Methanoculleus

Methanoculleus
Methanoculleus bourgensis Stamm E02.3, Balken jeweils 10 µm
Systematik
Reich: Methanobacteriati Stamm: Methanobacteriota Klasse: „Methanomicrobia“ Ordnung: Methanomicrobiales Familie: Methanomicrobiaceae Gattung: Methanoculleus
Wissenschaftlicher Name
Methanoculleus
Maestrojuán et al. 1990

Methanoculleus ist eine Gattung von Archaeen innerhalb der Familie Methano­micro­biaceae im Phylum Methanobacteriota (früher „Euryarchaeota“ genannt). Die Arten der Gattung Methanoculleus leben in Brack­wasser-Meeres­um­gebungen und kommen sehr häufig in Bioreaktoren, Mülldeponien und Abwässern vor. Im Gegensatz zu anderen Archaeen können Methanoculleus und einige Arten verwandter Gattungen Ethanol und bestimmte sekundäre Alkohole als Elektronen­donatoren nutzen, um Methan zu produzieren. Dies hat Auswirkungen auf die weltweite Bilanz der Methan­pro­duktion; und da Methan ein starkes Treibhausgas ist, auch Folgen für den globalen Klimawandel.

Methanoculleus bourgensis

Methanoculleus bourgensis ist die Typusart der Gattung Methanoculleus, Referenz­stamm ist ATCC 43281 alias DSM 3045, MS2 oder OGC 15. Einige Stämme dieser Art galten früher als Referenzstämme separater Arten von Methanoculleus, diese wurden aber 2003 synonymisiert.

Der Stamm E02.3 wird parasitiert von dem lytischen Methanoculleus-Virus Blf4 (Spezies: Flagovirus limi, Familie Pungoviridae, Klasse Caudoviricetes, Morphotyp: Siphoviren). Wie die Elektronenmikroskopie zeigte, bindet Blf4 sowohl an die vegetativen Zellen von M. bourgensis E02.3 als auch an deren zelluläre Anhängsel (mutmaßliche Archaellen). Tests mit einer Reihe anderer Methanoculleus-Stämme zeigten, dass diese allesamt nicht von Blf4 lysiert werden, was auf einen engen Wirtsbereich dieses Bakteriophagen hindeutet.

Der Stamm MAB1 wurde als hydrogenotropher (Wasserstoff verwertender) Partner mesophiler Acetat-oxidierender Bakterien identifiziert, eine Syntrophie, die in vielen Biogasprozessen von erheblicher Bedeutung ist. Das Genom dieses Stamms hat eine Gesamtgröße von 2.859.299 bp (Basenpaaren) und beinhaltet nach Vorhersage 3.450 Protein-kodierende Gene, von denen jedoch 2016 nur 1.472 (43 %) eine bekannte Funktionen zugewiesen werden konnte. Weiter beinhaltet das Genom 44 tRNA-Gene und drei rRNA-Gene (eine 5S-, eine 16S- und einr 23S-rRNA). Die syntrophische Interaktion verläuft nahe am thermodynamischen Gleichgewicht: die syntrophische Acetatoxidation (SAO) setzt nur eine sehr geringe Menge an Energie frei, die sich beide Partner teilen müssen. Diese ist gerade noch genug, um das Wachstum der Mikroorganismen zu ermöglichen. Die zweistufige Reaktion beginnt mit der Oxidation von Acetat zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff/Formiat durch die sog. syntrophischen Acetatoxidationsbakterien (englisch syntrophic acetate-oxidising bacteria, SAOB).

Insgesamt wurden vier methanogene Stämme aus ammoniakreichen mesophilen Biogasprozessen isoliert, die als MAB1, MAB2, MAB3 und BA1 bezeichnet werden und phylogenetisch zu M. bourgensis gehören. Unter diesen hat sich noch neben MAB1 auch BA1 als geeigneter methanogener Partner für die mesophile SAOBs

• Schnuerera ultunensis (früher als Clostridium ultunense bezeichnet; Familie Tissierellaceae, Klasse Clostridia),
• Tepidanaerobacter acetatoxydans (Familie Tepidanaerobacteraceae, ebenfalls Klasse Clostridia) und
• Syntrophaceticus schinkii (Familie Thermacetogeniaceae, Klasse Syntrophomonadia).

