Methanosphaera

Methanosphaera

Verschiedene Farbgebungsmethoden zeigen, dass Phagozytose von Methanosphaera stadtmanae entscheidend ist für die Aktivierung von Immunzellen.

Systematik
Reich: Methanobacteriati
Abteilung: Methanobacteriota
Klasse: Methanobacteria
Ordnung: Methanobacteriales
Familie: Methanobacteriaceae
Gattung: Methanosphaera
Wissenschaftlicher Name
Methanosphaera
Miller & Wolin 1985
EM-Aufnahme: Phagozytose von Methanosphaera stadtmanae

Methanosphaera ist eine Gattung von Archaeen in der Familie Methanobacteriaceae der Klasse Methanobacteria. Die Typusart ist Methanosphaera stadtmanae.

Beschreibung

Die Gattung Methanosphaera kommt im Darmtrakt verschiedener Säugetiere – vom Känguru bis zum Menschen, s. u. – vor. Sie wurde 1985 anhand der Oligonukleotidsequenz seiner 16S-rRNA von anderen Gattungen der Familie Methanobacteriaceae unterschieden. Wie andere Archaeen innerhalb dieser Familie sind auch die Arten von Methanosphaera Methanogene, aber während die meisten Formiat zur Reduktion von Kohlendioxid verwenden, benutzt Methano­sphaera Wasserstoff, um Methanol zu Methan zu reduzieren.

Methanosphaera stadtmanae

M. stadtmanae ist ein Bewohner des menschlichen Darms (Darm-Mikrobiom). Die Spezies hat den am stärksten eingeschränkten Energiestoffwechsel aller methanogenen Archaeen (Stand 2006). Als typischer Vertreter ihrer Gattung kann sie Methan (CH4) nur durch Reduktion von Methanol (CH3OH) mit Wasserstoff (H2) erzeugen und ist auf Acetat als Kohlenstoffquelle angewiesen. Im menschlichen Darm entsteht das Methanol als Produkt des Pektinabbaus durch anaerobe Bakterien wie z. B. der Gattung Bacteroides.

Metabolismus

In M. stadtmanae ist die Reduktion von Methanol mit H2 zu Methan über das elektrochemische Protonenpotenzial mit der ADP-Phosphorylierung (zu ATP, siehe ATP-Synthase) gekoppelt. Dass M. stadtmanae als Mitglied der Ordnung Methanobacteriales auf Methanol und H2 als Energiesubstrate wachsen kann, ist ungewöhnlich; denn dies ist eine Eigenschaft, die sonst nur Mitgliedern der Ordnung Methanosarcinales vorbehalten ist. Bemerkenswert ist außerdem, dass M. stadtmanae weder Methanol zu CO2 oxidieren, noch CO2 zu Methan reduzieren kann. Dieser Organismus ist nicht in der Lage, autotroph auf CO2 zu wachsen, sondern benötigt neben CO2 auch Acetat als Hauptkohlenstoffquellen.

Genom

Das Genom von M. stadtmanae Stamm DSZM 3091 alias DSM 3091 wurde 2006 von Wolfgang Fricke et al. sequenziert. Es hat eine Größe von 1.767.403 bp (Basenpaaren) bei einem durchschnittlichen G+C-Gehalt von 28 %. Es enthält nur 1.534 proteinkodierende Sequenzen (CDS); dabei fehlen 37 CDS, die in den Genomen aller anderen Methanogene vorhanden sind. Insbesondere fehlen die CDS (Gene) für die Synthese von Molybdopterin und für die Synthese des Kohlenmonoxid-Dehydrogenase/Acetyl-Coenzym-A-Synthase-Komplexes (CODH/ACS, siehe Reduktiver Acetyl-CoA-Weg §Biochemie) – das ist der Grund dafür, dass M. stadtmanae CO2 nicht zu Methan reduzieren oder Methanol zu CO2 oxidieren kann, und folglich für die Biosynthese von Zellkomponenten auf Acetat angewiesen ist.

