Planctomyceten

Planctomycetota

EM-Aufnahme von Gemmata obscuriglobus.

Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Reich: Pseudomonadati
ohne Rang: PVC-Gruppe
Abteilung: Planctomycetota
Wissenschaftlicher Name
Planctomycetota
Garrity & Holt 2021

Die Planctomycetota, (früher Planctomycetes, deutsch Planctomyceten) bilden eine gut abgrenzbare Abteilung (Divisio, auch Phylum), innerhalb der PVC-Gruppe in der Domäne der Bakterien. Zu diesem Phylum gehören die Klasse Planctomycetia [Planctomycea, Planctomycetacia] mit der Ordnung der Planctomycetales und der Familie der Planctomycetaceae sowie die Klasse der Phycisphaerae dazu. Die Planctomyceten wurden in den 1970er Jahren entdeckt; seither hat man sie fast überall in der Umwelt nachweisen können. Viele Arten leben aquatisch, sowohl im Salz- wie im Süßwasser. Einige kommen in hypersalinen (stark salzhaltigen) Gewässern vor, andere auch im Boden oder in Klärschlamm. Die wichtigsten Gattungen sind Planctomyces, Pirellula, Isosphaera und Gemmata.

Die Bezeichnung Planctobacteria wird manchmal im engeren Sinne alternativ zu Planctomycetota verwendet, kann aber auch im weiteren Sinne die gesamte PVC-Gruppe bezeichnen.

Merkmale

Die Planctomyceten sind in mehrfacher Hinsicht einzigartig. Die Zellen sind gestielt und zeigen einen dimorphen Lebenszyklus, der auch von Caulobacter, einer Art der Alpha-Proteobakterien, bekannt ist: Eine sessile Zelle schnürt eine Tochterzelle ab, die am entgegengesetzten Pol ein Flagellum (Geißel) bildet. Die Schwärmerzelle ist mobil, wirft die Geißel aber nach einiger Zeit ab und bildet nun ihrerseits einen Stiel, mit dem sie sich an eine feste Oberfläche anheftet. Der Stiel von Planctomyces-Zellen ist anders aufgebaut als der von Caulobacter, beide Gattungen sind nicht verwandt.

Die Zellen von Planctomyces erscheinen auf dem Mikroskop extrem stark kompartimentiert und es sieht so aus, als ob sie – ähnlich wie die Eukaryoten – eine spezielle Membran besitzen, die die DNA umgibt. Dies führte zu der Annahme, das sie eine durch Membranen gebildete Zellkompartimentierung besitzen und sogar kernähnliche Strukturen (das sogenannte Pirellulosom) aufweisen, was schon zum Vorschlag geführt hatte, dass das Pirellulosom ein Hinweis auf eine beteiligung an der Eukaryogenese sein könnte (siehe auch Endosymbiontentheorie); der äußere Bereich, das sogenannte Paryphoplasma, würde dann als das Zellinnere des früheren Wirtes angesehen. Das Pirellulosom selbst erinnert an den Zellkern von den Eukaryonten, der von einer Doppelmembran umhüllt ist, was ebenfalls auf eine Endosymbiose zurückgeführt werden kann. Aus diesem Grund galten sie als mögliches „fehlendes Bindeglied“ zwischen Prokaryoten und Eukaryoten. Nach heutiger Ansicht sind die Planctomyceten aber nicht näher verwandt mit den Eukaryonten, es scheint sich vielmehr um eine parallele evolutionäre Entwicklung zu handeln. Es wurde später gezeigt, dass Planctomyceten tatsächlich eine Zellwand wie die Gram-negativen Bakterien besitzen, mit zwei Membranen und dazwischen liegender Peptidoglykanschicht. Was zuvor als separate interne „Zellkompartimente“ interpretiert wurde, ist ein System von Einstülpungen der inneren Membran, die einen großen periplasmatischen Raum bilden, aber das Zytoplasma nicht in separate, von Membranen umschlossene Organellen unterteilen.

Bis vor einigen Jahren galten Planktomyceten auch deshalb als ungewöhnlich, weil in der Zellwand kein Murein gefunden wurde. Stattdessen war nur ein proteinreicher S-Layer (wie man ihn bei Archaeen findet) bekannt. Im Jahr 2015 wurde allerdings festgestellt, dass bei einigen Planctomyceten, z. B. bei der Art Gammeta obscuriglobus, auch Peptidoglycan in ihren Zellwänden vorhanden ist.

Die Bakterien leben chemoorganotroph und sind fakultativ aerob, neben gestielten existieren auch filamentöse Formen. So ist die Art Isosphaera pallida ein filamentöses, sich gleitend fortbewegendes Bakterium, das in heißen Quellen bei Temperaturen zwischen 35 und 55 °C vorkommt.

