Roseinatronobacter bogoriensis
Roseinatronobacter bogoriensis ist eine Bakterienart. Es werden zwei Unterarten (Subspecies) unterschieden: Roseinatronobacter bogoriensis subsp. bogoriensis und R. bogoriensis subsp. barguzinensis. Die zwei Unterarten sind hohe pH-Werte benötigende (alkaliphile), Nichtschwefelpurpur-Bakterien, die in Sodaseen entdeckt wurden. Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, also unter anoxischen Bedinungen, können die zwei Unterarten durch Photosynthese und der Nutzung von organischen Verbindungen wachsen, man spricht von photoheterotrophen Bakterien. Unter oxischen Bedingungen nutzt es organische Verbindungen zum Wachstum, eine Gärung findet nicht statt. In Sodaseen herrschen hohe pH-Werte, was eine starke Herausforderung für das Leben in solchen Seen bedeutet.[1][2][3]
| Roseinatronobacter bogoriensis | ||||||||||||
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| Systematik | ||||||||||||
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| Wissenschaftlicher Name | ||||||||||||
| Roseinatronobacter bogoriensis | ||||||||||||
| (Milford et al. 2001) Hu et al. 2024 |
Die beiden Unterarten wurden zuvor als eigenständige Arten geführt: Rhodobaca bogoriensis und Rhodobaca barguzinsis.
Merkmale
BearbeitenRoseinatronobacter bogoriensis subsp. barguzinensis und R. b. subsp. bogoriensis subsp. bogoriensis sind mit Flagellen begeißelt. Bei photosynthetisch aktiven Zellen sind für die Photosynthese dienenden intrazelluläre Membranen vorhanden. Es handelt sich um kleine, runde Bläschen innerhalb des Zytoplasmas, die mit Pigment- und Proteinkomplexen gefüllt sind. Es handelt sich um den vesikulären Typ photosynthetisch aktiven Membrankomplexen.[2][3]
Bei R. b. subsp. barguzinensis beobachtet man eine unregelmäßige Teilung durch Einschnürung, dies ähnelt einer Knospung. Bei R. b. subsp. bogoriensis sieht man die bei vielen Bakterien vorkommende gleichmäßige Teilung.[3][1]
Stoffwechsel und Wachstum
BearbeitenDie zwei Unterarten Roseinatronobacter bogoriensis subsp. barguzinensis und R. b. subsp. bogoriensis benötigen unter Ausschluss von Sauerstoff anaeroben Bedingungen) Licht zum Wachstum, sie führen unter diesen Bedingungen eine Photosynthese durch. Sie zählen zu den Nichtschwefelpurpur-Bakterien. Hierbei handelt es sich um eine Gruppe phototropher Bakterien, die Bakteriochlorophyll a oder b enthalten. Unter anaerobischen Bedingungen im Licht führen sie einen photoheterotrophen Stoffwechsel durch, mit organischen Verbindungen als Kohlenstoff- und Elektronenquellen. Sie können auch im Dunkeln chemoheterotroph wachsen, indem sie organische Verbindungen sowohl für Energie als auch als Kohlenstoffquelle nutzen. Nichtschwefelpurpurbakterien können entgegen ihren Namen auch Sulfid photosynthisch nutzen, dies allerdings nur bei niedrigen Konzentrationen und benötigen auch hierbei zusätzlich noch organische Verbindungen. Die Purpurschwefelbakterien sind auf hohe Sulfidgehalte spezialisiert. Sie können mit Schwefelverbindungen auch photoautotroph wachsen, sie nutzen hierbei Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle.
