Desulfotignum

Desulfotignum

Desulfotignum phosphitoxidans

Systematik
Reich: Pseudomonadati
Abteilung: Thermodesulfobacteriota
Klasse: Desulfobacteria
Ordnung: Desulfobacterales
Familie: Desulfobacteraceae
Gattung: Desulfotignum
Wissenschaftlicher Name
Desulfotignum
Kuever et al. 2001

Desulfotignum ist eine Gattung von Bakterien. Die Arten sind streng anaerob (tolerieren keinen Sauerstoff) und nutzen die Sulfatatmung (Desulfurikation) zur Energiegewinnung. Dabei werden Schwefelverbindungen, wie beispielsweise Sulfat, reduziert. Es handelt sich hierbei um eine anaerobe Atmung. Anstatt wie bei der „normalen“ Atmung Sauerstoff, werden hierbei die Schwefelverbindungen als Elektronenakzeptoren genutzt. Als Elektronenspender (Donator) und Kohlenstoffquelle können beispielsweise verschiedenen Fettsäuren genutzt werden. Die Arten sind auch dazu in der Lage, chemolithoautotroph zu wachsen. Sie nutzen hierbei Wasserstoff als Donator und Kohlendioxid (CO2) als Kohlenstoffquelle.

Die Arten kommen in sauerstoffarmen Bereichen von Brack- und Meereshabitaten vor.

Merkmale

Die Zellen von Desulfotignum sind stäbchenförmig, manchmal auch leicht gekrümmt, mit 0,5–1,0 µm in Breite und 1,4–4 µm in Länge. Sie kommen einzeln oder paarweise vor. Eine Sporenbildung wird nicht beobachtet. Der Gram-Test fällt negativ aus, was auf zwei äußere Membranen mit einer dazwischen liegenden Mureinschicht hinweist. Die Art Desulfotignum balticum ist durch ein einzelnes Flagellum beweglich.

Stoffwechsel und Wachstum

Der Wood-Ljungdahl-Stoffwechselweg, der von sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) genutzt wird

Verschiedene Stoffe, wie Formiat, Acetat, Butyrat, höhere Fettsäuren, andere organische Säuren, Alkohole und Benzoat oder ähnliche aromatische Verbindungen dienen als Kohlenstoffquellen und Elektronendonatoren für die anaerobe Atmung in Form der Desulfurikation. Desulfotignum überträgt hierbei Elektronen aus den genutzten Stoffen letztlich auf Sulfat. Die dabei ablaufenden Redoxreaktionen ermöglichen die Energiegewinnung. Die Verbindungen werden dabei vollständig zu CO2 über den anaeroben C1-Weg (oxidativer Wood-Ljungdahl-Weg) oxidiert. Sulfat, Sulfit und Thiosulfat dienen als terminale Elektronenakzeptoren und werden zu H2S reduziert. Desulfotignum gehört also zur Gruppe der sulfatreduzierenden Bakterien, deren Vertreter in der Lage sind, organische Verbindungen vollständig zu CO2 zu oxidieren. Andere Vertreter dieses Stoffwechselwegs sind beispielsweise in den Gattungen Desulfobacter, Desulfobacterium, Desulfobacula, Desulfosarcina, Desulfococcus, Desulfovibrio und bei der Archeengattung Archaeoglobus zu finden. Eine andere Variante innerhalb der sulfatreduzierenden Arten ist die unvollständige Oxidation. Hierbei wird als Endprodukt Acetat gebildet. Diese Stoffwechselvariante findet man beispielsweise bei Desulfobulbus, Desulfomicrobium und Desulfotomaculum.

Chemolithoautotrophes Wachstum (ohne organische Nährstoffe) erfolgt mit Wasserstoff (H2) als Elektronendonator und CO2 als Kohlenstoffquelle unter Verwendung desselben Weges zur Acetyl-CoA-Bildung.

Fehlt ein externer Elektronenakzeptor, erfolgt langsames Wachstum durch die Gärung von Pyruvat.