Ökologie

Einige Planctomyceten bilden Assoziationen mit Tieren, wie z. B. Insekten. Einige nicht näher identifizierte Planctomyceten wurden mit Hilfe von 16S-rRNA-Analysen in Verdauungstrakten der Termiten Cubitermes ugandensis und Cubitermes orthognathus gefunden. Ein Vertreter der Planktomyceten (vermutlich der Gattung Pirellula) wurde in dem Wasserfloh Daphnia pulex gefunden. Eine weitere Art wurde aus der Garnele Penaeus monodon isoliert. Auch in den Schwämmen Aplysina cavernicola und Aplysina aerophoba wurden Planctomyceten nachgewiesen.

In welcher Verbindung die Bakterien mit den Wirten stehen (Symbiose oder Parasitismus) und welche Funktion sie im Verdauungstrakt ausführen, ist noch unklar.

Des Weiteren konnten Planctomyceten auf der Oberfläche einer Vielzahl von Makroalgen nachgewiesen werden. Als Teil des Biofilms nutzen sie von den Algen produzierte Moleküle als Nährstoffe. Einige Taxa der Planctomyceten wurden bisher in keinem anderen Habitat beobachtet. Häufig stellen sie nur einen geringen Anteil des Mikrobioms, auf der Braunalge Laminaria hyperborea jedoch nehmen sie einen Anteil von bis zu 53 % ein.

Systematik

Analysen von 16S-rRNA-Gensequenzen und weitere Untersuchungen haben eine enge Verwandtschaft der Planctomycetes und den Abteilungen der Verrucomicrobiota und Chlamydiota gezeigt. Aufgrund dessen bilden sie zusammen das sogenannte PVC-Superphylum.

Äußere Systematik (Planctomycetota)

Mitglieder (Stand 7. November 2026):

Phylum Planctomycetota Garrity & Holt 2021 [„Planctomycetota“ Whitman et al. 2018, „Planctomycetes“ Garrity & Holt 2001, „Planctomycetaeota“ Oren et al. 2015, „Planctobacteria“ (Cavalier-Smith 1987) Cavalier-Smith 2020]

  • Klasse „Candidatus Brocadiia“ corrig. Jenkins & Staley 2013 [„Ca. Brocadiae“ Jenkins & Staley 2013]
    • Ordnung „Ca. Brocadiales“ Jetten et al. 2010
  • Klasse „Candidatus Uabimicrobiia“ Lodha et al. 2021 [J132 (GTDB)]
    • Ordnung „Ca. Uabimicrobiales“ Lodha et al. 2021

Innere Systematik (Ordnungen)

Für einige der Ordnungen folgt eine (ggf. nicht vollständige) Liste der Mitglieder (Familien und Gattungen, Stand 17. März 2022):

Klasse Planctomycetia [Planctomycea, „Planctomycetacia“, „Planctomycetes“ [class] ]

  • Ordnung Gemmatales Dedysh et al. 2020
    • Familie Gemmataceae Kulichevskaya et al. 2017 – Details siehe dort
Verschiebung:
  • Ordnung „Kolteriales“ Kallscheuer et al. 2025
    • Familiw „Kolteriaceae“ Kallscheuer et al. 2025
      • Gattung Kolteria Kallscheuer et al. 2025 [„Kolteria“ Wiegand et al. 2020]

Klasse „Caandidatus Brocadiia“

Lokalisierung von Cytochrom c, mem­bran­ge­bun­dener ATP-Synthase und anderer wichtiger Proteine und Strukturen bei „Ca. Kuenenia stuttgartiensis“
  • Ordnung „Ca. Brocadiales“ Jetten et al. 2010
    • Familie „Ca. Anammoxibacteraceae“ Suarez et al. 2022
    • Familie „Ca. Bathyanammoxibiaceae“ Zhao et al. 2022
    • Familie „Ca. Brocadiaceae“ Jetten et al. 2010
      • Gattung „Ca. Jettenia“ Quan et al. 2008
      • Gattung „Ca. Kuenenia“ Schmid et al. 2000
    • Familie „Ca. Subterrananammoxibiaceae“ Zhao et al. 2023
    • Familie „Ca. Scalinduaceae“ Lodha et al. 2021 – in der LPSN zu Plactomycetota ohne nähere Zuweisung
      • Gattung „Ca. Scalindua“ Schmid et al. 2003 bzw. Jetten et al. 2003