Bei den beiden Unterarten fehlen Schlüsselenzyme für die Kohlendioxidfixierung, wie Ribulosebisphosphatcarboxylase, es handelt sich also um ein photoheterotrophes Wachstum. Es werden zusätzlich organische Stoffe benötigt, man spricht auch von der Photoorganoheterotrophie. In Gegenwart von Sauerstoff wird keine Photosynthese durchgeführt, Energie wird hier allein durch die aerobe Atmung erzeugt. Eine Gärung (Fermentation) wurde nicht beobachtet.[4][3][1]
Die Unterarten enthalten das Bakteriochlorophyll a. Neben anderen Carotinoide kommen bei der Unterart R. bogoriensis subsp. bogoriensis die zwei im englischen als Demethylspheroidene und Demethylspheroidenone bezeichneten Carotinoide vor. Bei R. b. subsp. barguzinensis wurde nur ersteres isoliert.[2]
Die Unterarten produzieren nur einen einzigen Lichtsammelkomplex (LHI-RC, die „Kern“-Antenne, die das Photosynthetische Reaktionszentrum umgibt) und verfügen nicht über eine periphere Antenne (LHII), die man bei vielen anderen Nichtschwefel- und Schwefelpurpur-Bakterien findet. Das fehlen des LHII-Komplexes ist eine Seltenheit unter den Nichtschwefelprupurbakterien. Die LHI-RC-Komplexe kommen bei beiden Unterarten sowohl in monomerer als auch in dimerer Form vor.[5][6] Dies deutet auf eine Anpassungsfähigkeit bei der Photosynthese an verschiedenen Umweltbedingungen hin. Die dimere Form, die hauptsächlich durch das sogenannte PufX-Protein stabilisiert wird, ermöglicht einen effizienten Energietransfer und führt zu einer Membrankrümmung, die für die Funktion der Photosynthese wichtig ist. Die monomere Form scheint eine wichtige Rolle für die Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen zu spielen.[6]
Wird einem anaeroben Medium unter Lichteinstrahlung Sulfid und andere organische Substanzen zugesetzt, oxidieren die Subspecies zur Energiegewinnung Sulfid zu elementaren Schwefel. Der elementarem Schwefel wird extrazellulär angelagert. Da hierbei noch organische Substanzen benötigt werden, handelt es sich nicht um chemolithoautotrophes Wachstum.[3]
Beide Unterarten bevorzugen alkalische Bedingungen, benötigen aber nicht zwingend hohe Salzwerte (Natriumchlorid|NaCl), sind also nicht streng halophil. Ein Unterschied zwischen den beiden Subspecies ist, das R. b. subsp. bogoriensis auch in völlig salzfreien Medien wachsen kann. Dies war zum Zeitpunkt der Erstbeschreibung bei den bisher bekannten Nichtschwefelpurpur-Bakterien, die in Gebieten mit hohen pH-Werten (wie Sodaseen) vorkommen, noch nicht bekannt.
Eine Stickstofffixierung findet, im Gegensatz zu vielen anderen Purpurbakterien, nicht statt. Das für das für das Enzym Nitrogenase wichtige nifH-Gen ist nicht vorhanden.
Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalen:
| Merkmal | Roseinatronobacter bogoriensis subsp. bogoriensis (Stamm LBB1) | Roseinatronobacter bogoriensis subsp. barguzinensis (Stamm alga-05) |
|---|---|---|
| Habitat | Sodasee Bogoria, Afrikanische Rift-Zone | Steppe-Sodasee, Sibirien (stark kontinentales Klima) |
| Zellform und Größe (µm) | Kokken, kurze Stäbchen, 0,8–1,0 × 1,0–1,5 | Kurze Stäbchen, 1,0 × 1,5 |
| Teilungstyp | Einschnürung | Unregelmäßige Teilung durch Einschnürung, ähnelt Knospung |
| Beweglichkeit | + | + |
| Carotinoide (in vivo) | 450, 485, 525 | 475, 507, 590 |
| BChl a (in vivo) | 870 | 870 |
| Notwendigkeit von NaCl | Nein | Ja |
| NaCl-Bereich, Optimum in Klammern | 0–6 (1–1,5) | 1–8 (2–3) |
| pH-Bereich, Optimum in Klammern | 7,0–10,0 (9,0) | 7,5–9,0 (8,2) |
| Temperatur-Optimum | 39 °C | 25–35 °C |
| DNA G+C-Gehalt (mol %) | 58,8 | 59,8 |
| Katalase-Aktivität | + | + |
| Vorhandensein des nifH-Gens | - | - |
| Vorhandensein von Ribulose-Bisphosphat-Carboxylase | - | - |
