Methylomirabilota

„Candidatus Methylomirabilota“
CLSM-Aufnahme einer Mikrokolonie von „Ca. Methylomirabilis sinica“. Balken 5 μm.
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) incertae sedis/Rokubacteria Abteilung: „Candidatus Methylomirabilota“
Wissenschaftlicher Name
„Candidatus Methylomirabilota“
Viljakainen & Hug 2021

Candidatus Methylomirabilota [„Ca. Rokuibacteriota“, Candidate division NC10, Candidate division Nullarbor caves 10] ist ein vorgeschlagenes Phylum (Abteilung, englisch division) von Bakterien mit Kandidatenstatus. Bis 2016 waren noch keine Mitglieder kultiviert worden. Die Schwierigkeit bei der Herstellung von Laborkulturen hängt mit den niedrigen Wachstumsraten und anderen limitierenden Wachstumsfaktoren zusammen.

Während heute NC10 als Phylum meist gleichgesetzt wird „Ca. Rokubacteria“ [„Ca. Rokuibacteriota“], gibt es auch Vorschläge, NC10 in einem eigenen übergeordneten Taxon mit diesem Namen („Rokubacteria“) enzusiedeln.

Ein Mitglied von NC10, „Ca. Methylomirabilis oxygeniifera“ [„Ca. M. oxyfera“], ist der erste bekannte Organismus, der die Methanoxidation mit der Reduktion von Nitrit zu Distickstoff (N₂) koppelt. Dies ist aus mehreren Gründen bedeutsam.

• Erstens sind nur drei andere biologische Wege bekannt, um Sauerstoff zu produzieren: Photosynthese, Chloratatmung (en. chlorate respiration) und die Entgiftung von reaktiven Sauerstoffspezies (en. reactive oxygen species, ROS).
• Zweitens verbindet die anaerobe Methanoxidation (AMO) gekoppelt mit der Nitritreduktion die globalen Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe, so dass denitrifizierende Methanotrophe im NC10-Phylum den Methangehalt in der Atmosphäre beeinflussen.
• Drittens eröffnet dieser Befund die Möglichkeit, dass in der Urzeit der Erde Sauerstoff in der Atmosphäre bereits vor der Entwicklung der Photosynthese und der Großen Sauerstoffkatastrophe (Great oxidation event/episode, GOE) verfügbar war, was einige Aspekte moderner Theorien über die Entwicklung des frühen Lebens auf der Erde in Frage stellen könnte.

Forschungsgeschichte

NC10 (Candidate division Nullarbor caves 10) wurde als Phylum erstmals 2003 auf der Grundlage von hochgradig divergenten Gensequenzen der 16S-rRNA aus aquatischen mikrobiellen Formationen in überfluteten Nullarbor-Höhlen (Höhlen in bzw. unter der Nullarbor-Ebene, Südaustralien) vorgeschlagen. Die ersten Einsichten in das Genom des Phylums wurden 2010 veröffentlicht. Weitere Mitglieder des NC10-Phylums wurden unter anderem in den Torfgebieten der Brunssummerheide (Provinz Limburg, Niederlande), im tief geschichteten Zugersee (Zentralschweiz), und in einem Reisfeld mit Langzeitdüngung (Hangzhou, China) nachgewiesen.

Systematik

Das Phylum NC10 ist vorgeschlagenes Mitglied oder Schwesterphylum der Rokubacteria Im Phylum wurden vier Kladen oder Gruppen A bis D (im Rang von Familien) identifiziert, Methylomirabilis gehört zur Gruppe A, CSP1-5 zur Gruppe D. Mitglieder des Phylums sind gemäß List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature (LPSN), Genome Taxonomy Database (GTDB) und der Taxonomie des National Center for Biotechnology Information (NCBI) (Auswahl, Stand 11. November 2026):

Phylum „Candidatus Methylomirabilota“ Viljakainen & Hug 2021 bzw. Chuvochina et al. 2023 [„Ca. Rokuibacteriota“ Hug et al. 2016 (NCBI), „Ca. Rokubacteria“ Hug et al. 2016 [phylum] (NCBI, sic!), Candidate division NC10, Candidate division Nullarbor caves 10]

