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Desulfosporosinus

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Desulfosporosinus

Desulfosporosinus nitrosoreducens mit Serratia sp.

Systematik
Reich: Bacillati
Abteilung: Bacillota
Klasse: Clostridia
Ordnung: Eubacteriales
Familie: Desulfitobacteriaceae
Gattung: Desulfosporosinus
Wissenschaftlicher Name
Desulfosporosinus
Stackebrandt et al. 1997

Desulfosporosinus ist eine Bakterienart. Innerhalb der Systematik zählt es zu der Klasse der Clostridia.

Merkmale

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Die Arten bilden Endosporen, welche oval und subterminal bis (fast) terminal liegen, was zu einer leichten Zellschwellung führt. Die Bakterien sind beweglich mit lateralen oder peritrichen Flagellen oder unbeweglich.

Stoffwechsel und Wachstum

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Sulfat und Thiosulfat werden in Gegenwart von Lactat zu Sulfid reduziert. Es findet also die Desulfurikation statt. Organische Verbindungen werden unvollständig zu Acetat (das Anion der Essigsäure) oxidiert. Acetat ist auch das Endprodukt, wenn die Arten eine Fermentation (Gärung) durchführen. So fermentiert die Art Desulfosporosinus shakirov Lactat und Pyruvat, wenn kein Sulfat vorhanden ist. Es wurde auch autotrophes Wachstum mit Wasserstoff und Sulfat bei einigen Arten beobachtet. Einige Arten können auch Fumarat und Fe(III) als Elektronenakzeptoren nutzen, so die Art Desulfosporosinus shakirovi. Die Art ist auch in der Lage im Rohöl zu wachsen, es nutzt hierbei verschiedene Alkane als Elektronendonatoren. Desulfosporosinus metallidurans kann neben Sulfat, Sulfit und Thiosulfat noch Nitrat und Fumarat als Elektronenakzeptoren nutzen. Die Art D. orientis kann auch Trimethoxybenzoat im Stoffwechsel nutzen.

Es folgt eine Tabelle mit Merkmalen einiger Arten:

Eigentum D. orientis DSM 765T (Singapore IT) D. auripigmenti DSM 13351T (OREX-4T) D . meridiei DSM 13257T (S10T) D. hippei (DSM 8344)
Zellform Gebogener Stab Gebogener Stab Gebogener Stab Gebogener Stab
Zellgröße (µm) 0,7–1 × 3–5 (Filamente von 10–15 µm können auftreten) 0,4 × 2,5 0,7–1,1 × 2,3–4,2 (3,5–13b) 1–1,2 × 4,5–5,5 (Filamente von 10–15 µm können auftreten)
Endosporenmorphologie Oval Oval Oval Sphärisch
Endosporenpositionc Subterminal nach Terminal Subterminal nach Terminal Subterminal Terminal
Motilität + − + +
Flagellentyp Peritrich − Einzelnes Lateral NR
pH-Optimum ~7 6,4–7,0 ~7 ~7
NaCl-Optimum (%) NR NR NR 0–0,1
NaCl-Bereich (%) 0 – <5 NR 0 – <4 0 – <2,5
Optimale Temperatur (°C) 37 25–30 28 28
Temperaturbereich (°C) 30–42 NR 10–37 NR
Homoacetogenes Wachstum auf: Formiat, Methanol, Ethanol, Trimethoxybenzoat Methanol, Ethanol Pyruvat NR
Chemoautotrophes Wachstum auf H2 + CO2 + + + NR
  • a Symbole: +, >85 % positiv; d, verschiedene Stämme ergeben unterschiedliche Reaktionen (16–84 % positiv); −, 0–15 % positiv; w, schwache Reaktion; NR, nicht erfasst.
  • b Wird von einigen Stämmen erreicht.

Ökologie

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Vorgeschlagene Interaktionen in der Kokultur von Desulfosporosinus nitrosoreducens und Serratia sp.

