Methylococcaceae bilden eine Familie der Gammaoteobacteria und sind neben den Crenotrichaceae (LPSN) [bzw. „Methylomonadaceae“ (GTDB)] und den Methylothermaceae ein Mitglied der Ordnung Methylococcales. Sie gehören zu den methanotrophen Bakterien, denn sie sind in der Lage mit Methan als einziger Kohlenstoffquelle für den Aufbau der Zellsubstanz (Assimilation) und zum Energiegewinn zu wachsen. Durch die Verwertung des Treibhausgases Methan sind sie ökologisch sehr wichtig. Der Entzug von Methan aus der Atmosphäre durch den Stoffwechsel dieser Bakterien hat einen mildernden Effekt auf die Klimaerwärmung.
Die Zellen der Methylococcaceae-Arten sind stäbchen- oder kokkenförmig. Teilweise treten sie in Zellketten auf. Einige Arten bilden cystenförmige Körperchen als Ruhestadien.
Stoffwechsel
Die Methylococcaceae sind methanotrophe Bakterien, eine Untergruppe der methylotrophen Bakterien.
Methylotrophe sind in der Lage, Verbindungen, die keine C–C-Bindungen aufweisen, zu verwerten. Entweder ist in diesen Molekülen überhaupt nur ein Kohlenstoffatom wie z.B. bei Methanol (CH4), Formiat (HCOO-) und Methylamin (CH3NH2); wenn aber mehrere Kohlenstoffatome vorkommen, dann ist keines direkt mit einem anderen verbunden. Zu diesen Verbindungen zählen z.B. Trimethylamin ((CH3)3N) und Dimethylamin ((CH3)2NH).
Die methanotrophen Bakterien können Methan nutzen. Hierzu dient das Enzym Methan-Monooxygenase (MMO), welches bei den Methylotrophen nicht vorhanden ist. Mit Hilfe des Enzyms MMO wird Methan zu Methanol oxidiert. Methanol wird dann weiter genutzt und die dabei gewonnene Energie auf die Atmungskette übertragen und Adenosintriphosphat (ATP) erzeugt. Einige Bakterienarten, wie z.B. Arten der Gattungen Methylobacter, Methylococcus und Methylosphaera sind zusätzlich in der Lage Stickstoff zu fixieren.
Stellung innerhalb der Methylotrophen
Die methanotrophen Bakterien werden aufgrund von verschiedenen Merkmalen, wie Zellaufbau und Stoffwechsel in drei Gruppen, Gruppe I, II und X unterteilt. Die Methylococcaceae zählen zu der Gruppe I. Sie nutzen Einkohlenstoffverbindungen im Stoffwechsel mit Hilfe des Ribulosemonophosphatweg. Im Stoffwechsel der Gruppe II wird Kohlenstoff über den Serinweg fixiert. Arten der Familie Methylocystaceae zählen z.B. zu dieser Gruppe. Weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Form der inneren Membranen. In der Gruppe I sind sie in Stapeln angeordnet, in Typ II verlaufen sie hingegen parallel zur äußeren Zellmembran. Die Gruppe X ist wiederum eine Untergruppe der Gruppe I. Die Besonderheit bei diesen Bakterien ist die Fähigkeit neben Methan auch CO2 zu fixieren. Hierzu zählen die Gattungen Methylococcus und Methylocaldum.
Methylococcus capsulatus ist ein ungewöhnlicher Methanotropher vom Typ I, da diese Spezies Formaldehyd (CH2=O) über den Ribulosemonophosphatweg bildet, aber auch einige Enzyme des Serinwegs besitzt, welcher typisch für Arten der Familie Methylocystaceae ist. Die genomischeDNA dieser Art hat einen relativ hohen GC-Gehalt, der eher für Methanotrophe vom Typ II charakteristisch ist.