• Klasse „Candidatus Methylomirabilia“ Chuvochina et al. 2023
  • Ordnung „Candidatus Methylomirabilales“ Chuvochina et al. 2023
    • Familie „Candidatus Methylomirabilaceae“ Chuvochina et al. 2023 [Klade/Gruppe A]
      • Gattung „Ca. Methylomirabilis Ettwig et&mnbsp;al. 2010 bzw. Chuvochina et al. 2023 – Typusgattung
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis iodofontis“ Zhu et al. 2022
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis lanthanidiphila“ Versantvoort et al. 2018
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis limnetica“ Graf et al. 2018 – Zugersee
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis oxygeniifera“ corrig. Ettwig et al. 2010 [„Ca Methylomirabilis oxyfera“ EttwigEttwig et al. 2010] – Typusart
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis sinica“ He et al. 2016
        • Spezies „Ca. Methylomirabilis tolerans“ Dalcin Martins et al. 2022
    • Familie f__2-02-FULL-66-22 (GTDB)
      • Gattung „2-02-FULL-66-22“
        • Spezies „2-02-FULL-66-22 sp001771285“ [Candidate division NC10 bacterium RIFCSPLOWO2_12_FULL_66_18 (NCBI)]
          • Stamm RIFCSPLOWO2_12_FULL_66_18
    • Familie f__CSP1-5 (GTDB) Klade/Gruppe D]
      • Gattung „CSP1-5“
        • Spezies „CSP1-5 sp001443495“ [Candidate division NC10 bacterium CSP1-5 (NCBI)]
          • Stamm CSP1-5
        • Spezies „CSP1-5 sp001643535“ [Candidate division NC10 bacterium SPGG6 (NCBI)]
          • Stamm SPGG6
  • Ordnung „Rokubacteriales“ (GTDB)
    • Familie f__CSP1-6
      • Gattung „CSP1-6“
        • Spezies „CSP1-6 sp001443385“ [Candidatus Rokubacteria bacterium CSP1-6 (NCBI)]
          • Stamm CSP1-6
    • Familie f__DASRDR01
      • Gattung „DASRDR01“
        • Spezies „DASRDR01 sp035550795“ [Candidatus Methylomirabilota bacterium SMAG_U5944 (NCBI)]
          • Stamm SMAG_U5944
    • Familie f__DATEAO01
      • Gattung „DATEAO01“
        • Spezies „DATEAO01 sp035288345“ [Candidatus Methylomirabilota bacterium SMAG_U8220 (NCBI)]
          • Stamm SMAG_U8220
    • Familie f__JACOUJ01
      • Gattung „JACOUJ01“
        • Spezies „JACOUJ01 sp016177865“ [Candidatus Rokuibacteriota bacterium NC_groundwater_67_Pr7_S-0.65um_64_12 (NCBI)]
          • Stamm NC_groundwater_67_Pr7_S-0.65um_64_12
    • Familie f__JACPHL01
      • Gattung „JACPHL01“
        • Spezies „JACPHL01 sp016188625“ [Candidatus Rokuibacteriota bacterium NC_groundwater_413_Ag_B-0.1um_71_11 (NCBI)]
          • Stamm NC_groundwater_413_Ag_B-0.1um_71_11
  • Ordnung o__CAVQYV01 (GTDB)
    • Familie f__CAVQYV01
      • Gattung „CAVQYV01“
        • Spezies „CAVQYV01 sp963718295“ [Uncultured Methylomirabilota bacterium MFD00032.bin.1.264 (NCBI)]
          • Stamm MFD00032.bin.1.264
  • Ordnung nicht zugewiesen
    • Klade/Gruppe B

      • Clone BotBa39 Pearl river estuary sediment FJ748807
      • Clone BSN124 Peat soil (AB364828)
      • Clone JH-WHS47 Iron-manganese nodule soil (EF492972)
      • Clone LWS-RSG-455 Lake Washington EU546812
      • Clone S1065 Reelfoot Lake sediment (KX504792)
      • Clone Enr-F8 FJ621562
      • Clone BacC-s_085 EU335185 (Boden)
      • Clone mbI-b17 benzene-degrading enrichment AB426199
      • Clone sikNC10_2-7 Siklos29 MK909155
      • Clone sikNC10_5-2 Siklos1 MK909154
      • Clone LaC15L103 river sediment Germany EF667557

    • Klade/Gruppe C

      • Clone MIZ17 Sedimentary rock (AB179508)
      • Clone GN40482a07 Lava tube wall microbial mat (JN672521)
      • Clone HDB_SIPO402 Geological formation Hanford site HM187067
      • Clone 7C-23 Oman subsurface soil (DQ906843)

• Klasse … Gattung nicht zugewiesen

• Spezies Candidate division NC10 bacterium RBG_16_65_8
• Spezies Candidate division NC10 bacterium RIFCSPLOWO2_02_FULL_66_22
• Spezies Candidate division NC10 bacterium UW 659-1-D11

Die Bezeichnung „Stamm“ schließt oben Isolate und MAGs mit ein.

