Elusimicrobium
Elusimicrobium ist eine Gattung von Bakterien. Es handelt sich um Ultramikrobakterien, also extrem kleine Mikroben. Sie gewinnen Energie durch die Gärung. Eine Besonderheit ist, das sie zwar anaerob sind, aber Enzyme besitzen, die es ihnen ermöglichen Spuren von O2 in der Umgebung zu tolerieren und auch (in geringen Maßen) zur Energiegewinnung zu nutzen. Außerdem nutzen sie in der Fermentation zusätzlich zu den Zuckermolekülen (wie Glucose) auch Aminosäuren, was die gewonnene Energiemenge erhöht. Diese Art der Gärung ist bisher nur von wenigen Mikroben bekannt (Stand 2018). Die Art Elusimicrobium minutum ist das erste kultivierte Mitglied der früher als „Termite Groupe 1“ bezeichneten Abteilung (jetzt Elusimicrobiota). Die Arten kommen innerhalb des Darms von Insekten vor.[1][2]
| Elusimicrobium | ||||||||||||
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| Systematik | ||||||||||||
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| Wissenschaftlicher Name | ||||||||||||
| Elusimicrobium | ||||||||||||
| Geissinger et al. 2009 |
Merkmale
BearbeitenArten von Elusimicrobium sind stäbchenförmig. Sie sind extrem klein, so liegt die Größe von Elusimicrobium minutum bei 0,17–0,3 µm Breite und 0,3–2,5 µm Länge. Wie alle Ultramikrobakterien passieren die Arten eine 0,22-μm-Filtermembran.
Die Arten E. minutum, E. simillimum und E. posterum zeigen einen Wachstumszyklus, bei dem sich kokkenartige Ruhezellen zu Stäbchen verlängern, die gegen Ende der Wachstumsphase knospenartige Schwellungen an einem Zellpol entwickeln, was in älteren Kulturen zu einer ausschließlich kokkenartigen Morphologie der Zellen führt. Der Durchmesser der kokkoiden Zellen variierte zwischen 0,2 und 0,3 μm. Eine Sporenbildung wurden nicht beobachtet. Die Arten sind gram-negativ, d. h. der Zellkörper ist von zwei Membranen umgeben, dazwischen liegt ein dünner periplasmatischen Raum.
Stoffwechsel und Wachstum
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Die Arten gewinnen Energie durch die Fermentation. Es werden verschiedenen Zucker, wie Glucose genutzt. Arten von Elusimicrobium können hierbei zusätzlich Aminosäuren, wie Valin einsetzen, um den Energiegewinn zu steigern. Diese Aminosäuren wird nicht direkt fermentiert, sondern es wird das mit der Gärung gebildete Pyruvat zur Bildung von Alanin verwendet:
![{\displaystyle {\mathrm {Glucose} {}+{}\mathrm {Valin} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Alanin} {}+{}\mathrm {Ethanol} {}+{}\mathrm {Isobutyrat} {}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9679e2011eafc47ec13e3f23589046a9325dffb3)
ΔG0′ = −245 kj/mol
Diese Art der Gärung ist ungewöhnlich und wurde nur bei wenigen Mikroben beschrieben, wie z. B. bei Thermococcus profundus und Pyrococcus furiosus.[1]
Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalen:
| E. minutum | E. simillimum | E. posterum | |
|---|---|---|---|
| Temperaturbereich (optimal) | 14.5–37 (27–36) | 15–37 (33) | 19.5–37.5 (34.5) |
| pH-Bereich (optimal) | 6–8 (7) | 6–7 (7) | 7–8 (7) |
| NaCl (optimal) | 0–1.5 | 0–3 | 0–0.5 |
| Größe des Genoms (Mbp) | 1.64 | 2.00 | 2.20 |
| Für die Fermentation genutzte Verbindungen: | |||
| Fructose | + | - | - |
| Galactose | + | + | + |