(alle im Phylum Bacillota) erwiesen.

Methanoculleus submarinus

Der Referenzstamm Nankai-1 von Methanoculleus submarinus ist ein anaerobes mesophiles methanogenes Archaeon, das aus Methanhydrat-haltigen Tiefsee-Sedimenten isoliert wurde (250 m unter dem Meeresboden). Es ist unbeweglich (nicht otil) und hat eine stark unregelmäßige kokkoide (rundliche) Form mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,8–2,0 μm. Die Zellen wachsen mit Wasserstoff oder Formiat als katabolischem Substrat, sie benötigten Acetat als Kohlenstoffquelle. Hefeextrakt und Peptone sind zwar nicht erforderlich, erhöhten aber die Wachstumsrate. Die Zellen wachsen am schnellsten bei 45 °C, außerhalb des Bereichs von 10 °C bis 55 °C ist kein Wachstum möglich. Der optimale pH-Bereich liegt zwischen 5,0 und 8,7; außerhalb des Bereichs von 4,7 bis 9,0 ist kein Wachstum möglich. Das Wachstum ist in einem breiten Salz­gehalts­bereich von 0,1 bis 1,5 ᴍ (mol/ℓ) Na⁺ (Natrium-Kationen).

Artenliste

Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (Liste der Prokaryoten-Namen mit Nomenklaturstatus, LPSN) und der Taxonomie des US National Center for Biotechnology Information (NCBI). Stand: 24. Oktober 2025

Gattung Methanoculleus Maestrojuán et al. 1990^(L) bzw. Maestrojun et al. 1990^(N)

• Spezies „Candidatus Methanoculleus ammoniitolerans“ Weng et al. 2024^(L)
  • Stamm MAG17
• Spezies Methanoculleus bourgensis corrig. (Ollivier et al. 1986) Maestrojuán et al. 1990^(L,N) [Methanoculleus bourgense (Ollivier et al. 1986) Maestrojuán et al. 1990^(L), Methanoculleus oldenburgensis Blotevogel et al. 1998^(L), Methanoculleus olentangyi (Corder et al. 1988) Maestrojuán et al. 1990^(L), Methanogenium bourgense Ollivier et al. 1986^(N)] (Typusart^(L))
  • Stamm OGC 15^(L,N) alias ATCC 43281 alias DSM 3045 oder MS2^(L,N)
  • Stamm RC/ER – Referenz für M. olentangyi
  • Stamm CB-1 alias DSM 6216 – Referenz für M. oldenburgensis
  • Stamm E02.3
  • Stämme MAB1; MAB2; MAB3; BA1
• Spezies Methanoculleus caldifontis Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. Wushi-C6^(N)]
  • Stamm BCRC AR10059 alias NBRC 114596 oder Wushi-06^(L,N)
• Spezies Methanoculleus chikugoensis Dianou et al. 2001^(L,N) [Methanoculleus sp. MG62^(N), Methaniculleus sp. MG62^(N)]
  • Stamm DSM 13459 alias JCM 10825, NBRC 101202^(L,N) oder MG62^(L,N)
• Spezies Methanoculleus formosensis Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. Afa-1^(N)]
  • Stamm Afa-1 alias BCRC AR10054 oder NBRC 113995^(L,N)
• Spezies Methanoculleus frigidifontis Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. FWC-SCC1^(N)]
  • Stamm BCRC AR10056 alias FWC-SCC1, NBRC 113993^(L,N) oder SCC 1^(L)
• Spezies Methanoculleus horonobensis Shimizu et al. 2013^(L,N) [Methanoculleus sp. T10^(N)]
  • Stamm DSM 21626 alias JCM 15517 oder T10^(L,N)
• Spezies Methanoculleus hydrogenitrophicus Tian et al. 2010^(L,N) [Methanoculleus sp. HC^(N)]
  • Stamm CGMCC 1.5146 alias DSM 25996, HC oder JCM 16311^(L,N)