Im Genom von M. stadtmanae wurden jedoch vier Sätze von mtaABC-Genen gefunden, die für Methanol:Coenzym-M-Methyltransferasen kodieren. Diese Gene weisen Homologie zu mta-Genen auf, die zuvor in Methanosarcina-Arten identifiziert wurden. Das Genom von M. stadtmanae enthält darüber hinaus mindestens 323 CDS, die in den Genomen aller anderen Archaeen nicht vorhanden sind (Stand 2006).

Methanosphaera cuniculi

M. cuniculi ist ein nicht beweglicher, grampositiver, kugelförmiger Mikroorganismus, der zuerst 1988 aus dem Darmtrakt von Kaninchen isoliert wurde. Für sein Wachstum sind sowohl Wasserstoff als auch Methanol erforderlich. Auf Substratbasis von Wasserstoff plus Kohlen­dioxid, Formiat, Acetat, Methylaminen, Ethanol oder Isopropanol wurde kein Methan produziert. Der optimale pH-Wert liegt bei 6,8 und die optimale Temperatur bei 35 bis 40 °C. Der G+C-Gehalt der DNA beträgt 23 mol%. Die Pseudomurein-Zellwand enthält Serin. Aufgrund dieser Eigenschaften und die Ergebnisse immunologischer Analysen wurde die Spezies der Gattung Methanosphaera als weitere Art zugeordnet.

Per Metagenom-Analysen wurden andere Stämme dieser Art, MGYG-HGUT-04410 und SRR16279946_bin.7_MetaWRAP_v1.3_MAG, ebenfalls im menschlichen Stuhl bzw. Darm-Mikrobiom identifiziert.

„Ca. Methanosphaera massiliense“

„Ca. M. massiliense“ wurde durch Kultivierung unter Verwendung eines wasserstoff- und kohlendioxidfreien Mediums aus einer menschlichen Stuhlprobe isoliert. Dieser Mikro­organismus hat nicht bewegliche, 850 nm große, grampositive kokkenförmige Zellen, die bei einer Wellenlänge von 420 nm autofluoreszieren. Die Sequenzierung des Gesamtgenoms ergab einen GC-Gehalt von 29,7 % u d eine Genomgröße von 1.785.773 bp. Das Genom kodiert für Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenasen, die das Wachstum ohne Wasserstoff fördern. Das Screening zusätzlicher Säugetier- und Humanfäkalien unter Verwendung eines spezifischen, aus der Genomsequenz abgeleiteten DNA-Polymerase-RT-PCR-Systems ergab eine Prävalenz (Häufigkeit des Vorkommens im Darm-Mikrobiom) von 22 % bei Schweinen, 12 % bei Roten Riesenkängurus, aber keine Nachweisbarkeit in 149 anderen Humanproben.

Artenliste

Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) und dem National Center for Biotechnology Information (NCBI), mit Ergänzungen nach der Genome Taxonomy Database (GTDB). Stand: 13. November 2025.

Gattung Methanosphaera Miller & Wolin 1985(L,N,G)

(L) – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) inkl. Bac''Dive''
(N) – Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI)
(G) – Genome Taxonomy Database (GTDB)
(P) – Virginie Pilliol et al. (2024)

Der erstgenannte Stamm (bzw. MAG) ist jeweils der Referenzstamm.

Phylogenie

Basierend auf 53 Markerproteinen: GTDB Release 10-RS226
 Methanosphaera. 

M. cuniculi


 . 

„Ca. M. massiliense“


   

M. stadtmanae




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Etymologie

Der Gattungsname Methanosphaera setzt sich zusammen aus neulateinisch methanum ‚Methan‘ von französisch méthyle (die Vorsilbe methano- bedeutet ‚zu Methan gehörig‘), sowie altgriechisch σφαῖρα sphaîra, deutsch ‚Sphäre‘, ‚Kugel‘; Methanosphaera meint also eine Methan-produzierende Sphäre.

