822, S. 1409–1414; doi:10.1016/j.cub.2008.07.093, PMID 18804376, PMC 2577321 (freier Volltext), bibcode:2008CBio...18.1409F (englisch).
  11. ↑ Jan Engelstädter, Gregory D. D. Hurst: The Impact of Male-Killing Bacteria on Host Evolutionary Processes. In: Genetics. 175. Jahrgang, Nr. 1, Januar 2007, ISSN 0016-6731, S. 245–254, doi:10.1534/genetics.106.060921, PMID 17151259, PMC 1774985 (freier Volltext) – (englisch).
  12. ↑ Gregory D. D. Hurst, Michael E. N. Majerus: Why do maternally inherited microorganisms kill males? In: Heredity. 71. Jahrgang, Nr. 1, Juli 1993, ISSN 1365-2540, S. 81–95, doi:10.1038/hdy.1993.110 (englisch).
  13. ↑ Giles E. Budge, Ian Adams, Richard Thwaites, Stéphane Pietravalle, Georgia C. Drew, Gregory D. D. Hurst, Victoria Tomkies, Neil Boonham, Mike Brown: Identifying bacterial predictors of honey bee health. In: Journal of Invertebrate Pathology. 141. Jahrgang, November 2016, ISSN 1096-0805, S. 41–44, doi:10.1016/j.jip.2016.11.003, PMID 27818181 (englisch).
  14. ↑ R. Scott Cornman, David R. Tarpy, Yanping Chen, Lacey Jeffreys, Dawn Lopez, Jeffery S. Pettis, Dennis vanEngelsdorp, Jay D. Evans: Pathogen Webs in Collapsing Honey Bee Colonies. In: PLOS ONE. 7. Jahrgang, Nr. 8, 21. August 2012, ISSN 1932-6203, S. e43562, doi:10.1371/journal.pone.0043562, PMID 22927991, PMC 3424165 (freier Volltext), bibcode:2012PLoSO...743562C (englisch).
  15. ↑ Pol Nadal-Jimenez, Stefanos Siozios, Crystal L. Frost, Rebecca Court, Ewa Chrostek, Georgia C. Drew, Jay D. Evans, David J. Hawthorne, James B. Burritt, Gregory D. D. Hurst: Arsenophonus apicola sp. nov., isolated from the honeybee Apis mellifera. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 72, Nr. 8, 3. August 2022, ISSN 1466-5026, doi:10.1099/ijsem.0.005469 (englisch).
  16. ↑ a b NCBI Taxonomy Browser: Arsenophonus endosymbiont of Apis mellifera. Nucleotide: Arsenophonus endosymbiont of Apis mellifera.
  17. ↑ a b NCBI Taxonomy Browser: Arsenophonus endosymbiont of Apis dorsata. Nucleotide: GenBank: LN890584.1.
  18. ↑ a b NCBI Taxonomy Browser: Arsenophonus endosymbiont of Apis florea. Nucleotide: GenBank: LN890585.1.
  19. ↑ Eva Nováková, Václav Hypša, Nancy A. Moran: Arsenophonus, an emerging clade of intracellular symbionts with a broad host distribution. In: BMC Microbiology, Band 9, 20. Juli 2009, S. 143; doi:10.1186/1471-2180-9-143, PMID 19619300, PMC 2724383 (freier Volltext) (englisch).
  20. ↑ a b Eva Nováková, Václav Hypša, Petr Nguyen, Filip Husník, Alistair C. Darby: Genome sequence of Candidatus Arsenophonus lipopteni, the exclusive symbiont of a blood sucking fly Lipoptena cervi (Diptera: Hippoboscidae). In: Standards in Genomic Sciences, Band 11, Nr. 1, 17. September 2016, ISSN 1944-3277, S. 72, doi:10.1186/s40793-016-0195-1, PMID 27660670, PMC 5027103 (freier Volltext) (englisch).
  21. ↑ M. Alejandra Perotti, Julie M. Allen, David L. Reed, Henk R. Braig: Host-symbiont interactions of the primary endosymbiont of human head and body lice. In: FASEB Journal. 21. Jahrgang, Nr. 4, April 2007, ISSN 1530-6860, S. 1058–1066, doi:10.1096/fj.06-6808com, PMID 17227954 (englisch).
  22. ↑ Julie M. Allen, David L. Reed, M. Alejandra Perotti, Henk R. Braig: Evolutionary Relationships of “Candidatus Riesia spp.,” Endosymbiotic Enterobacteriaceae Living within Hematophagous Primate Lice. In: ASM Journals: Applied and Environmental Microbiology, Band 73, Nr. 5, 1. März 2007; doi:10.1128/AEM.01877-06 (englisch).
  23. ↑ NCBI Nucleotide: GenBank: EF110569–EF110572.
  24. ↑ LPSN: Species "Candidatus Riesia pediculicola" Sasaki-Fukatsu et al. 2006.
  25. ↑ F. Gatineau, N. Jacob, S. Vautrin, J. Larrue, J. Lherminier, M. Richard-Molard, E. Boudon-Padieu: Association with the Syndrome “Basses Richesses” of Sugar Beet of a Phytoplasma and a Bacterium-Like Organism Transmitted by a Pentastiridius sp. In: APS Publications: Phytopathology, Band 92, Nr. 4, ISSN 0031-949X, S. 384–392; doi:10.1094/PHYTO.2002.92.4.384, PMID 18942951, ePub 22. Februar 2007 (englisch).
  26. ↑ Sarah Christin Behrmann, André Rinklef, Christian Lang, Andreas Vilcinskas, Kwang-Zin Lee: Potato (Solanum tuberosum) as a New Host for Pentastiridius leporinus (Hemiptera: Cixiidae) and Candidatus Arsenophonus Phytopathogenicus. In: MDPI: Insecs, Section Insect Pest and Vector Management, Band 14, Nr. 3, 13. März 2023, S. 281; doi:10.3390/insects14030281 (englisch). Dazu:
  27. ↑ André Rinklef, Sarah Christin Behrmann, David Löffler, Jan Erner, Martin Vincent Meyer, Christian Lang, Andreas Vilcinskas, Kwang-Zin Lee: Prevalence in Potato of ‘Candidatus Arsenophonus Phytopathogenicus’ and ‘Candidatus Phytoplasma Solani’ and Their Transmission via Adult Pentastiridius leporinus. In: MDPI: Insects, Section Insect Pest and Vector Management, Band 15, Nr. 4, 15. April 2024, S. 275; doi:10.3390/insects15040275 (englisch). Dazu:
  28. ↑ Zwiebel 'Red Baron' – Allium cepa 'Red Baron'. Auf: NaturaDB (naturadb.de).
  29. ↑ a b Eva Therhaag, Roswitha Ulrich, Jürgen Gross, Bernd Schneider: Onion (Allium cepa L.) as a new host for ‘Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus’ in Germany. In: SÜS Publications, 6. Juli 2024, ISSN 0191-2917; doi:10.1094/PDIS-03-24-0526-PDN (englisch). Dazu:
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