Anmerkungen

1. ↑ das wäre dann ein „Superphylum“ oder „Reich“
2. ↑ Wird NC10 als Teil der „Rokubacteria“ aufgefasst, und dieses Taxon im Rang eines Phylums, so müsste für NC10 eine niedrigere Rangstufe vorgesehen werden.

Einzelnachweise

1. 1 2 3 4 Zhanfei He, Chaoyang Cai, Jiaqi Wang, Xinhua Xu, Ping Zheng, Mike S. M. Jetten, Baolan Hu: A novel denitrifying methanotroph of the NC10 phylum and its microcolony. In: Scientific Reports. 6. Jahrgang, Nr. 1, 1. September 2016, ISSN 2045-2322, S. 32241, doi:10.1038/srep32241, PMID 27582299, PMC 5007514 (freier Volltext), bibcode:2016NatSR...632241H (englisch). 
2. 1 2 3 NCBI: candidate division NC10 (phylum, equiv. Methylomirabilota, candidate division Nullarbor caves 10); graphisch: candidate division NC10, auf: Lifemap, NCBI Version.
3. ↑ Ashna A. Raghoebarsing, Arjan Pol, Katinka T. van de Pas-Schoonen, Alfons J. P. Smolders, Katharina F. Ettwig, W. Irene C. Rijpstra, Stefan Schouten, Jaap S. Sinninghe Damsté, Huub J. M. Op den Camp, Mike S. M. Jetten, Marc Strous: A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification. In: Nature. 440. Jahrgang, Nr. 7086, April 2006, ISSN 1476-4687, hdl:1874/22552, S. 918–921, doi:10.1038/nature04617, PMID 16612380, bibcode:2006Natur.440..918R (englisch). 
4. ↑ Katharina F. Ettwig, Seigo Shima, Katinka T. van de Pas‐Schoonen, Jörg Kahnt, Marnix H. Medema, Huub J. M. Op den Camp, Mike S. M. Jetten, Marc Strous: Denitrifying bacteria anaerobically oxidize methane in the absence of Archaea. In: Environmental Microbiology. 10. Jahrgang, Nr. 11, 2008, ISSN 1462-2920, S. 3164–3173, doi:10.1111/j.1462-2920.2008.01724.x, PMID 18721142 (englisch). 
5. ↑ Ming L. Wu, Katharina F. Ettwig, Mike S. M. Jetten, Marc Strous, Jan T. Keltjens, Laura van Niftrik: A new intra-aerobic metabolism in the nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing bacterium Candidatus 'Methylomirabilis oxyfera'. In: Biochemical Society Transactions. 39. Jahrgang, Nr. 1, 1. Februar 2011, ISSN 0300-5127, S. 243–248, doi:10.1042/BST0390243, PMID 21265781 (englisch, portlandpress.com). 
6. 1 2 3 4 Natalie Ju​ne Gayner: River Bank Inducement Influence on a Shallow Groundwater Microbial Community and Its Effects on Aquifer Reactivity, Dissertation an der University of Wisconsin-Milwaukee (UWM), Dezember 2018 (englisch). Siehe insbes. APPENDIX D: W12 UNIQUE DNA AND RNA TAXA SPECIALISTS, Table 26: Unique W12 Specialists from DNA and RNA CLAM Results.
7. 1 2 Natascha Menezes Bergo, Amanda Gonçalves Bendia, Juliana Correa Neiva Ferreira, Bramley J. Murton, Frederico Pereira Brandini & Vivian Helena Pellizari: Microbial Diversity of Deep-Sea Ferromanganese Crust Field in the Rio Grande Rise, Southwestern Atlantic Ocean. In: Environmental Microbiology, 16. Januar 2021; doi:10.1007/s00248-020-01670-y (englisch). Freier Preprint:
   • Natascha Menezes Bergo, Amanda Gonçalves Bendia, Juliana Correa Neiva Ferreira, Bramley Murton, Frederico Pereira Brandini, Vivian Helena Pellizari: Microbial Diversity of Deep-Sea Ferromanganese Crust Field in the Rio Grande Rise, Southwestern Atlantic Ocean. Auf: bioRχiv, 13. Juni 2020; doi:10.1101/2020.06.13.150011; insbes. Fig. 5.
