Desulfotruncus

Desulfotruncus
Systematik
Reich: Bacillati
Abteilung: Bacillota
Klasse: Clostridia
Ordnung: Eubacteriales
Familie: Peptococcaceae
Gattung: Desulfotruncus
Wissenschaftlicher Name
Desulfotruncus
Liu et al. 2008

Desulfotruncus ist eine Gattung von Bakterien. Im Mai 2026 waren zwei Arten bekannt: Desulfotruncus arcticus und Desulfotruncus alcoholivorax. Die Art D. arcticus wurde in Spitzbergen gefunden, die Erstbeschreibung von Desulfotruncus alcoholivorax stammt aus einem sulfidogenen Wirbelschichtreaktor. Die Arten führen die Sulfatatmung durch, Schwefelverbindungen dienen hier als Elektronenakzeptoren, organische Säuren, kurzkettige bis langkettige Fettsäuren und Alkohole als Elektronenspender. Die beiden Arten wurden bei ihrer Erstbeschreibung noch der Gattung Desulfotomaculum (Desulfotomaculum arcticum und Desulfotomaculum alcoholivorax) zugeordnet. Spätere phylogenetische Untersuchungen führten zu der Neubildung der Gattung Desulfotruncus und der Umstellung der beiden Arten.

Merkmale

Die Zellen der Arten von Desulfotruncus sind stäbchenförmig, 0,8–1,0 μm breit und 1–3 μm lang. Die Sporenbildung erfolgt in der Mitte der Zellen, wo sich aufgequollene Sporangien befinden. Die Zellen von Desulfotruncus arcticus sind gramnegativ, während bei Desulfotruncus alcoholivorax eine grampositive Zellwand nachgewiesen wurde.

Stoffwechsel und Wachstum

Stämme der Gattung Desulfotruncus verwerten kurzkettige bis langkettige Fettsäuren, organische Säuren und Alkohole. Sulfat, Sulfit und

Der Wood-Ljungdahl-Weg, der von sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) und auch von Acetogenen, aceticlastischen Methanogenen und syntrophen Acetat-oxidierenden Bakterien (SAOB) genutzt wird.

Thiosulfat dienen als Elektronenakzeptoren, sie führen die Sulfatatmung (auch als Desulfurikation bezeichnet) durch. Die Verbindungen werden vollständig zu Kohlendioxid (CO2) über den oxidativen Acetyl-CoA-Weg (oxidativer Wood-Ljungdahl-Weg) oxidiert. Der reduktive Wood-Ljundahl-Weg (auch als reduktiver Acetyl-CoA-Weg bezeichnet) ist ein Stoffwechselweg zur CO2-Fixierung, einige Bakterien können ihn jedoch auch umgekehrt betreiben, sodass hierbei Acetat zu CO2 abgebaut wird. In dieser Richtung spricht man vom oxidativen Wood-Ljungdahl-Weg. Sulfatreduzierenden Bakterien nutzen die durch diesen Weg freigesetzten Elektronen zur Reduktion von z. B. Sulfat zu Schwefel bzw. zu Schwefelwasserstoff über die Desulfurikation.[1]

Acetat wird nicht als Substrat für die Sulfatreduktion verwertet. Desulfotruncus arcticus kann auch chemolithoautotroph mit H2 und CO2 wachsen.

Die Arten zeigen auch ein fermentatives Wachstum (Gärung) auf Pyruvat. Das Wachstum von Desulfotruncus-Arten findet bei Temperaturen zwischen 26 und 51 °C statt, mit einem Optimum zwischen 44 und 46 °C, sowie in einem pH-Bereich von 6,0 bis 7,5, mit einem Optimum zwischen 6,4 und 7,5.

