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Artikel: Geopsychrobacter electrodiphilus

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Geopsychrobacter electrodiphilus
Systematik
Klasse: Deltaproteobacteria
Ordnung: Desulfuromonadales
Familie: Geobacteraceae
Gattung: Geopsychrobacter
Art: Geopsychrobacter electrodiphilus
Wissenschaftlicher Name der Gattung
Geopsychrobacter
Holmes et al. 2005
Wissenschaftlicher Name der Art
Geopsychrobacter electrodiphilus
Holmes et al. 2005

Geopsychrobacter electrodiphilus ist taxonomisch eine Art von prokaryotischen Mikroorganismen;[1] bisher ist G. electrodiphilus die einzige Art der Gattung Geopsychrobacter. Geopsychrobacter gehört in die Domäne der Lebewesen Bacteria.[2]

Beschreibung

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G. electrodiphilus wurde von der Oberfläche einer anaeroben Elektrode einer Meeressediment-Brennstoffzelle isoliert, die im Labor aufgestellt wurde. Die Sedimente, aus denen die Stämme von G. electrodiphilus isoliert worden, stammen aus einer Wassertiefe von 5 m vom Bostener Hafen (Boston Harbor, Massachusetts, in der Nähe der Halbinsel World's End).[2] Der Name „Geopsychrobacter electrodiphilus“ bedeutet in etwa „elektrodenliebender Stab aus kalter Erde“ und spielt darauf an, dass die Mikrobe aus der Erde stammt (Geo), mit Kälte zurecht kommt (psychro), stäbchenförmig ist (bacter) und von Elektroden isoliert wurde (electrodi), die sie freiwillig besiedelt hat (philus).[2]

Als Typstamm der Art Geopsychrobacter electrodiphilus und als Typstamm der Gattung wurde einer von zwei Stämmen bestimmt (A1T). Dieser Stamm wurde in der American Type Culture Collection (ATCC BAA-880), der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSM 16401) und der Japan Collection of Microorganisms (JCM 12470) hinterlegt. G. electrodiphilus hat laut Holmes et al.[2] folgende Eigenschaften:

Die Zellen haben keine Pili oder Flagellen und bilden keine Sporen. Es sind nicht-bewegliche, gramnegative gekrümmte Stäbe mit einer Länge von etwa 2,5 µm und einem Durchmesser von 0,22 µm. G. electrodiphilus kann bei Temperaturen von nur 4°C bis zu 30°C und optimal bei ungefähr 22°C wachsen. Es ist ein streng anaerober Chemoorganotropher, der Energie zur Unterstützung des Wachstums durch Ankopplung der Oxidation von Azetat oder Malat an die Reduktion von Fe(III), S0 (koloidaler Schwefel), Mn(IV) oder AQDS (Anthrachinon-2,6-disulfonat) gewinnen kann. Die Reduktion von Fe(III) kann zusätzlich an die Oxidation von Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycin, Alanin, Methionin, Acetat, Succinat, Malat, Citrat, Fumarat, Pyruvat, Pepton, Trypton, Casaminosäuren, Hefeextrakt, Acetoin, Ethanol, Wasserstoff, Benzoat oder Stearat gekoppelt werden. Es wurde kein Wachstum beobachtet, wenn Lysin, Serin, Tyrosin, Histidin, Formiat, Butyrat, Valerat, Lactat, Propionat, Methanol oder Nitrotriessigsäure als Elektronendonor bereitgestellt wurde. Der Metabolismus der beiden parallel isolierten Stämme unterscheidet sich insofern, als nur der Stamm A1T (also der Typstamm) Acetoin, Ethanol und Wasserstoff als Elektronendonor verwenden kann, während nur der Stamm A2 Laktat, Propionat und Butyrat verwenden kann. Keiner der beiden Stämme konnte Sulfat, Thiosulfat, Sulfit oder Fumarat als Elektronenakzeptor verwenden. G. electrodiphilus ist auch in der Lage, Elektronen direkt auf eine Stromsammelelektrode zu übertragen. Die Reduktion von Eisen-(III)-Oxid, dass kaum kristallin ist, führt zur Bildung von Magnetit. Die Zellen enthalten reichlich Cytochrom vom C-Typ.

Systematik

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Die Zuordnung von Geopsychrobacter erfolgte auf der Grundlage von genetischen Vergleichen der 16S-rRNA-Gene und anderer Gene (recA, gyrB, rpoB, nifD und fusA) zur Familie Geobacteraceae.[2] Sie gehören nach allgemein anerkannter Einteilung innerhalb der Bakterien zu den Proteobacteria, dort in die δ-Gruppe (Klasse Deltaproteobacteria) und in die Ordnung Desulfuromonadales. Dabei ist anzumerken, dass die Taxa oberhalb der Klasse, die Domäne Bacteria und das Phylum Proteobacteria, nach dem Regelwerk („Bakteriologischer Code“) der zuständigen internationalen Institutionen (IUMS und ICSP) keine offiziellen Taxa darstellen, während die Klasse (Proteobacteria), die Ordnung (Desulfuromonadales) und die Familie (Geobacteraceae) sowie Gattungen und Arten offizielle Taxa sind. Die aktuelle Zuordnung ist in der „Liste der prokaryotischen Namen mit ihrem Stand in der Nomenklatur“ (LPSN) einsehbar (Abruf 2019-02[3]).