Die Art D. phosphitoxidans kann chemolithoautotroph auf Phosphit in Gegenwart oder Abwesenheit von Sulfat wachsen. Die Fermentation von Phosphit führt zur Acetatbildung. Genomische Daten legen nahe und experimentelle Daten belegen, dass diese Art auch chemolithoautotroph wachsen kann, indem sie die Phosphitoxidation mit der Nitratreduktion zu Ammoniak koppelt und CO₂ als Kohlenstoffquelle nutzt. D. toluenicum kann auf Rohöl und Toluol als Elektronendonator und Kohlenstoffquelle wachsen.

Der Temperaturbereich für das Wachstum von D. balticum liegt zwischen 10 und 42 °C, mit einem Optimum bei 28–32 °C. Für D. phosphitoxidans liegt der Bereich zwischen 15 und 30 °C, mit einem Optimum bei 30 °C. Der Typstamm von D. toluenicum weist einen Temperaturbereich für das Wachstum zwischen 16 und 35 °C auf, mit einem Optimum bei 34 °C. D. balticum kann in einer Natriumchlorid-Konzentration von 10 bis 110 g/l wachsen, mit einem Optimum bei 20 g/l. D. toluenicum kann in einer NaCl-Konzentration von 5 bis 55 g/l wachsen, mit einem Optimum bei 15 g/l. D. phosphitoxidans wächst optimal mit 10 g NaCl und 1,6 g MgCl₂ pro Liter. Der pH-Bereich für das Wachstum liegt zwischen 5,0 und 8,3, mit einem Optimum bei 6,9–7,2. Für D. balticum liegt der pH-Bereich für das Wachstum zwischen 6,5 und 8,2 mit einem Optimum bei 7,3. Der pH-Bereich für das Wachstum von D. toluenicum liegt zwischen 6,5 und 9,0, mit einem Optimum bei 7,5.

Es folgt eine Tabelle mit den Merkmalen von drei Arten:

Merkmal Desulfotignum balticum Desulfotignum phosphitoxidans Desulfotignum toluenicum
Morphologie Stabförmig Stabförmig Leicht gebogener Stab
Zellgröße (µm) 0,5–0,7 × 1,5–3,0 0,6–0,8 × 2,0–4,0 0,6–1,0 × 1,4–2,5
Motilität + − −
GC-Gehalt der DNA (mol%) 51.2 (Genom) 51.2 (Genom) 52.0 (LC)
Optimaler pH-Wert 7.3 6,9–7,2 7.2
Optimale Temperatur ( ° C) 28–32 30 34
Oxidation des Substrats Vollständig Vollständig Vollständig
Optimale NaCl-Konzentration (g/l) 20 10–20 15
Wachstumsfaktorbedarf Vitamine Nr Vitamine
H2 / CO2 + + +
Formate + + +
Acetat + − +
Fettsäuren C4, C10, C12, C16 − C4, C6, C7, C9, C10 , C14, C16
Ethanol − Nr −
Andere Alkohole − Nr Nr
Laktat + − −
Pyruvat + + +
Fumarat + + Nr
Succinat + + +
Malat + + −
Andere Maleat, Glutamat, Glycin, Betain, Prolin, Benzoat, 4-Hydroxybenzoat, Phenol, Phenylacetat Phosphit, Maleat, Glutamat, Glycin, Betain, Prolin, Glucose, Arabinose, Xylose Rohöl, Toluol, Benzoat, 4-Hydroxybenzoat
Fermentatives Wachstum + Nr +
Disproportionierung reduzierter Schwefelverbindungen Nr − Nr
Verwendete Elektronenakzeptoren
Sulfat + + +
Sulfit + + +
Thiosulfat + + −
Schwefel Nr − −
Andere − − Nr

Genetik

Das Genom des Typstamms von D. balticum ist über 5 Megabasenpaare lang und kodiert für 4.778 Proteine und 77 stabile RNAs. Das Genom des Typstamms von D. phosphitoxidans ist 4.998.761 Basenpaare lang und kodiert für 4.646 Proteine und 53 stabile RNAs. Beide Genome enthalten jeweils eine Kopie der Sulfitreduktase-Gene und der aprBA-Gene, die mit qmoABC verknüpft sind. Die aprBA-Gene sind für die Adenosin-5′-phosphosulfat-Reduktase (APS-Reduktase) verantwortlich. Dieses Enzym ist an der Bildung von Sulfit aus Sulfat beteiligt, der Qmo-Komplex ist ein Membran-Elektronentransportkomplex, der Elektronen zur Adenylylsulfat-Reduktase weiterleitet. Dieses Enzym katalysiert die Reduktion von Adenosin-5′-phosphosulfat (APS) zu Sulfit.