[[Datei:Desulfotomaculum arcticum and D. geothermicum are Capable of Utilizing Acetone and Higher Ketones.webp|mini|Desulfotruncus arcticus und Desulfoscipio geothermicus (früher Desulfotomaculum geothermicum) sind in der Lage, Aceton und höhere Ketone zu verwerten. [[Datei:Aceton Strukturformel.svg|mini|Aceton]]]]

Butanon

Die Art Desulfotruncus arcticus ist auch in der Lage, Aceton als einzige Kohlenstoffquelle zu nutzen und abzubauen. Gleiches gilt auch für die Art Desulfoscipio geothermicus (früher als Desulfotomaculum geothermicum geführt). Die Mechanismen dieses Stoffwechselwegs wurden untersucht.[2] Aceton ist ein häufig vorkommender Schadstoff in der Natur und stammt entweder aus anthropogenen Quellen wie Industrieabwässern und Ölverschmutzungen. Es kann auch von bestimmten Arten der Gattung Clostridium gebildet werden. In Meerwasser entsteht Aceton durch photochemische Prozesse. Für aerobe, also Sauerstoff benötigende, und anaerobe, nitratreduzierende Bakterien wurden verschiedene Abbauwege von Aceton beschrieben. Während aerobe Mikroorganismen Aceton entweder über Oxygenasen zu Acetol oder mithilfe einer Sauerstoff-abhängigen Baeyer-Villiger-Monooxygenase zu Methylacetat oder durch ATP-abhängige Carboxylierung zu Acetoacetat metabolisieren, aktivieren anaerobe Bakterien (phototrophe und nitratreduzierende) Aceton durch Carboxylierung zu Acetoacetat.

Das Proteom von Desulfoscipio geothermicus und Desulfotruncus arcticus weist auf die Beteiligung eines Thiamindiphosphat abhängigen Enzyms, einer Vitamin B12 abhängigen Mutase und einer spezifischen Dehydrogenase am Acetonabbau hin. Desulfotruncus arcticus kann außerdem noch Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Isopropanol und Butanon nutzen.[2] Ähnliche Enzyme wurden kürzlich für den Acetonabbau durch einer Art von Desulfococcus, D. biacutus, beschrieben. Es sind nur wenige Sulfatreduzierer bekannt, die Aceton abbauen können (Stand 2022).[2] Zu nennen ist noch die Art Desulfosarcina cetonica.

Crotonsäure
Phenylacetat
Isovaleriansäure
2-Toluylsäure
Prolin
Alanin

Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalen:[3][4]

Spezies Desulfotruncus arcticus Desulfotruncus alcoholivorax
Morphologie Stäbchen Stäbchen
Zellgröße (μm) 1 × 2–3 0,8–1,0 × 1,0–2,8
Motilität − +
DNA-G+C-Gehalt (mol%) 48,9 (LC), 45,7 (Genom) 48 (LC), 46,9 (Genom)
Hauptmenachinon MK-7 MK-7
Optimaler pH-Wert 7.1–7.5 6,4–7,3
Optimale Temperatur (°C) 44 44–46
Optimale NaCl-Konzentration (g/l) 10–15 0
Oxidation des Substrats Kompletta Kompletta
Verwendete Elektronendonatoren:
H₂ / CO₂​ + −
Format + +
Acetat − −
Fettsäuren[A. 1] C3, C4, C6, C7, C10, C14, C16 C4 - C9, C14, C16
Ethanol + +
Andere Alkohole Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, Isopropanol n-Propanol, n-Butanol, n-Pentanol
Laktat + −
Pyruvat + +
Fumarat + −
Succinat + −
Malat + −
Andere Prolin, Alanin, Glycin, Isobutyrat, 2-Methylbenzoat (2-Toluylsäure), Aceton[2], Butanon[2] Crotonat, 3-Methylbutyrat (Isovaleriansäure), Phenylacetat
Fermentatives Wachstum Pyruvat Pyruvat
Disproportionierung reduzierter Schwefelverbindungen Nr Nr
Verwendeter Elektronenakzeptor
Sulfat + +
Sulfit + +
Thiosulfat + +
Schwefel − +
Andere − −
  • Symbole: +, positiv; −, negativ; W, schwach; Nr, nicht angegeben; LC, „liquid chromatography“ (Flüssigchromatographie).
  • a Wie aus der Genomsequenz hervorgeht.