Die zwei Arten Desulfosporosinus nitroreducens und Desulfosporosinus fructosivorans wurden aus der Ostsee isoliert. Bei der Art Desulfosporosinus nitrosoreducens wurde ein symbiontisches Verhalten während einer Kokultur beobachtet. Die Mischkultur zeigt ein bimodales Wachstum: Zunächst fermentiert eine Serratia sp. Pyruvat, gefolgt von der hydrogenotrophen N2O-Reduktion durch Desulfosporosinus nitrosoreducens. Serratia sp. liefert Aminosäuren als essentielle Wachstumsfaktoren an die N2O-reduzierende Desulfosporosinus sp.[1]

Die Art Desulfosporosinus shakirovi wurde aus dem Meer in einer Tiefe von fast 600 Metern aus dem Sedimentboden (0–5 cm) isoliert.[2] Die Art ist in der Lage, beim Wachstum auf Rohöl verschiedene im Öl enthaltene Alkane, wie beispielsweise Nonan und Decan, abzubauen. In marinen Ökosystemen finden sich Alkane in Gebieten mit Erdgas- und Erdölaustritten, in Gashydraten oder in durch Menschen verschmutzten Gebieten. In Bodensedimenten ist Sauerstoff üblicherweise nur in den obersten 1,0–5,5 mm des Sediments nachweisbar, sodass der Abbau organischer Substanz hauptsächlich unter anoxischen Bedingungen erfolgt. Bisher wurde die Fähigkeit von Desulfosporosinus -Arten zum anaeroben Abbau aromatischer Verbindungen nur in Anreicherungskulturen nachgewiesen.[3][4] Dies ist der erste Bericht, der bestätigt, dass Reinkulturen von Desulfosporosinus -Arten bestimmte Rohölfraktionen verwerten können. Allerdings wurden in den Genomen von Desulfosporosinus-Arten, insbesondere bei Desulfosporosinus shakirovi SRJS8T und D. lacus STP12T, keine Gene gefunden, die für den anaeroben Abbau von Kohlenwasserstoffen verantwortlich sind. Es ist möglich, dass diese Bakterien einen alternativen, bisher unbekannten Stoffwechselweg für den Kohlenwasserstoffabbau nutzen.[2]

Es sind auch acidophile ("säureliebende"), also in saureren Umgebungen mit niedrigen pH-Werten wachsende Arten von Desulfosporosinus vorhanden. Hierzu zählen die Arten Desulfosporosinus acidiphilus, Desulfosporosinus acididurans und Desulfosporosinus metallidurans. Letztere Art zeigt Wachstum bei pH 4,0–7,0 mit einem Optimum bei pH 5,5.[5] Desulfosporosinus cupriresistens stammt aus sauren, metallhaltigen Minenabfällen. Es toleriert pH-Werte zwischen 1,3 und 5,5. Das pH-Optimum liegt bei 4,0. Der Temperaturbereich, bei dem Wachstum stattfindet, liegt bei 22 bis 40 °C, mit einem Optimum bei 28 °C.

Stämme von Desulfosporosinus zeigten sich auch als die wichtigsten Sulfatreduzierer innerhalb eines Moores. Obwohl sie nur etwa 0,006 % aller Mikroorganismen im Moor ausmacht, war Desulfosporosinus der wichtigste Sulfatreduzierer. Andere bekannte Sulfatreduzierer spielten dagegen keine nachweisbar bedeutende Rolle. Desulfosporosinus ist hier ein Vertreter der „rare biosphere“, ein Mikroorganismus mit einer Häufigkeit von deutlich unter 0,1 %. Solche Arten können durchaus eine Schlüsselart (keystone species) in Bezug auf bestimmte Ökosysteme sein.[6]

Die Art D. burensis wurde aus Porenwasser eines Bohrlochs in 490 m Tiefe in Bure in Frankreich isoliert.[7]

Chemotaxonomie

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LL-Diaminopimelinsäure ist die diagnostische Diaminosäure des Peptidoglykans. Sie enthält Menachinon mit einer Seitenkette aus sieben Isopreneinheiten (Typ MK-7) als Hauptkomponente. Die vorherrschenden Fettsäuren sind geradzahlige, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Deutliche Mengen an Aldehyden werden als 1,1-Dimethylacetal nachgewiesen.