Klasse „Ca. Uabimicrobiia“

  • Ordnung „Ca. Uabimicrobiales“ Lodha et al. 2021
    • Familie „Ca. Uabimicrobiaceae“ Lodha et al. 2021
      • Gattung „Ca. Uabimicrobium“ corrig. Shiratori et al. 2019 „Ca. Uab“ Shiratori et al. 2019, „SRT547“]
        • Spezies „Ca. Uabimicrobium amorphum“ corrig. Shiratori et al. 2019 [„Ca. Uab amorphum“ Shiratori et al. 2019, Planctomycetes bacterium SRT547, „SRT547 sp009002475“]
        • Spezies „Uabimicrobium helgolandensis“ (GTDB)

Klasse …

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ E. Beck: Die Vielfalt des Lebens: wie hoch, wie komplex, warum? 1. Aufl (Online-Ausg.). Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2013, ISBN 978-3-527-33212-0. online (Abruf: 8. Dezember 2025)
  2. ↑ Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage, Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1 (englisch).
  3. ↑ Sandra Wiegand, Christian Jogler: Planctomyceten–außergewöhnlich, aber bakteriell: ein Paradigmenwechsel. In: BIOspektrum. Band 24, Nr. 6, Oktober 2018, ISSN 0947-0867, S. 593–595, doi:10.1007/s12268-018-0958-x (springer.com [abgerufen am 10. Dezember 2025]).
  4. 1 2 Christian Boedeker, Margarete Schüler, Greta Reintjes, Olga Jeske, Muriel C. F. van Teeseling, Mareike Jogler, Patrick Rast, Daniela Borchert, Damien P. Devos, Martin Kucklick, Miroslava Schaffer, Roberto Kolter, Laura van Niftrik, Susanne Engelmann, Rudolf Amann, Manfred Rohde, Harald Engelhardt, Christian Jogler: Determining the bacterial cell biology of Planctomycetes. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, 10. April 2017, ISSN 2041-1723, doi:10.1038/ncomms14853, PMID 28393831, PMC 5394234 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 10. Dezember 2025]).
  5. ↑ Wiegand S, Jogler M, Jogler C: On the maverick Planctomycetes In: FEMS Microbiology Reviews, Band 42, Ausgabe 6, S. 739–760, November 2018 doi:10.1093/femsre/fuy029
  6. ↑ Dirk Schmitt-Wagner, Michael W. Friedrich, Bianca Wagner, und Andreas Brune: Phylogenetic Diversity, Abundance, and Axial Distribution of Bacteria in the Intestinal Tract of Two Soil-Feeding Termites (Cubitermes spp.)- In: Applied and Environmental Microbiology, Band 69, Nr. 10, Oktober 2003, S. 6007–6017; doi:10.1128/AEM.69.10.6007-6017.20 (englisch).
  7. ↑ Andreas Brune: Symbiotic Associations Between Termites and Prokaryotes In: Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.): The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. Band 1: Symbiotic Associations, Biotechnology, Applied Microbiology, ISBN 0-387-25476-5(englisch).
  8. ↑ Olga M. Lage, Joana Bondoso: Planctomycetes and macroalgae, a striking association. In: Frontiers in Microbiology, Band 5, 2014; doi:10.3389/fmicb.2014.00267 (englisch).
  9. ↑ R. S. Gupta, V. Bhandari, H. S. Naushad: Molecular Signatures for the PVC Clade (Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae, and Lentisphaerae) of Bacteria Provide Insights into Their Evolutionary Relationships. In: Frontiers in Microbiology, Band 3, 2012, ISSN 1664-302X, S. 327; doi:10.3389/fmicb.2012.00327, PMC 3444138 (freier Volltext), PMID 23060863 (englisch).
  10. ↑ LPSN: Phylum Planctomycetota Garrity and Holt 2021<
  11. 1 2 NCBI Taxonomy Browser: Planctomycetes, Detail: Planctomycetes Garrity and Holt 2001 emend. Ward 2011 (phylum); graphisch: Planctomycetes, Lifemap NCBI Version.
  12. ↑ Yukiyo Fukunaga: Phycisphaerae. In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria, 20. März 2020; doi:10.1002/9781118960608.cbm00069 (englisch).
  13. ↑ Tessa Koumoundouros: Underwater Labyrinth Hidden Beneath Mexico Contains a Huge Swathe of Life. Auf: sciencealert vom 16. November 2023. Quelle: doi:10.1128/aem.01682-23; in: Applied and Environmental Microbiology.
  14. 1 2 Arnulf Kletzin, Thomas Heimerl, Jennifer Flechsler, Lauravan Niftrik, Reinhard Rachel, Andreas Klingl: Cytochromes cin Archaea: distribution, maturation, cellarchitecture, and the special caseof Ignicoccus hospitalis. In: Frontiers in Microbiology, Band 6, Nr. 439, 12. Mai 2015; doi:10.3389/fmicb.2015.00439 (englisch).
  15. ↑ GTDB: g__SRT547
Wikispecies: Planctomyceten – Artenverzeichnis