| Glucose | + | + | + |
| N-Acetyl-Glucosamin | + | + | + |
Nicht-respiratorische Nutzung von Sauerstoff
BearbeitenElusimicrobium ist anaerob, es führt die Gärung zur Energiegewinnung durch. Eine Katalase- und Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität findet nicht statt, Sauerstoff wird also nicht zur Atmung genutzt (schon bei niedrigen O2-Konzentrationen wie 0,5 % zeigt es keinen Wachstum). Allerdings kann es kleine Mengen von O2, die durch diffusiven Sauerstoffeinstrom im Kulturagar erzeugt werden, durch eine Rubredoxin-abhängigen Sauerstoffreduktionsweg (englisch: rubredoxin-dependent pathway) abfangen. Dies ist eine Entgiftungsstrategie, die dem Bakterium hilft, vorübergehenden geringen Sauerstoffgehalt im Darm des Wirtes zu überleben.[1][3] Hierdurch kann auch durch eine Substratphosphorylierung zusätzliches ATP erzeugt werden.[3] Dieser Stoffwechselweg lässt sich bei Elusimicrobium minutum, E. simillimum und E. posterum beobachten.[4] Dies ist wahrscheinlich eine Anpassung an den Lebensraum Darm. Hier sind die Mikrobiome größeren Sauerstoffflüssen ausgesetzt als z. B. im Pansen von Wiederkäuern.[4]
Genetik
BearbeitenDas Genom von Elusimicrobium minutum wurde vollständig sequenziert.[5] Es ist 1,64 Millionen Basenpaare lang und weist einen relativ geringen G+C-Gehalt von 39,9 % auf. Es enthält etwa 1.600 Gene. ES fehlen Gene für viele Biosynthesewege, wie für Vitamine und Aminosäuren, was seine Abhängigkeit von nährstoffreichen Umgebungen, wie im Darm von Insekten, erklärt.
Ökologie
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Elusimicrobium minutum, die zuerst beschriebene Art der Familie, wurde aus dem Dickdarm einer Larve der Blatthornkäferart Pachnoda ephippiata isoliert. Die Erstbeschreibung der Arten "Elusimicrobium posterum" und "E. simillimum" stammt aus adulten Schaben ("E. posterum" aus Diploptera punctata und "E. simillimum" aus Symploce macroptera).
Systematik
BearbeitenDer Name Elusimicrobium kommt aus dem Lateinischen und bedeutet soviel wie "schwer fassbare Mikrobe", was darauf hinweist, wie schwierig es war, diese Organismen im Labor zu isolieren. Die Gattung zählt zu der Familie Elusimicrobiaceae. Arten dieser Familie kommen häufig im Darmtrakt von Wirbellosen und Wirbeltieren vor, allerdings nie in großen Mengen. Anhand der Metagenomik gewonnene Genomproben, die der Familie Elusimicrobiaceae zugeordnet werden, stammen aus verschiedenen Wirten, wie z. B. Arthropoden und anderen Wirbeltieren. Auch beim Menschen wurden Genome, die zu der Familie passen, gefunden.[6][7]
Zu Elusimicrobium zählten im Juli 2025 vier Arten, von denen allerdings nur eine, E. minutum, vollständig beschrieben ist.[8]
- "Candidatus Elusimicrobium euhamitermitis" Mies et al. 2025
- Elusimicrobium minutum Geissinger et al. 2010
- "Elusimicrobium posterum" Mies et al. 2025
- "Elusimicrobium simillimum" Mies et al. 2025
Einzelnachweise
Bearbeiten- 1 2 3 Andreas Brune: Elusimicrobia (2018) In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.pbm00034.
- ↑ Andreas Brune: The Family Elusimicrobiaceae. In: The Prokaryotes. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-38953-5, S. 637–640, doi:10.1007/978-3-642-38954-2_124 (springer.com [abgerufen am 9. August 2025]).