Ökologie

Vertreter der Gattung Desulfotignum sind in organisch reichen, brackigen und marinen Sedimenten sehr häufig anzutreffen. Desulfotignum balticum wurde aus anoxischem Meeresschlamm bei Saxild in Dänemark isoliert. Desulfotignum phosphitoxidans stammt aus anoxischen Sedimenten des Canal Grande, die Hauptwasserstraße in Venedig, und der Typstamm H3 von Desulfotignum toluenicum wurde mit Caproat (n-Hexansäure) als Elektronendonator und Kohlenstoffquelle und Sulfat als Elektronenakzeptor aus einer Modellsäule eines Erdölreservoirs an der Universität Bergen in Norwegen isoliert.

Bei einer Untersuchung der mikrobiellen Ökologie innerhalb von Ölfeldern wurde die mikrobielle Vielfalt innerhalb von zwei Brunnen untersucht. Die beiden Brunnen lagen in Tiefen zwischen 1538 m und 2144 m und wiesen Temperaturen zwischen 67,6 und 81,9 °C auf. Bei den desulfurikanten Bakterien dominierten Sequenzen, die mit Desulfotignum verwandt sind, sowie von anderen sulfatreduzierenden Gruppen (Archaeoglobus, Desulfovibrio und Desulfococcus). Probleme mit mikrobieller Korrosion können mit der mikrobiellen Sulfatreduktion oder der mikrobiellen Nutzung von Eisen und anderen Legierungsmetallen als Elektronendonatoren zusammenhängen. Sulfatreduzierende Konsortien erhöhen nachweislich die allgemeine Korrosionsrate von Pipeline-Stahl. Mikrobiell beeinflusste Korrosion (MIC), die durch die Anwesenheit und Stoffwechselaktivitäten mikrobieller Gemeinschaften und Biofilme verursacht wird, ist in Erdölfördersystemen weit verbreitet. Andere Beispielgattungen sind Desulfomicrobium und Desulfotomaculum.

Systematik

Desulfotignum zählt zu der Familie Desulfobacteraceae. Die Familie umfasst neben Desulfotignum noch beispielsweise die Gattungen Desulfobacter, Desulfobacula, Desulfoconvexum, Desulfospira, „Desulfamplus“ sowie die neu gebildeten Gattungen Desulfocicer und Desulforapulum (beides ehemalige Arten von Desulfobacterium).

Folgende Arten sind bekannt (Stand Oktober 2026):