• Spezies Methanoculleus marisnigri (Romesser et al. 1981) Maestrojuán et al. 1990^(L) [Methaniculleus marisnigri^(N), Methanogenium marisnigri Romesser et al. 1981^(N)]
  • Stamm ATCC 35101 alias DSM 1498, JR1, OCM 56^(L,N) oder OCG:56^(N)
• Spezies Methanoculleus methanifontis Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. FWC-SCC3^(N)]
  • Stamm BCRC AR10057 alias FWC-SCC3, NBRC 113994^(L,N) oder SCC 3^(L)
• Spezies Methanoculleus nereidis Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. YWC-01^(N)]
  • Stamm BCRC AR10060 alias NBRC 114597 oder YWC-01^(L,N)
• Spezies Methanoculleus oceani Lai et al. 2024^(L,N) [Methanoculleus sp. CWC-02^(N)]
  • Stamm BCRC AR10055 alias CWC-02 oder NBRC 113992^(L,N)
• Spezies Methanoculleus palmolei Zellner et al. 1998^(L,N) [Methanoculleus palmaeoli^(N), Methaniculleus palmaeoli^(N)]
  • Stamm DSM 4273 alias INSLUZ^(L,N)
• Spezies Methanoculleus receptaculi Cheng et al. 2008^(L,N) [Methanoculleus sp. ZC-2^(N); Methanoculleus sp. ZC-3^(N)]
  • Stamm CGMCC 1.5087 alias DSM 18860 oder ZC-2^(L,N)
  • Stamm ZC-2^(N)
• Spezies Methanoculleus sediminis Chen et al. 2015^(L,N) [Methanoculleus sp. S3Fa^(N)]
  • Stamm DSM 29354 alias S3Fa^(L,N) oder BCRC AR10044^(L)
• Spezies Methanoculleus submarinus Mikucki et al. 2003^(L,N)
  • Stamm DSM 15122 alias Nankai-1, OCM 780 oder SMCC 780W^(L,N)
• Spezies Methanoculleus taiwanensis Weng et al. 2015^(L) [Methanoculleus sp. CYW4^(N)]
  • Stamm CYW4 alias NBRC 110782^(L,N) oder BCRC AR10043^(N)
• Spezies „Candidatus Methanoculleus thermohydrogenitrophicus“ corrig. Kougias et al. 2017^(L) [„Ca. Methanoculleus thermohydrogenotrophicum“ Kougias et al. 2017^(L)]
  • Stamm DTU006^(L)
• Spezies Methanoculleus thermophilus corrig. (Rivard & Smith 1982) Maestrojuán et al. 1990^(L,N) [Methanoculleus thermophilicus (Rivard & Smith 1982) Maestrojuán et al. 1990^(L,N), Methanogenium thermophilum^(N), Methanogenium frittonii Harris et al. 1996^(N), Methanogenium thermophilicum Rivard & Smith 1982 emend. Zabel et al. 1985^(N)]
  • Stamm ATCC 33837 alias CR-1, DSM 2373 oder OCM 174^(L,N)
  • Stamm FR-4 alias DSM:2832^(N) (Referenz für M. frittonii)

(L) – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)

(N) – Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)

Der erstgenannte Stamm ist jeweils der Referenzstamm.

In der Genome Taxonomy Database (GTDB) ist die Gattung aufgespalten, indem die beiden Spezies M. frigidifontis und M. taiwanensis innherhalb der Familie Methanoculleaceae in eine provisorisch als Methanoculleus_A bezeichnete Gattung verschoben wurden.

Phylogenie

Spezies incertae sedis:

• „Ca. M. ammoniitolerans“

Etymologie

Der Gattungsname Methanoculleus leitet sich ab von neulateinisch methanum ‚Methan‘ (von französisch méthyle) und bezieht sich auf Methan (CH₄) und lat. culleus ‚Ledersack‘ (Beutel zum Aufbewahren von Flüssigkeiten); ‚Methanoculleus‘ bedeutet also einen Methan produzierenden (mit Zytoplasma gefüllten) Beutel.