Ökologie

Die Art D. alcoholivorax wurde aus einem sulfidogenen Wirbelschichtreaktor isoliert, in dem saures, metall- und sulfatreiches Abwasser behandelt wurde. Desulfotruncus arcticus, die Typusart der Gattung Desulfotruncus, wurde aus einem Sediment des Nordfjords, Station BC, an der Westküste von Spitzbergen isoliert.

Desulfofundulus kuznetsovii

Die Art Desulfotruncus arcticus zeigt bei Temperaturen zwischen 26 und 46,5 °C Wachstum, wobei optimales Wachstum bei 44 °C auftritt. Solche Temperaturen herrschen in dem arktischen Bereich, aus dem er isoliert wurde, nicht. Es wird von daher vermutet, dass er im Sediment in Form von Sporen vorlag.[3] Sporen sind extrem widerstandsfähige Ruheformen und können lange Zeiten überdauern. Das Vorkommen von Endosporen von Bakterien in Bernstein, Salzkristallen, Manganknollen und Tiefseesedimenten deutet auf die Lebensfähigkeit bakterieller Endosporen über Tausende bis Millionen von Jahren hin.[5][6][7][8][9] Hierzu wurde eine Untersuchung an Sporen aus der Aarhus-Bucht bei Dänemark durchgeführt. Hier wurden Proben aus unterschiedlichen Tiefen des Meeresbodens genommen. Einige Proben stammten aus mehr als 6 m Tiefe im Sediment und waren etwa 4500 Jahre alt. Viele Sporen stammten von der Gattung Desulfotomaculum, wozu auch Desulfotruncus arcticus früher gestellt wurden. Hier waren auch Stämme vorhanden, die mit der Art Desulfofundulus kuznetsovii (zum Zeitpunkt der Arbeit noch als Desulfotomaculum kuznetsovii geführt) ein recht starke genetische Ähnlichkeit aufwiesen. Die Halbwertszeit der noch lebensfähigen Sporen lag wahrscheinlich bei ca. 250–440 Jahren. Das heißt, die Hälfte der ursprünglich lebensfähigen Sporen sind nach diesem Zeitraum wieder aktivierbar. Da es sich um die Halbwertszeit handelt, bedeutet es, das einige Sporen auch viel länger überleben können, offenbar auch mehrere Jahrtausende oder noch länger.[6]

Systematik

Die Gattung Desulfotruncus umfasst zwei Arten: D. arcticus und D. alcoholivorax.[10] Diese wurden ursprünglich der Gattung Desulfotomaculum zugeordnet. Die Analyse des 16S-rRNA-Gens ergab, dass sie zum Desulfotomaculum-Subcluster Ib innerhalb der Familie „Desulfotomaculaceae“ gehören. Basierend auf den Sequenzen des 16S-rRNA-Gens sowie der Gene GyrB, RpoB und RecA wurde die Gattung Desulfallas etabliert, um die Mitglieder des Desulfotomaculum-Subclusters Ib mit Ausnahme der Arten der Gattung Sporotomaculum aufzunehmen. Daher wurden Reklassifizierungen von Desulfotomaculum arcticum als Desulfallas arcticus und von Desulfotomaculum alcoholivorax als Desulfallas alcoholivorax vorgeschlagen. Die genomische Taxonomie zeigte jedoch, dass Desulfallas arcticus und Desulfallas alcoholivorax als eigenständige Gattung außerhalb der Gattung Desulfallas neu klassifiziert werden sollten. Somit wurde die Gattung Desulfotruncus erschaffen.[11] Desulfotruncus wird nach LPSN (List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature) zu der Familie Peptococcaceae gestellt, während bei NCBI noch die Familie Desulfallaceae angegeben wird (Stand 22. Mai 2026).

Der Name Desulfotruncus weist einmal auf den Stoffwechselweg der Desulfurikation und außerdem auf die Zellform hin, das lateinische Wort truncus bedeutet soviel wie Stab: Die Arten haben stäbchenförmige Zellen.

Anmerkungen

  1. ↑ Die kleingeschriebene Nummer steht für die Anzahl der Kohlenstoffatome, so steht C3 für eine Fettsäure mit 3 Kohlenstoffatomen, also Propionsäure.