Einzelnachweise

  1. 1 2 3 Corinna Bang, Katrin Weidenbach, Thomas Gutsmann, Holger Heine, Ruth A. Schmitz: The Intestinal Archaea Methanosphaera stadtmanae and Methanobrevibacter smithii Activate Human Dendritic Cells. In: PLOS One, Band 9, Nr. 6, 10. Juni 2014, S. e99411; doi:10.1371/journal.pone.0099411, PMC 4051749 (freier Volltext), PMID 24915454 (englisch).
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LPSN: Genus Methanosphaera Miller and Wolin 1985. Dazu:
  3. 1 2 3 4 5 GTDB: Methanosphaera.
  4. 1 2 3 4 NCBI Taxonomy Browser: Methanosphaera. Details: Methanosphaera Miller and Wolin 1985. Rank: genus, Graphisch: Methanosphaera, auf: Lifemap.
  5. ↑ David R. Boone, Richard W. Castenholz (Hrsg.): Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume I: The Archaea and the Deeply Branching Phototrophic Bacteria. 2. Auflage. Springer, 2001, ISBN 978-1-4419-3159-7, S. 227 (englisch, google.com [abgerufen am 24. Juli 2016]).
  6. ↑ Adam S. Bonin, David R. Boone: The Prokaryotes. Band 3. Springer, 1979, ISBN 978-0-387-30743-5, The Order Methanobacteriales, S. 231–243, doi:10.1007/0-387-30743-5_11 (englisch).
  7. 1 2 3 4 5 6 7 Wolfgang F. Fricke, Henning Seedorf, Anke Henne, Markus Kruer, Heiko Liesegang, Reiner Hedderich, Gerhard Gottschalk, Rudolf K. Thauer: The Genome Sequence of Methanosphaera stadtmanae Reveals Why This Human Intestinal Archaeon Is Restricted to Methanol and H2 for Methane Formation and ATP Synthesis. In: Journal of Bacteriology, Band 188, Nr. 2, Januar 2006, S. 642–658; doi:10.1128/jb.188.2.642-658.2006, PMC 1347301 (freier Volltext), PMID 16385054 (englisch).
  8. ↑ EC 2.1.1.246. Auf: Expasy.
  9. ↑ Rakesh Kumar, Rui-An Wang: Structure, expression and functions of MTA genes. In: Gene, Band 582, Nr. 2, 9. Februar/15. Mai 2016, S. 112–121; doi:10.1016/j.gene.2016.02.012; PMC 4785049 (freier Volltext) (15. Mai 2017), PMID 26869315 (englisch).
  10. 1 2 Bruno Biavati, Manuela Vasta, Manuela G. Ferry: Isolation and characterization of "Methanosphaera cuniculi" sp. nov. In: Applied and Environmental Microbiology, Band 54, Nr. 3, 1. März 1988, S. 768–771; doi:10.1128/aem.54.3.768-771.1988, PMC 202538 (freier Volltext), PMID 3132100 (englisch).
  11. 1 2 Virginie Pilliol, Madjid Morsli, Laureline Terlier, Yasmine Hassani, Ihab Malat, Cheick Oumar Guindo, Bernard Davoust, Benjamin Lamglait, Michel Drancourt, Gérard Aboudharam, Ghiles Grine, Elodie Terrer: ​Candidatus Methanosphaera massiliense sp. nov., a methanogenic archaeal species found in a human fecal sample and prevalent in pigs and red kangaroos. In: Microbiology Spectrum, Band 12, Nr. 2, 8. Januar 2024, S. e0514122; doi:10.1128/spectrum.05141-22, PMC 10845953 (freier Volltext), PMID 38189277 (englisch).
  12. 1 2 Terry L. Miller, Meyer J. Wolin: ​Methanosphaera stadtmaniae gen. nov., sp. nov.: a species that forms methane by reducing methanol with hydrogen. In: Archives of Microbiology, Band 141, Nr. 2, März 1985; S. 116–122; doi:10.1007/BF00423270, bibcode:1985ArMic.141..116M, PMID 3994486 (englisch).
  13. ↑ Genome Taxonomy Database (GTDB) Release 10-RS226

Weiterführende Literatur