Weblinks

Commons: Methanoculleus – Sammlung von Bildern

• Search: Methanoculleus. MicrobeWiki, Kenyon College, Department of Biology.

Weiterführende Literatur

• William E. Balch, George E. Fox, Linda J. Magrum, Carl R. Woese, Ralph S. Wolfe: Methanogens: reevaluation of a unique biological group. In: Microbiology and Molecularbiology Reviews. Vol. 43, Nr. 2, 1. Juni 1979, S. 260–296, doi:10.1128/MMBR.43.2.260-296.1979, PMID 390357, PMC 281474 (freier Volltext) – (englisch). 

Einzelnachweise

1. 1 2 3 4 Katrin Weidenbach, Sandro Wolf, Anne Kupczok, Tobias Kern, Martin A. Fischer, Jochen Reetz, Natalia Urbańska, Sven Künzel, Ruth A. Schmitz, Michael Rother; Characterization of Blf4, an Archaeal Lytic Virus Targeting a Member of the Methanomicrobiales. In: MDPI: Viruses, Band 13, Nr. 10, 26. September 2021, S. 1934; doi:10.3390/v13101934, PMC 8540584 (freier Volltext), PMID 34696364 (englisch).
2. 1 2 3 4 5 6 7 Gloria M. Maestrojuán, David R. Boone, Luying Xun, Robert A. Mah, Lanfang Zhang: Transfer of Methanogenium bourgense, Methanogenium marisnigri, Methanogenium olentangyi, and Methanogenium thermophilicum to the genus Methanoculleus gen. nov, emendation of Methanoculleus marisnigri and Methanogenium, and description of new strains of Methanoculleus bourgense and Methanoculleus marisnigri. In: International Journal of Systematic Bacteriology, Band 40, Nr. 2, 1. April 1990, S. 117–122; doi:10.1099/00207713-40-2-117 (englisch).
3. 1 2 3 4 5 6 7 Shahid Manzoor, Anna Schnürer, Erik Bongcam-Rudloff, Bettina Müller: Complete genome sequence of Methanoculleus bourgensis strain MAB1, the syntrophic partner of mesophilic acetate-oxidising bacteria (SAOB). In: BMC: Environmental Microbiome: Standards in Genomic Sciences, Band 11, Nr. 1, 12. Oktober 2016, ISSN 2524-6372, S. 80; doi:10.1186/s40793-016-0199-x, ResearchGate:309195363 (englisch).
4. 1 2 3 4 5 LPSN: Genus Methanoculleus Maestrojuán et al. 1990.
5. 1 2 3 4 NCBI Taxonomy Browser: Methanoculleus. Details. Methanoculleus Maestrojun et al. 1990. Rank: genus. Graphisch: Methanoculleus, auf: Lifemap.
6. ↑ JGI Genome Portal, Methanoculleus. U.S. Department of Energy, Office of Science, archiviert vom Original am 16. August 2016; abgerufen im 1. Januar 1 (englisch). 
7. 1 2 A. Neubeck, N. Callac, S. Isaksson, A. Schnürer: Growth of hydrogenotrophic methanogen Methanoculleus bourgensis MAB1 in the presence of dunite. In: Anaerobe, Band 92, April 2025, S. 102945; doi:10.1016/j.anaerobe.2025.102945 (englisch).
8. 1 2 3 4 5 6 Susumu Asakawa, Kazunari Nagaoka: Methanoculleus bourgensis, Methanoculleus olentangyi and Methanoculleus oldenburgensis are subjective synonyms. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 53, Nr. 5; 1. September 2003; doi:10.1099/ijs.0.02508-0, PMID 13130046 (englisch).
9. ↑ ICTV: Taxon name: Flagovirus limi. VMR_MSL40.v2.20251013.xlsx.
10. ↑ LPSN: Species Schnuerera ultunensis.
11. ↑ LPSN: Species Tepidanaerobacter acetatoxydans.
12. ↑ LPSN: Species Syntrophaceticus schinkii.