Systematik

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Die Typusart von Desulfosporosinus, Desulfosporosinus orientis, wurde ursprünglich als Desulfovibrio orientis von M. E. Adams und J. R. Postgate im Jahr 1959 beschrieben.[8] Die Autoren wiesen in der Originalpublikation, in der sie den Stamm NCIB 8323T aus Bodenproben in Singapur als neue Art beschrieben, darauf hin, dass die Nomenklatur nicht vollständig mit der taxonomischen Einschätzung von A. R. Prévot übereinstimmte, der diesen Stamm ebenfalls untersucht hatte.[9] Da Prévot Sporen in den Zellen nachwies, entsprach die Zuordnung des Stammes NCIB 8323T zu Desulfovibrio nicht der Gattungsbeschreibung. Nach der von Prévot verwendeten Klassifikation wäre er als „Sporovibrio orientis“ klassifiziert worden. Desulfovibrio orientis unterscheidet sind in Morphologie und Physiologie von anderen Desulfovibrio-Arten und die Autoren wiesen schon darauf hin, dass diese Art möglicherweise nicht phylogenetisch mit anderen Mitgliedern der Gattung Desulfovibrio verwandt ist. Die Art wurde demzufolge später als Desulfotomaculum orientis neu klassifiziert und als eine von vier Arten dieser Gattung in die Liste der anerkannten Bakteriennamen aufgenommen. Im Jahr 1995 wurde aus altem Permafrost in Russland einen mesophilen, sporenbildenden Sulfatreduzierer isoliert, der aufgrund phänotypischer Merkmale als Stamm der Art Desulfotomaculum orientis (DSM 8344) klassifiziert wurde. Die Reklassifizierung von Desulfotomaculum orientis NCIB 8323T (DSM 765T) als Desulfosporosinus orientis wurde 1997 vorgeschlagen. Die Zuordnung der Stämme DSM 765T und DSM 8344 basierte auf einer phylogenetischen Analyse, in der sie einen separaten Cluster von anderen Desulfotomaculum-Arten bildeten und enger mit Mitgliedern der Gattung Desulfitobacterium verwandt waren als mit den anderen Desulfotomaculum -Arten. Die zweite Art, Desulfosporosinus meridiei, wurde anhand von acht Stämmen sporenbildender, sulfatreduzierender Bakterien beschrieben, die aus einem mit Benzin kontaminierten, flachen Grundwasserleiter in den sandigen Böden von Eden Hill in der Swan Coastal Plain nahe Perth im Südwesten Australiens isoliert wurden.

Die Art Desulfosporosinus auripigmenti wurde ursprünglich hauptsächlich aufgrund von 16S-rDNA-Analysen der Gattung Desulfotomaculum zugeordnet.[10] Morphologische und physiologische Merkmale, die phylogenetische Stellung, Ergebnisse von DNA-DNA-Reassoziationsstudien und chemotaxonomische Eigenschaften von Desulfotomaculum auripigmentum, einschließlich Eigenschaften, die die ursprüngliche Beschreibung ergänzen, führten schließlich zur Überführung dieser Art in die Gattung Desulfosporosinus. Im Jahr 2000 wurde Desulfosporosinus meridiei beschrieben.[11] Im Laufe der Zeit wurden weitere Arten beschrieben, so das im Juli 2026 fast 20 Arten der Gattung bekannt waren.

Es folgt eine Liste einiger Arten (Stand 30. Juli 2026):[12]