8. 1 2 3 Katharina F. Ettwig, Margaret K. Butler, Denis Le Paslier, Eric Pelletier, Sophie Mangenot, Marcel M. M. Kuypers, Frank Schreiber, Bas E. Dutilh, Johannes Zedelius, Dirk de Beer, Jolein Gloerich: Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria. In: Nature. 464. Jahrgang, Nr. 7288, März 2010, ISSN 1476-4687, S. 543–548, doi:10.1038/nature08883, PMID 20336137, bibcode:2010Natur.464..543E (englisch, nature.com). 
9. ↑ Nullarbor Caves: Australia’s hidden world, auf australiangeographic.com
10. ↑ Michael S. Rappé, Stephen J. Giovannoni: The Uncultured Microbial Majority. In: Annual Review of Microbiology. 57. Jahrgang, Nr. 1, Oktober 2003, ISSN 0066-4227, S. 369–394, doi:10.1146/annurev.micro.57.030502.090759, PMID 14527284 (englisch). 
11. ↑ Baoli Zhu, Gijs van Dijk, Christian Fritz, Alfons J. P. Smolders, Arjan Pol, Mike S. M. Jetten, Katharina F. Ettwig: Anaerobic Oxidization of Methane in a Minerotrophic Peatland: Enrichment of Nitrite-Dependent Methane-Oxidizing Bacteria. In: Applied and Environmental Microbiology. 78. Jahrgang, Nr. 24, 5. Oktober 2012, ISSN 0099-2240, S. 8657–​8665, doi:10.1128/aem.02102-12, PMID 23042166, PMC 3502929 (freier Volltext) – (englisch). 
12. 1 2 Jon S. Graf, Magdalena J. Mayr, Hannah K. Marchant, Daniela Tienken, Philipp F. Hach, Andreas Brand, Carsten J. Schubert, Marcel M. M. Kuypers, Jana Milucka: Bloom of a denitrifying methanotroph, 'Candidatus Methylomirabilis limnetica', in a deep stratified lake. In: sfam Environmental Microbiology. 20. Jahrgang, Nr. 7, Juli 2018, ISSN 1462-2920, S. 2598–​2614, doi:10.1111/1462-2920.14285, PMID 29806730 (englisch). 
13. ↑ Sina Schorn, Jon S. Graf, Sten Littmann, Philipp F. Hach, Gaute Lavik, Daan R. Speth, Carsten J. Schubert, Marcel M. M. Kuypers, Jana Milucka: Persistent activity of aerobic methane-oxidizing bacteria in anoxic lake waters due to metabolic versatility. In: Nature Communications, Band 15, Nr. 5293, 21. Juni 2024; doi:10.1038/s41467-024-49602-5 (englisch).
14. ↑ Zhanfei He, Chen Cai, Lidong Shen, Liping Lou, Ping Zheng, Xinhua Xu, Baolan Hu: Effect of inoculum sources on the enrichment of nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing bacteria. In: Applied Microbiology and Biotechnology. 99. Jahrgang, Nr. 2, 1. Januar 2015, ISSN 1432-0614, S. 939–946, doi:10.1007/s00253-014-6033-8, PMID 25186148 (englisch). 
15. 1 2 Laura A. Hug, Brett J. Baker, Karthik Anantharaman, Christopher T. Brown, Alexander J. Probst, Cindy J. Castelle, Cristina N. Butterfield, Alex W. Hernsdorf, Yuki Amano, Kotaro Ise, Yohey Suzuki, Natasha Dudek, David A. Relman, Kari M. Finstad, Ronald Amundson, Brian C. Thomas, Jillian F. Banfield: A new view of the tree of life. In: Nature Microbiology, Band 1, Nr. 16048, 11. April 2016; doi:10.1038/nmicrobiol.2016.48 (englisch). Siehe insbes. Fig. 1.
16. ↑ Annika Vaksmaa, Simon Guerrero-Cruz, Theo A. van Alen, Geert Cremers, Katharina F. Ettwig, Claudia Lüke, Mike S. M. Jetten: Enrichment of anaerobic nitrate-dependent methanotrophic ‘Candidatus Methanoperedens nitroreducens’ archaea from an Italian paddy field soil.] In: Appl Microbiol Biotechnol, Band 101, Nr. 18, 4. August 2017, S. 7075–​7084; doi:10.1007/s00253-017-8416-0, PMC 5569662 (freier Volltext), PMID 28779290 (englisch). Siehe insbes. Fig. 7.
17. 1 2 GTDB: Methylomirabilota.
18. ↑ LPSN: Phylum "Candidatus Methylomirabilota" Viljakainen and Hug 2021. Synonyms:
    • "Candidatus Methylomirabilota" Chuvochina et al. 2023.
19. ↑ Léa Cabrol et al: Anaerobic oxidation of methane and associated microbiome in anoxic water of Northwestern Siberian lakes. In: Science of The Total Environment, Band 736, 20. September 2020, S. 139588; doi:10.1016/j.scitotenv.2020.139588 (englisch). Siehe insbes. Abschnitt 3.3.
20. 1 2 3 4 Wouter Versantvoort, Simon Guerrero-Cruz, Daan R. Speth, Jeroen Frank, Lavinia Gambelli, Geert Cremers, Theo van Alen, Mike S. M. Jetten, Boran Kartal, Huub J. M. Op den Camp, Joachim Reimann: Comparative Genomics of Candidatus Methylomirabilis Species and Description of Ca. Methylomirabilis Lanthanidiphila. In: Frontiers in Microbiology. 9. Jahrgang, 2018, ISSN 1664-302X, S. 1672, doi:10.3389/fmicb.2018.01672, PMID 30140258, PMC 6094997 (freier Volltext) – (englisch).  Siehe insbes. Fig. 1.
21. ↑ LPSN: Species "Candidatus Methylomirabilis oxyfera" und Species "Candidatus Methylomirabilis oxygeniifera".
22. ↑ NCBI: candidate division NC10 bacterium CSP1-5 (species)
23. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone BotBa39 ACCESSION FJ748807
24. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone LWS-RSG-4555 ACCESSION EU546812
25. ↑ NCBI: NC10 bacterium enrichment culture clone Enr-F8 (species), mit NC10 bacterium enrichment culture clone Enr-F8 16S ribosomal RNA gene, partial sequence ACCESSION FJ621562
26. 1 2 3 4 5 6 Baoli Zhu, Jiaqi Wang, Lauren M. Bradford, Katharina Ettwig, Baolan Hu, Tillmann Lueders: Nitric Oxide Dismutase (nod) Genes as a Functional Marker for the Diversity and Phylogeny of Methane-Driven Oxygenic Denitrifiers. In: Front. Microbiol., 10. Juli 2019; doi:10.3389/fmicb.2019.01577 (englisch). Siehe insbes. Fig. 1.
27. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone BacC-s_085 16S ribosomal RNA gene, partial sequence ACCESSION EU335185
28. ↑ NCBI: Uncultured bacterium gene for 16S rRNA, partial sequence, clone: mbI-b17 ACCESSION AB426199
29. ↑ NCBI: Uncultured candidate division NC10 bacterium clone sikNC10_2-7 16S ribosomal RNA gene, partial sequence ACCESSION MK909155
30. ↑ NCBI: Uncultured candidate division NC10 bacterium clone sikNC10_5-2 16S ribosomal RNA gene, partial sequence ACCESSION MK909154
31. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone LaC15L103 16S ribosomal RNA, partial sequence ACCESSION EF667557
32. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone HDB_SIPO402, Accession: HM187067
33. ↑ NCBI: Uncultured bacterium clone 7C-23, Accession: DQ906843

Weiterführende Literatur

• Johannes Sander: Der vierte Weg der Methanoxidation. In: Biologie in unserer Zeit. Band 40, Nr. 4; August 2010, S. 234-235; doi:10.1002/biuz.201090055, ResearchGate:246908658.
• Ouwei Wang, John D. Coates: Biotechnological Applications of Microbial (Per)chlorate Reduction. In: MDPI: Microorganisms, Special Issue Microorganisms for Environmental and Industrial Applications, Band 5, Nr. 4, 24 November 2017, S. 76 (16 Seiten); doi:10.3390/microorganisms5040076 (englisch).
• Bruce E. Logan: A Review of Chlorate and Perchlorate-Respiring Microorganisms. In: Taylor & Francis: Bioremediation Journal, Band 2, Nr. 2, September 1998, S. 69-79; doi:10.1080/10889869891214222, ResearchGate:248950302 (englisch).