- 1 2 Oliver Geissinger, Daniel P. R. Herlemann, Erhard Mörschel, Uwe G. Maier, Andreas Brune: The Ultramicrobacterium “Elusimicrobium minutum” gen. nov., sp. nov., the First Cultivated Representative of the Termite Group 1 Phylum. In: Applied and Environmental Microbiology. Band 75, Nr. 9, Mai 2009, S. 2831–2840, doi:10.1128/AEM.02697-08 (asm.org [abgerufen am 9. August 2025]).
- 1 2 Undine S. Mies, Hao Zheng, Katja Platt, Renate Radek, Nicole Paczia, Sebastian C. Treitli, Andreas Brune: Comparative genomics of Elusimicrobiaceae (phylum Elusimicrobiota) and description of the isolates Elusimicrobium simillimum sp. nov., Elusimicrobium posterum sp. nov., and Parelusimicrobium proximum gen. nov. sp. nov. In: Systematic and Applied Microbiology. Band 48, Nr. 3, 1. Mai 2025, ISSN 0723-2020, S. 126606, doi:10.1016/j.syapm.2025.126606.
- ↑ D. P. R. Herlemann, O. Geissinger, W. Ikeda-Ohtsubo, V. Kunin, H. Sun, A. Lapidus, P. Hugenholtz, A. Brune: Genomic Analysis of “Elusimicrobium minutum,” the First Cultivated Representative of the Phylum “Elusimicrobia” (Formerly Termite Group 1). In: Applied and Environmental Microbiology. Band 75, Nr. 9, Mai 2009, S. 2841–2849, doi:10.1128/AEM.02698-08 (asm.org [abgerufen am 21. August 2025]).
- ↑ Edoardo Pasolli, Francesco Asnicar, Serena Manara, Moreno Zolfo, Nicolai Karcher, Federica Armanini, Francesco Beghini, Paolo Manghi, Adrian Tett, Paolo Ghensi, Maria Carmen Collado, Benjamin L. Rice, Casey DuLong, Xochitl C. Morgan, Christopher D. Golden, Christopher Quince, Curtis Huttenhower, Nicola Segata: Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle. In: Cell. Band 176, Nr. 3, Januar 2019, S. 649–662.e20, doi:10.1016/j.cell.2019.01.001, PMID 30661755, PMC 6349461 (freier Volltext) – (elsevier.com [abgerufen am 7. August 2025]).
- ↑ Matthew R. Olm, Dylan Dahan, Matthew M. Carter, Bryan D. Merrill, Feiqiao B. Yu, Sunit Jain, Xiandong Meng, Surya Tripathi, Hannah Wastyk, Norma Neff, Susan Holmes, Erica D. Sonnenburg, Aashish R. Jha, Justin L. Sonnenburg: Robust variation in infant gut microbiome assembly across a spectrum of lifestyles. In: Science. Band 376, Nr. 6598, 10. Juni 2022, ISSN 0036-8075, S. 1220–1223, doi:10.1126/science.abj2972, PMID 35679413, PMC 9894631 (freier Volltext) – (science.org [abgerufen am 7. August 2025]).
- ↑ LPSN
Literatur
Bearbeiten- Andreas Brune: The Family Elusimicrobiaceae. In: The Prokaryotes. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-38953-5, S. 637–640, doi:10.1007/978-3-642-38954-2_124 (springer.com [abgerufen am 9. August 2025]).
- Andreas Brune: Elusimicrobia (2018): Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.pbm00034.
- Undine S. Mies, Hao Zheng, Katja Platt, Renate Radek, Nicole Paczia, Sebastian C. Treitli, Andreas Brune: Comparative genomics of Elusimicrobiaceae (phylum Elusimicrobiota) and description of the isolates Elusimicrobium simillimum sp. nov., Elusimicrobium posterum sp. nov., and Parelusimicrobium proximum gen. nov. sp. nov. In: Systematic and Applied Microbiology. Band 48, Nr. 3, 1. Mai 2025, ISSN 0723-2020, S. 126606, doi:10.1016/j.syapm.2025.126606.
