Desulfofrigus ist eine Gattung von Bakterien. Die zwei Arten, Desulfofrigus fragile und D. oceanense sind psychrophil („kälteliebend“), sie zeigen noch Wachstum bei −1,8 °C. Die Arten zählen zu den dissimilatorischen sulfatreduzierenden Mikroorganismen, sie führen die Desulfurikation (Sulfatatmung) durch. Dabei werden Schwefelverbindungen, wie beispielsweise Sulfat (Anion der Schwefelsäure), zu Sulfid bzw. Schwefelwasserstoffreduziert. Es handelt sich um eine anaerobe Atmung. Anstatt wie bei der „normalen“ Atmung Sauerstoff, werden hierbei die Schwefelverbindungen als Elektronenakzeptoren genutzt. Als Elektronenspender (Donator) und Kohlenstoffquelle können je nach Art verschiedenen Verbindungen genutzt werden, wie beispielsweise Alkohole und Fettsäuren. Die Arten kommen in permanent kalten marinen Sedimenten vor und zählen zu den ersten beschriebenen psychrophilen sulfatreduzierenden Bakterien.
Merkmale
Die Zellen sind groß, gerade und dick (D. oceanense) oder leicht gekrümmt und dünn stäbchenförmig (D. fragile). Die Größe liegt bei 0,8–2,1 µm × 3,2–6,1 µm. Sie kommen einzeln oder paarweise vor. In älteren Kulturen können bewegliche Zellen beobachtet werden. Die Zellen sind gramnegativ, die Zelle ist von zwei Membranen mit einer dazwischenliegenden Mureinschicht umgeben. Sie bilden keine Sporen.
Es handelt sich um strikt anaerobe Bakterien. Sie sind chemoorganoheterotroph, also auf organische Kohlenstoffquellen angewiesen und nutzen Fettsäuren, andere Carbonsäuren, Aminosäuren (wie Alanin, Serin und Glycin) und Alkohole innerhalb des Stoffwechsels als Elektronendonatoren und Kohlenstoffquellen. Als Elektronenakzeptoren kann Sulfat genutzt werden, die Arten nutzen also die dissimilatorische Sulfatreduktion (Desulfurikation oder Sulfatatmung) als Form der anaeroben Atmung. Sulfat wird zu Sulfid reduziert. Die Art D. oceanense kann hier auch Sulfit und Thiosulfat als Elektronenakzeptoren nutzen. Auch eine Gärung wurde bei den Arten beobachtet.
Beide Arten können auch Eisen(III)-Citrat als Elektronenakzeptor nutzen, sie können also auch die Eisenatmung durchführen.
Bei D. oceanense ist die Fähigkeit zur vollständigen Oxidation organischer Substrate zu Kohlendioxid (CO2) durch die Nutzung von Acetat (Anion der Essigsäure) als Wachstumssubstrat belegt. Bei D. fragile wird von einer unvollständigen Oxidation ausgegangen, wobei dies noch unter Diskussion steht (Stand 2019). Bei einer unvollständigen Oxidation wird meist Acetat als Endprodukt gebildet. Diese Stoffwechselvariante findet man beispielsweise bei Desulfobulbus,Desulfomicrobium, Desulfotomaculum und Desulfovibrio. Beispiele für eine vollständige Oxidation sind Arten von Desulfonema,Desulfococcus,Desulfobacter und Desulfobacterium.
Der Typstamm kann Thiosulfat und Sulfit als Elektronenakzeptoren nutzen, andere Elektronenakzeptoren werden nicht verwendet. Fermentatives Wachstum auf Pyruvat, Malat oder anderen Kohlenstoffsubstraten ist möglich. Schwefel und Thiosulfat werden nicht disproportioniert. D. oceanense ist obligat psychrophil, D. fragile ist fakultativ psychrophil. Die optimale Wachstumstemperatur liegt zwischen 10 und 18 °C, Wachstum ist aber auch bei −1,8 °C möglich. Der optimale pH-Wert für Wachstum liegt zwischen 7,0 und 7,5. Desulfofrigus -Arten benötigen NaCl und MgCl₂ und optimales Wachstum findet bei Meersalzkonzentrationen statt.
Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalen der zwei Arten.
c C4 steht für Fettsäuren mit 4 C-Atomen, C5 für Fettsäuren mit 5 C-Atomen usw.
Ökologie
Sulfatreduzierende Bakterien sind für bis zu 50% der Remineralisierung von organischem Kohlenstoff in marinen Sedimenten verantwortlich und spielen somit eine wichtige Rolle im marinen Ökosystem. Die natürliche Umgebung der meisten Sulfatreduzierer ist kalt, da 90% des Meeresbodens Temperaturen unter 4 °C aufweisen. Viele bekannten Isolate sind jedoch mesophil mit einem Temperaturoptimum von 30 °C oder darüber und können nicht unter 4 °C wachsen. Die erste mäßig psychrophile sulfatreduzierende Art, Desulforhopalus vacuolatus, wurde von Isaksen & Teske im Jahr 1996 aus einer gemäßigten Flussmündung isoliert. In polaren Umgebungen mit konstanten Temperaturen um 0 °C sollten kälteangepasste Bakterien die dominierenden Organismen sein, bis jetzt wurden allerdings relativ wenige psychrophile Sulfatreduzierer beschrieben. Desulfofrigus-Arten wurden bei einer mikrobiologischen Untersuchung von Sulfatreduzierenden Bakterien in permanent kalten, arktischen Böden isoliert. Eine besondere Anpassung an die Bedingungen in solchen Sedimenten zeigt sich in der Fähigkeit, bei −1,8 °C, also nahe dem Gefrierpunkt von Meerwasser, zu wachsen. Während D. oceanense als echtes psychrophiles Bakterium gilt, ist D. fragile psychrotolerant und zeichnet sich durch einen relativ breiten Temperaturbereich für das Wachstum von bis zu 27 °C aus. Andere, psychrophile Arten sind beispielsweise Arten der Gattung Desulfotalea sowie Desulfoconvexumalgidum und Desulfofaba gelida.
Systematik
Desulfofrigus zählt zu der Familie Desulfobacteraceae. Die beiden Arten, D. oceanense und D. fragile wurden im Jahr 1999 beschrieben. Alternativ zu den Deuslfobacteraceae wurde die Familie Desulfolunaceae vorgeschlagen. Desulfofrigus-Arten lassen sich phänotypisch anhand ihrer physiologischen Eigenschaften von anderen sulfatreduzierenden Bakterien unterscheiden. Ein charakteristisches Merkmal ist ihr optimales Wachstum bei niedrigen Temperaturen. Die Unfähigkeit, mit Propionat (C3H6O2) zu wachsen, ermöglicht die Differenzierung von anderen psychrophilen oder mesophilen Sulfatreduzierern wie beispielsweise Arten von Desulfobulbus, Desulfofaba und Desulforhopalus. Eine eindeutige Identifizierung ist jedoch nur durch vergleichende Analyse der 16S-rRNA-Gensequenzen möglich.
Der Gattungsname Desulfofrigus bedeutet soviel wie „Sulfatreduzierer, der in der Kälte lebt“.
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