Fakultativ methylotrophe Bakterien sind nicht auf Einkohlenstoffverbindungen angewiesen, können sie aber zusätzlich nutzen, wie z.B. verschiedene Arten von Arthrobacter, Pseudomonas, Micrococcus und Bacillus.
Die Familie Methylococcaceae gehört zur Ordnung Methylococcales der Klasse Gammaproteobacteria.
Die Spezies Crenothrix polyspora (auch unter dem Namen Brunnenfaden bekannt) ist ebenfalls in der Lage Methan zu oxidieren. Analysen seiner 16S-rRNA-Sequenz zeigen die hohe Verwandtschaft mit der Art Methylobacter psychrophilus. Die Gattung Crenothrix wird daher in der ebenfalls zu der Ordnung Methylococcales zählenden Familie Crenotrichaceae geführt.
Auch mit Stand 4. September 2026 ist die Taxonomie der Ordnung noch in Diskussion. Die Systematik der Genome Taxonomy Database (GTDB) weicht von der obigen in folgenden Punkten ab:
Die Gattung Methylumidiphilus gehört dort zur Familie Methylococcaceae
Die Gattungen Methylomonas, Methylicorpusculum, Methylobacter, Methyloglobulus, Methylomarinum, Methylomicrobium, Methyloprofundus, Methylosarcina und Methylovulum – nach der LPSN alle den Methylococcaceae zugehörig – bilden zusammen mit Crenothrix und Methylotuvimicrobium und weiteren verwandten vorgeschlagenen Gattungen eine Familie Methylomonadaceae, die mit der GattungCrenothrix offenbar die Crenotrichaceae einschließt.
Zur Ordnung Methylococcales gehört dort noch die Familie Cycloclasticaceae mit der Gattung Cycloclasticus (in der LPSN zur Familie Piscirickettsiaceae der Ordnung Beggiatoales).
Einzelnachweise
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Anna Hakobyan, Werner Liesack: Unexpected metabolic versatility among type II methanotrophs in the Alphaproteobacteria In: Biological Chemistry, 2020; Band 401, S.1469–1477. doi:10.1515/hsz-2020-0200 (englisch).
↑Nardia J. Baxter, Robert P. Hirt, Levente Bodrossy, Kornel L. Kovacs, Martin T. Embley, James I. Prosser, J. Colin Murrell:The ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase gene cluster of Methylococcus capsulatus (Bath). In: Archives of Microbiology. Band177, Nr.4, April 2002, ISSN0302-8933, S.279–289, doi:10.1007/s00203-001-0387-x.
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K. Stoecker et al (2006): Cohn’s Crenothrix is a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase In: Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS), Band 103, Nr.7, S.2363–2367; PMID 16452171, PMC1413686(freier Volltext) (englisch)
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Magdalena R. Osburn, Matthew J. Selensky, Patricia A. Beddows, Andrew Jacobson, Karyn DeFranco, Gonzalo Merediz-Alonso: Microbial biogeography of the eastern Yucatán carbonate aquifer. In: Applied and Environmental Microbiology., Band 89, Nr.11, 2. November 2023; doi:10.1128/aem.01682-23 (englisch). Dazu:
Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1
George M. Garrity: Bergey's manual of systematic bacteriology. 2. Auflage. Springer, New York, 2005, Volume 2: The Proteobacteria, Part B: The Gammaproteobacteria (englisch).
Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. 7 Bände, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 0-387-30740-0. Band 2: Ecophysiology and Biochemistry, ISBN 0-387-25492-7 (englisch).
Yongcui Deng, Chulin Liang, Xiaomeng Zhu, Xinshu Zhu, Lei Chen, Hongan Pan, Fan Xun, Ye Tao, Peng Xing: &x200B;Methylomonadaceae was the active and dominant methanotroph in Tibet lake sediments. In: Oxford Academic: ISME Communications, Band 4, Nr.1, 4. März 2024, ycae032; doi:10.1093/ismeco/ycae032, Epub 3. Januar 2024 (englisch).