| Photoheterotrophe Nutzung von Sulfid im Licht | + | + |
Ökologie
BearbeitenDie Subspecies R. b. subsp. bogoriensis wurde in einem Sodaee in der afrikanischen Rift-Zone gefunden, hier herrscht heißes, arides Klima. Die Erstbeschreibung von R. b. subsp. barguzinensis stammpt aus einem Steppe-Sodasee im Bargusin-Tal in Sibirien. Hier handelt es sich um kontinentales Klima mit starken Temperaturschwankungen. Den Unterschied der Fundorte spiegelt sich auch in den bevorzugten Temperaturbereichen der beiden Unterarten wieder. Bei R. b. subsp. bogoriensis findet Wachstum erst bei relativ hohen Temperaturen ab 30 °C statt, optimal sind 39 °C. Dem hingegen zeigt die Unterart R. b. subsp. barguzinensis entsprechend ihren Fundort in Sibirien bestes Wachstum bei Temperaturen zwischen 25 und 35 °C. Die Region des Fundortes im südöstlichen Sibiriens ist durch ein stark kontinentales Klima und täglichen Temperaturschwankungen im Sommer von 44 °C bis 10 °C gekennzeichnet ist. Die Unterart R. b. subsp. barguzinensis zeigt neben der Anpassung an kühlere Temperaturen auch eine höhere Toleranz zur Salinität, es toleriert Werte von bis zu 80 g/l, während die andere Subspecies nur bis zu 60 g/l NaCl Wachstum zeigt.
Systematik
BearbeitenDie zwei Unterarten wurden zunächst als eigenständige Arten der Gattung Rhodobaca geschrieben. Rhodobaca wurde später aufgelöst und die zwei Arten (aufgrund der starken Ähnlichkeit der DNA) als Subspecies der Art Roseinatronobacter bogoriensis zugeordnet.[7]
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c 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.
- ↑ a b c Shinichi Takaichi, Deborah O. Jung, Michael T. Madigan: Accumulation of unusual carotenoids in the spheroidene pathway, demethylspheroidene and demethylspheroidenone, in an alkaliphilic purple nonsulfur bacterium Rhodobaca bogoriensis. In: Photosynthesis Research. Band 67, Nr. 3, 2001, S. 207–214, doi:10.1023/A:1010666406176.
- ↑ a b c d e 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.
- ↑ Amy D. Milford, Laurie A. Achenbach, Deborah O. Jung, Michael T. Madigan: Rhodobaca bogoriensis gen. nov. and sp. nov., an alkaliphilic purple nonsulfur bacterium from African Rift Valley soda lakes. In: Archives of Microbiology. Band 174, Nr. 1-2, 28. Juli 2000, ISSN 0302-8933, S. 18–27, doi:10.1007/s002030000166.
- ↑ Michael T. Madigan, Kelly S. Bender, Sophia A. Sanguedolce, Mary N. Parenteau, Marisa H. Mayer, Yukihiro Kimura, Zheng-Yu Wang-Otomo, W. Matthew Sattley: Genomic basis for the unique phenotype of the alkaliphilic purple nonsulfur bacterium Rhodobaca bogoriensis. In: Extremophiles. Band 27, Nr. 2, August 2023, ISSN 1431-0651, doi:10.1007/s00792-023-01304-4.
- ↑ a b Kazutoshi Tani, Ryo Kanno, Riku Kikuchi, Saki Kawamura, Kenji V. P. Nagashima, Malgorzata Hall, Ai Takahashi, Long-Jiang Yu, Yukihiro Kimura, Michael T. Madigan, Akira Mizoguchi, Bruno M. Humbel, Zheng-Yu Wang-Otomo: Asymmetric structure of the native Rhodobacter sphaeroides dimeric LH1–RC complex. In: Nature Communications. Band 13, Nr. 1, 7. April 2022, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/s41467-022-29453-8, PMID 35393413, PMC 8991256 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 10. Dezember 2024]).
- ↑ 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.
Literatur
Bearbeiten- 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.
- Amy D. Milford, Laurie A. Achenbach, Deborah O. Jung, Michael T. Madigan: Rhodobaca bogoriensis gen. nov. and sp. nov., an alkaliphilic purple nonsulfur bacterium from African Rift Valley soda lakes. In: Archives of Microbiology. Band 174, Nr. 1-2, 28. Juli 2000, ISSN 0302-8933, S. 18–27, doi:10.1007/s002030000166.