Einzelnachweise

  1. ↑ Bettina Müller, Li Sun, Anna Schnürer: First insights into the syntrophic acetate‐oxidizing bacteria – a genetic study. In: MicrobiologyOpen. Band 2, Nr. 1, Februar 2013, ISSN 2045-8827, S. 35–53, doi:10.1002/mbo3.50, PMID 23239474, PMC 3584212 (freier Volltext) – (englisch).
  2. ↑ a b c d e Jasmin Frey, Sophie Kaßner, Bernhard Schink: Two Marine Desulfotomaculum spp. of Different Origin are Capable of Utilizing Acetone and Higher Ketones. In: Current Microbiology. Band 78, Nr. 5, Mai 2021, ISSN 0343-8651, S. 1763–1770, doi:10.1007/s00284-021-02441-9, PMID 33751185, PMC 8084838 (freier Volltext) – (englisch).
  3. ↑ a b Verona Vandieken, Christian Knoblauch, Bo Barker Jørgensen: Desulfotomaculum arcticum sp. nov., a novel spore-forming, moderately thermophilic, sulfate-reducing bacterium isolated from a permanently cold fjord sediment of Svalbard. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 56, Nr. 4, 1. April 2006, ISSN 1466-5026, S. 687–690, doi:10.1099/ijs.0.64058-0 (englisch).
  4. ↑ A. H. Kaksonen, S. Spring, P. Schumann, R. M. Kroppenstedt, J. A. Puhakka: Desulfotomaculum alcoholivorax sp. nov., a moderately thermophilic, spore-forming, sulfate-reducer isolated from a fluidized-bed reactor treating acidic metal- and sulfate-containing wastewater. In: INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY. Band 58, Nr. 4, 1. April 2008, ISSN 1466-5026, S. 833–838, doi:10.1099/ijs.0.65025-0 (englisch).
  5. ↑ R. Cano, M. Borucki: Revival and identification of bacterial spores in 25- to 40-million-year-old Dominican amber. In: Science. Band 268, Nr. 5213, 19. Mai 1995, ISSN 0036-8075, S. 1060–1064, doi:10.1126/science.7538699 (englisch).
  6. ↑ a b Larry L. Barton, Guy D. Fauque: Characteristics and Taxonomy. In: Sulfate-Reducing Bacteria and Archaea. Springer International Publishing, Cham 2022, ISBN 978-3-030-96701-7, S. 57–120, doi:10.1007/978-3-030-96703-1_2 (englisch).
  7. ↑ Russell H. Vreeland, William D. Rosenzweig, Dennis W. Powers: Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal. In: Nature. Band 407, Nr. 6806, Oktober 2000, ISSN 0028-0836, S. 897–900, doi:10.1038/35038060 (englisch).
  8. ↑ Kenneth H. Nealson, Jeanne Ford: Surface enhancement of bacterial manganese oxidation: Implications for aquatic environments. In: Geomicrobiology Journal. Band 2, Nr. 1, Januar 1980, ISSN 0149-0451, S. 21–37, doi:10.1080/01490458009377748 (englisch).
  9. ↑ Bente Aa. Lomstein, Alice T. Langerhuus, Steven D’Hondt, Bo B. Jørgensen, Arthur J. Spivack: Endospore abundance, microbial growth and necromass turnover in deep sub-seafloor sediment. In: Nature. Band 484, Nr. 7392, 18. März 2012, ISSN 0028-0836, S. 101–104, doi:10.1038/nature10905 (englisch).
  10. ↑ Genus: Desulfotruncus. Abgerufen am 22. Mai 2026 (englisch).
  11. ↑ Donovan H Parks, Maria Chuvochina, David W Waite, Christian Rinke, Adam Skarshewski, Pierre-Alain Chaumeil, Philip Hugenholtz: A standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny substantially revises the tree of life. In: Nature Biotechnology. Band 36, Nr. 10, 27. August 2018, ISSN 1087-0156, S. 996–1004, doi:10.1038/nbt.4229 (englisch).

Genutzte Literatur

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