Einzelnachweise

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 Alexander Galushko, Jan Kuever: Desulfotignum (15 October 2019) In: Bergey's manual of systematics of archaea and bacteria (= Wiley online library). Wiley, Hoboken, New Jersey 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.
  2. ↑ D. Wessner, C. Dupont, T. Charles, and J. Neufeld: Microbiology, 3rd ed. Wiley, 2020 [Online]. Available: https://www.perlego.com/book/3866179
  3. ↑ J Kuever, M Könneke, A Galushko, O Drzyzga: Reclassification of Desulfobacterium phenolicum as Desulfobacula phenolica comb. nov. and description of strain SaxT as Desulfotignum balticum gen. nov., sp. nov. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 51, Nr. 1. Microbiology Society,, 2001, ISSN 1466-5034, S. 171–177, doi:10.1099/00207713-51-1-171 (microbiologyresearch.org [abgerufen am 9. Oktober 2026]).
  4. ↑ Alexander Galushko, Jan Kuever: Desulfobulbus (16. September 2019) In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm01023.pub2 (englisch).
  5. ↑ Miho Watanabe, Manabu Fukui, Jan Kuever: Desulfotomaculum (2020) In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. 1. Auflage. Wiley, 2015, ISBN 978-1-118-96060-8, doi:10.1002/9781118960608.gbm00661.pub2 (englisch).
  6. ↑ Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1.
  7. ↑ Georg Fuchs (Herausgeber), Marc Bramkamp (Mitwirkende), Petra Dersch (Mitwirkende), Thomas Eitinger (Mitwirkende), Johann Heider (Mitwirkende): Allgemeine Mikrobiologie 17. November 2021, Thieme-Verlag, ISBN 978-3132434776
  8. ↑ Anja Poehlein, Rolf Daniel, Bernhard Schink, Diliana D Simeonova: Life based on phosphite: a genome-guided analysis of Desulfotignum phosphitoxidans. In: BMC Genomics. Band 14, Nr. 1, 2. November 2013, ISSN 1471-2164, doi:10.1186/1471-2164-14-753.
  9. 1 2 Hege Ommedal, Terje Torsvik: Desulfotignum toluenicum sp. nov., a novel toluene-degrading, sulphate-reducing bacterium isolated from an oil-reservoir model column. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 57, Nr. 12, 1. Dezember 2007, ISSN 1466-5026, S. 2865–2869, doi:10.1099/ijs.0.65067-0.
  10. 1 2 J Kuever, M Könneke, A Galushko, O Drzyzga: Reclassification of Desulfobacterium phenolicum as Desulfobacula phenolica comb. nov. and description of strain SaxT as Desulfotignum balticum gen. nov., sp. nov. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. Band 51, Nr. 1, 1. Januar 2001, ISSN 1466-5026, S. 171–177, doi:10.1099/00207713-51-1-171.
  11. 1 2 3 Bernhard Schink, Volker Thiemann, Heike Laue, Michael Friedrich: Desulfotignum phosphitoxidans sp. nov., a new marine sulfate reducer that oxidizes phosphite to phosphate. In: Archives of Microbiology. Band 177, Nr. 5, 1. Mai 2002, ISSN 0302-8933, S. 381–391, doi:10.1007/s00203-002-0402-x.
  12. ↑ Bernhard Schink, Volker Thiemann, Heike Laue, Michael Friedrich: Desulfotignum phosphitoxidans sp. nov., a new marine sulfate reducer that oxidizes phosphite to phosphate. In: Archives of Microbiology. Band 177, Nr. 5, 1. Mai 2002, ISSN 0302-8933, S. 381–391, doi:10.1007/s00203-002-0402-x.
  13. ↑ Oliver Drzyzga, Jan Küver, Karl-Heinz Blotevogel: Complete oxidation of benzoate and 4-hydroxybenzoate by a new sulfate-reducing bacterium resembling Desulfoarculus. In: Archives of Microbiology. Band 159, Nr. 2, Februar 1993, ISSN 0302-8933, S. 109–113, doi:10.1007/bf00250268.
  14. 1 2 Xiao-Xiao Li, Jin-Feng Liu, Feng Yao, Wei-Lin Wu, Shi-Zhong Yang, Serge Maurice Mbadinga, Ji-Dong Gu, Bo-Zhong Mu: Dominance of Desulfotignum in sulfate-reducing community in high sulfate production-water of high temperature and corrosive petroleum reservoirs. In: International Biodeterioration & Biodegradation. Band 114, Oktober 2016, S. 45–56, doi:10.1016/j.ibiod.2016.05.018 (elsevier.com [abgerufen am 10. September 2026]).
  15. ↑ Charles H. D. Williamson, Luke A. Jain, Brajendra Mishra, David L. Olson, John R. Spear: Microbially influenced corrosion communities associated with fuel-grade ethanol environments. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 99, Nr. 16, 20. Juni 2015, ISSN 0175-7598, S. 6945–6957, doi:10.1007/s00253-015-6729-4.
  16. ↑ K.M. Usher, A.H. Kaksonen, I. Cole, D. Marney: Critical review: Microbially influenced corrosion of buried carbon steel pipes. In: International Biodeterioration & Biodegradation. Band 93, September 2014, ISSN 0964-8305, S. 84–106, doi:10.1016/j.ibiod.2014.05.007.
  17. ↑ Genus: Desulfotignum. Abgerufen am 9. Oktober 2026 (englisch).

Genutzte Literatur