13. 1 2 BacDive: Methanoculleus submarinus Nankai-1. DSM 15122, OCM 780, SMCC 780W.
14. 1 2 3 4 Jill A. Mikucki, Yitai Liu, Mark Delwiche, Frederick S. Colwell, David R. Boone: Isolation of a Methanogen from Deep Marine Sediments That Contain Methane Hydrates, and Description of Methanoculleus submarinus sp. nov. In: Applied and Environmental Microbiology, Band 69, Nr. 6, 1. Juni 2003, ISSN 0099-2240, S. 3311–3316; doi:10.1128/AEM.69.6.3311-3316.2003, PMC 161549 (freier Volltext), PMID 12788731, bibcode:2003ApEnM..69.3311M PDF (oregonstate.edu, englisch).
15. ↑ Nils Weng, Abhijeet Singh, Jonas A. Ohlsson, Jan Dolfing, Maria Westerholm: Catabolism and interactions of syntrophic propionate- and acetate oxidizing microorganisms under mesophilic, high-ammonia conditions. In: Frontiers Microbiology, Band 15, Nr. 1389257, 5. Juni 2024; doi:10.3389/fmicb.2024.1389257 (englisch), PMC 11201294 (freier Volltext), PMID 38933034 (englisch).
16. ↑ Bernard M. Ollivier, Robert A. Mah, Jean-Louis Garcia, David R. Boone: Isolation and characterization of Methanogenium bourgense sp. nov. In: International Journal of Systematic Bacteriology, Band 36, Nr. 2, April 1986, S. 297-301; doi:10.1099/00207713-36-2-297, ResearchGate:242691705, PDF (englisch).
17. 1 2 3 4 5 6 Shu-Jung Lai, Mei-Chin Lai, Saulwood Lin, Yi-Ting You, Wen-Hsin Wei, Yu-Wei Chen, Zih-Han Lan, Chia-Hsiu Fan, Sue-Yao Wu, Chuan-Chuan Hung, Jiun-Yan Ding, Wei-Ling Zhang, Yu-Chen Deng, Yu-Chien Lee, Chao-Jen Shih, Yen-Chi Wu, Jingjing Zhao, Yin Li, Sheng-Chung Chen: Six novel species of the genus Methanoculleus isolated from various environments in Taiwan. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 74, Nr. 7, Juli 2024; doi:10.1099/ijsem.0.006477, PMID 39083039 (englisch).
18. ↑ Jianqing Tian, Yanfen Wang, Xiuzhu Dong: Methanoculleus hydrogenitrophicus sp. nov., a methanogenic archaeon isolated from wetland soil. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 60, Nr. 9, 1. September 2010, S. 2165–2169; doi:10.1099/ijs.0.019273-0, ISSN 1466-5026, PMID 19897615 (englisch).
19. 1 2 Sheng-Chung Chen, Mei-Fei Chen, Mei-Chin Lai, Chieh-Yin Weng, Sue-Yao Wu, Saulwood Lin, Tsanyao F. Yang, Po-Chun Chen: Methanoculleus sediminis sp. nov., a methanogen from sediments near a submarine mud volcano. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 65, Nr. 7; 1. Juli 2015; doi:10.1099/ijs.0.000233, PMID 25855623, ResearchGate:274725344 (englisch).
20. ↑ GTDB: https://gtdb.ecogenomic.org/tree?r=g__Methanoculleus, Methanoculleus_A.
21. ↑ The All-Species Living Tree Project (LTP_06_2022):
    • about. Abgerufen am 10. Mai 2023 (englisch). 
    • LTP_all tree im Newick-Format. Abgerufen am 10. Mai 2023. 
    • Release Notes. Abgerufen am 10. Mai 2023 (englisch). 
22. ↑ Genome Taxonomy Database (GTDB) Release 09-RS220:
    • About. In: GTDB. Abgerufen am 10. Mai 2024 (englisch). 
    • Tree File (ar53_r220.sp_label). In: GTDB. Abgerufen am 10. Mai 2024. 
    • Taxon History. In: Genome Taxonomy Database. Abgerufen am 10. Mai 2024 (englisch).