Gattung:

  • Holmes et al. (2004) – Effektive Publikation zur neuen Gattung Geopsychrobacter.[2]
  • IUMS (2005) – Validierungsliste Nummer 102, Anerkennung als Gattung Geopsychrobacter HOLMES et al. 2005.[1]

Art:

  • Holmes et al. (2004) – Effektive Publikation zur neuen Art (Typusart der Gattung) Geopsychrobacter electrodiphilus.[2]
  • IUMS (2005) – Validierungsliste Nummer 102, Anerkennung als Art (Typusart der Gattung) Geopsychrobacter electrodiphilus HOLMES et al. 2005.[1]

Bedeutung

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Die Tatsache, dass der Stoffwechsel von Geopsychrobacter electrodiphilus bei kalten Temperaturen funktioniert und seine Fähigkeit, selbständig Kohlenstoff-Elektroden zu besiedeln machten ihn als Kandidaten für die Stromgewinnung aus Meeressedimenten interessant.

Laut Holmes et al. (2004)[2] konnten die Geopsychrobacter electrodiphilus-Stämme A1T und A2 wachsen, wenn eine Graphitelektrode als einziger Elektronenakzeptor bereitgestellt wurde. Beide Stämme konnten mehrere organische Säuren (Acetat, Malat, Fumarat und Citrat) bei gleichzeitigem Elektronentransfer zu einer Elektrode oxidieren (Potential von +0,52 V in Bezug auf eine Standard-Wasserstoffelektrode). Wenn der Stamm A1T mit Acetat (0,55 mM) als Elektronendonor und einer ausgleichenden Elektrode als Elektronenakzeptor gezüchtet wurde, wurden 90,2% der Elektronen, die bei der vollständigen Oxidation von Acetat zu CO2 verfügbar waren, auf die Elektrode übertragen, um Strom zu erzeugen (maximaler Strom 3,73 mA/cm2). Weiterhin wurde durch den Stamm A1T (~8,89 mA/cm2) Strom erzeugt, wenn Fumarat (2,07 mM) als Elektronendonor bereitgestellt wurde und eine stationierte Elektrode der einzige Elektronenakzeptor war (96,3% Ausbeute für die Elektronen).

Technische Anwendungen sind aus den Möglichkeiten von G. electrodiphilus bisher nicht erwachsen. Anzumerken ist, dass die Isolation der beiden Stämme zwar das Abkratzen der Mikroben von den Graphitelektroden beinhaltete, an denen diese sich angeheftet hatten; dem ging aber eine Anreicherung mit wenig kristallinem, kolloidalem Eisen-(III)-Oxid voraus.[2] G. electrodiphilus kann eine Graphitelektrode als Elektronenakzeptor nutzen, hat aber Alternativen, die es bevorzugt nutzen dürfte. Die Stöchiometrie der Acetatverwertung wurde mit wenig kristallines Eisen-(III)-Oxid als einzigem Elektronenakzeptor während des Wachstums bestimmt: CH3COO– + 8 Fe3+ + 4 H2O → 2 HCO3– + 8 Fe2+ + 9 H+.[2]

Weiterhin sind auch die Stoffe für das Vorkommen einer Mikrobe entscheidend, die sie nicht verwerten kann. In einer Untersuchung zur Kultivierung von Mikrobengemeinschaften in Schlamm, in welchem Sulfatreduzierer Vorteile haben dürften, nahm der Anteil von Geopsychrobacter ab.[4]

Die Frage, inwieweit potentiell extraterrestrische, organische Stoffe die Entwicklung der anaeroben Eisenreduzierer beeinflusst haben könnten, hat unter anderem G. electrodiphilus in den Fokus einer Untersuchung gerückt und gezeigt, dass einige diese Stoffe schon in geringer Konzentration toxisch sind.[5]

Datenbanken

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Einzelnachweise

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  1. ↑ a b c IUMS: Validation List No. 102: Validation of publication of new names and new combinations previously effectively published outside the IJSEM. In: INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY. 55, 2005, S. 547, doi:10.1099/ijs.0.63680-0.
  2. ↑ a b c d e f g h i j Dawn E. Holmes, Julie S. Nicoll, Daniel R. Bond, Derek R. Lovley: Potential Role of a Novel Psychrotolerant Member of the Family Geobacteraceae, Geopsychrobacter electrodiphilus gen. nov., sp. nov., in Electricity Production by a Marine Sediment Fuel Cell. In: Appl. Environ. Microbiol. Band 70, Nr. 10, 1. Oktober 2004, S. 6023–6030, doi:10.1128/AEM.70.10.6023-6030.2004.
  3. ↑ LPSN in Zusammenarbeit mit der Ribocon GmbH: Classification of domains and phyla - Hierarchical classification of prokaryotes (bacteria), Version 2.1. Updated 19 July 2018. In: LPSN, List of prokaryotic names with standing in nomenclature. J. P. Euzéby, Juli 2018, abgerufen im Februar 2019 (englisch).
  4. ↑ G. Q. Zeng, X. S. Jia, X. H. Zheng, L. P. Yang, G. P. Sun: [Analysis of microbial community variation in the domestication process of sludge in a sulfate-reducing reactor]. In: Huan jing ke xue= Huanjing kexue. Band 35, Nummer 11, November 2014, S. 4244–4250, PMID 25639102.
  5. ↑ S. L. Nixon, C. S. Cockell: Nonproteinogenic D-amino acids at millimolar concentrations are a toxin for anaerobic microorganisms relevant to early Earth and other anoxic planets. In: Astrobiology. Band 15, Nummer 3, März 2015, S. 238–246, doi:10.1089/ast.2014.1252, PMID 25695622.

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