Einzelnachweise

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  1. ↑ Guang He, Gao Chen, Yongchao Xie, Cynthia M. Swift, Diana Ramirez, Gyuhyon Cha, Konstantinos T. Konstantinidis, Mark Radosevich, Frank E. Löffler: Sustained bacterial N2O reduction at acidic pH. In: Nature Communications. Band 15, Nr. 1, 15. Mai 2024, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/s41467-024-48236-x, PMID 38750010, PMC 11096178 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 28. Juli 2026]).
  2. 1 2 A. I. Eskova, Ya. V. Ryzhmanova, V. E. Trubitsyn, N. S. Polonik, A. L. Ponomareva, V. A. Shcherbakova: Desulfosporosinus shakirovi sp. nov., a Sulfate-Reducing Bacterium Capable of Degrading Petroleum Hydrocarbons. In: Microbiology. Band 94, Nr. 3, Juni 2025, ISSN 0026-2617, S. 374–383, doi:10.1134/s0026261724608522.
  3. ↑ Giovanni Pilloni, Frederick von Netzer, Marion Engel, Tillmann Lueders: Electron acceptor-dependent identification of key anaerobic toluene degraders at a tar-oil-contaminated aquifer by Pyro-SIP. In: FEMS Microbiology Ecology. Band 78, Nr. 1, 24. März 2011, ISSN 0168-6496, S. 165–175, doi:10.1111/j.1574-6941.2011.01083.x.
  4. ↑ Weimin Sun, Xiaoxu Sun, Alison M. Cupples: Identification of Desulfosporosinus as toluene-assimilating microorganisms from a methanogenic consortium. In: International Biodeterioration & Biodegradation. Band 88, März 2014, ISSN 0964-8305, S. 13–19, doi:10.1016/j.ibiod.2013.11.014.
  5. ↑ Inna A. Panova, Olga Ikkert, Marat R. Avakyan, Dmitry S. Kopitsyn, Andrey V. Mardanov, Nikolai V. Pimenov, Viktoria A. Shcherbakova, Nikolai V. Ravin, Olga V. Karnachuk: Desulfosporosinus metallidurans sp. nov., an acidophilic, metal-resistant sulfate-reducing bacterium from acid mine drainage. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 71, Nr. 7, 2021, ISSN 1466-5034, S. 004876, doi:10.1099/ijsem.0.004876 (microbiologyresearch.org [abgerufen am 29. Juli 2026]).
  6. ↑ Michael Pester, Norbert Bittner, Pinsurang Deevong, Michael Wagner, Alexander Loy: A ‘rare biosphere’ microorganism contributes to sulfate reduction in a peatland. In: The ISME Journal. Band 4, Nr. 12, 1. Dezember 2010, ISSN 1751-7362, S. 1591–1602, doi:10.1038/ismej.2010.75, PMID 20535221, PMC 4499578 (freier Volltext).
  7. ↑ Olga V. Karnachuk, Inna A. Panova, Igor I. Rusanov, Marat R. Avakyan, Anastasia P. Lukina, Olga P. Ikkert, Nurai Kijar, Vitaly V. Kadnikov, Alexey V. Beletsky, Erzhena V. Danilova, Dmitry S. Kopitsyn, Nikolay V. Pimenov, Viktoria A. Shcherbakova, Nikolai V. Ravin: Thermophilic and mesophilic sulfate reduction by rare biosphere bacteria in acidic metal-bearing mine wastes from the temperate climate zone. In: Scientific Reports. Band 15, Nr. 1, 4. Dezember 2025, ISSN 2045-2322, doi:10.1038/s41598-025-28271-4, PMID 41345487, PMC 12739157 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 30. Juli 2026]).
  8. ↑ M. E. ADAMS, J. R. POSTGATE: A New Sulphate-Reducing Vibrio. In: Journal of General Microbiology. Band 20, Nr. 2, 1. April 1959, ISSN 0022-1287, S. 252–257, doi:10.1099/00221287-20-2-252.
  9. ↑ Manual de Classification et de Détermination des Bactéries Anaérobeis. In: The American Journal of the Medical Sciences. Band 236, Nr. 4, Oktober 1958, ISSN 0002-9629, S. 531, doi:10.1097/00000441-195810000-00035.
  10. ↑ Erko Stackebrandt, Peter Schumann, Esther Schüler, Hans Hippe: Reclassification of Desulfotomaculum auripigmentum as Desulfosporosinus auripigmenti corrig., comb. nov. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 53, Nr. 5, 1. September 2003, ISSN 1466-5026, S. 1439–1443, doi:10.1099/ijs.0.02526-0.
  11. ↑ W J Robertson, J P Bowman, P D Franzmann, B J Mee: Desulfosporosinus meridiei sp. nov., a spore-forming sulfate-reducing bacterium isolated from gasolene-contaminated groundwater. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 51, Nr. 1, 1. Januar 2001, ISSN 1466-5026, S. 133–140, doi:10.1099/00207713-51-1-133.
  12. ↑ Genus: Desulfosporosinus. Abgerufen am 30. Juli 2026 (englisch).
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