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Geobacteraceae
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Deltaproteobacteria Ordnung: Desulfuromonadales Familie: Geobacteraceae
Wissenschaftlicher Name
Geobacteraceae
Holmes et al. 2004

Geopsychrobacter
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Deltaproteobacteria Ordnung: Desulfuromonadales Familie: Geobacteraceae Gattung: Geopsychrobacter
Wissenschaftlicher Name
Geopsychrobacter
Holmes et al. 2005

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

„Taxoline“

Domäne Bacteria und Phylum Proteobacteria

Die höheren Taxa, z. B. die Domäne „Bacteria“ und das Phylum (oder die Abteilung) „Proteobacteria“, in die Geopsychrobacter im Allgemeinen eingruppiert wird, sind nicht offiziell, da die zuständigen Instanzen, die Internationale Vereinigung der Mikrobiologischen Gesellschaften (IUMS, International Union of Microbiological Societies) und die Internationale Kommission für die Systematik der Prokaryoten (ICSP, International Committee on Systematics of Prokaryotes) ein Regelwerk verwenden („Bakteriologischer Code“, International Code of Nomenclature of Bacteria), dass eine Verwendung von Taxa oberhalb der Klasse nicht vorsieht. Das hat Vor- und Nachteile. Der größte Vorteil dürfte die bessere Nachvollziehbarkeit von Zuordnungen sein, wenn die Zahl der offiziellen Taxa begrenzt wird. Auf der anderen Seite bestehen keine verbindlichen Standards. Es haben sich für die höheren Taxa Quasi-Standards etabiliert. In der „Liste des Standes der Systematik der Prokaryoten“ (LSPN, List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature) werden die beiden Domänen der prokaryotischen Lebewesen, „Archaea“ und „Bacteria“ und deren Phyla (bzw. Abteilungen), z. B.„Proteobacteria“, in Anführungzeichen gesetzt, um sie von offiziellen Taxa (z. B. Klasse Deltaproteobacteria) zu unterscheiden.

• Woese et al. (1990) — Allgemein zitierte Arbeit für die Namen der drei grundsätzlichen Domänen.
• Garrity et al. (2005) — Veröffentlichung zum Phylum „Proteobacteria“

Klasse: Deltaproteobacteria KUEVER et al. 2006 emend. HAHN et al. 2017

• Kuever et al. (2005) — Effektive Veröffentlichung zu Klasse Deltaproteobacteria

• IUMS (2006) — Anerkennung der Klasse in der Validierungsliste 107 als Deltaproteobacteria KUEVER et al. 2006.

Es wird angemerkt,

• dass „Deltaproteobacteria Kuever et al. 2006“ eine späteres homotypisches Synonym zu „Deltabacteria Cavalier-Smith 2002“ ist und
• dass es zu einer Neuordnung innerhalb der Deltaproteobacteria gekommen ist, so dass die Klasse „Deltaproteobacteria Kuever et al. 2006 emend. Hahn et al. 2017“ genannt werden kann, aber nicht muss. Die unter dieser Klasse befindliche Ordnung Desulfuromonadales ist von der Neuordnung nicht betroffen.

Ordnung: Desulfuromonadales corrig. KUEVER et al. 2006

• Kuever et al. (2005) — Effektive Veröffentlichung zur Ordnung, die vorerst Desulfuromonales genannt wurde.

• IUMS (2006) — Anerkennung der Ordnung (mit einer Korrektur des Namens nach Regel 61 des „Bakteriologischen Codes“) in der Validierungsliste 107 als Ordnung Desulfuromonadales corrig. KUEVER et al. 2006.

Familie: Geobacteraceae HOLMES et al. 2004

Zur Familie Geobacteraceae gibt es zwei wirksame Veröffentlichungen, eine innerhalb und die andere außerhalb des IJSEM (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology), die beide als gültig anerkannt worden sind:

• Holmes et al. (2004) — Direkt gültige Publikation zur neuen Familie innerhalb Geobacteraceae des entsprechenden Journals.
• Garry et al. (2005) — Effektive Publikation zur Familie Geobacteraceae.
• IUMS (2006) — Validierungsliste 107, unter anderem Gültigkeit des „neuen“ Namens Geobacteraceae Garry et al. 2006.

Die als erstes anerkannte Autorenschaft hat Vorrang, also heißt die Familie Geobacteraceae HOLMES et al. 2004.

Gattung: Geopsychrobacter HOLMES et al. 2005

• Holmes et al. 2004 — Effektive Publikation zur neuen Gattung Geopsychrobacter.
• IUMS (2005) — Validierungsliste Nummer 102, Anerkennung als Art (Typart der Gattung) Geopsychrobacter electrodiphilus HOLMES et al. 2005.

Art: Geopsychrobacter electrodiphilus HOLMES et al. 2005

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

Die Beschreibung der Familie

Die Typgattung ist Geobacter LOVLEY et al. 1995.

Comparison of 16S rRNA, nifD, recA, gyrB, rpoB and fusA genes within the family Geobacteraceae fam. nov.

• Authors: Dawn E. Holmes1 ,  Kelly P. Nevin1 , Derek R. Lovley1
• Correspondence Derek R. Lovley
 dlovley@microbio.umass.edu
• First Published Online: 01 September 2004, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 54: 1591-1599, doi: 10.1099/ijs.0.02958-0
• Subject: New Taxa - Proteobacteria

• Cover date: 01/09/2004

INTRODUCTION

Investigations into the mechanisms for dissimilatory Fe(III) reduction in subsurface environments may be greatly simplified by the fact that micro-organisms in the Geobacteraceae fam. nov. are the predominant Fe(III)-reducing micro-organisms in a diversity of subsurface environments in which Fe(III) reduction is important ( Anderson et al., 2003 ; Holmes et al., 2002 ; Roling et al., 2001 ; Snoeyenbos-West et al., 2000; Stein et al., 2001 ). Although a wide diversity of bacteria and archaea are capable of dissimilatory Fe(III) reduction ( Lovley, 2000a , b ), most of these organisms do not appear to be important in Fe(III) reduction in typical subsurface environments, which are at circumneutral pH, freshwater or marine salinities and temperatures of about 10–20 °C. This finding, coupled with the fact that it is possible to recover geobacteraceae in culture, provides the rare potential opportunity to apply knowledge gained from pure culture physiology studies to the subsurface. Furthermore, the finding that geobacteraceae can account for about 40–90 % of the total microbial community under Fe(III)-reducing conditions in some subsurface environments ( Anderson et al., 2003 ; Holmes et al., 2002 ) suggests that subsurface Fe(III)-reducing communities may provide the type of low-diversity community that is most amenable to environmental genomics studies. This is also true for the surface of electrodes harvesting energy from aquatic sediments, in which geobacteraceae typically comprise about half of the microbial community ( Bond et al., 2002 ;Holmes et al., 2004 ; Tender et al., 2002 ).

Einleitung

Untersuchungen der Mechanismen zur dissimilatorischen Reduktion von Fe (III) in unterirdischen Umgebungen können durch die Tatsache, dass Mikroorganismen in den Geobacteraceae fam. nov. bekannt sind, erheblich vereinfacht werden; sie sind die vorherrschenden Fe (III) -reduzierenden Mikroorganismen in einer Vielfalt von unterirdischen Umgebungen, in denen die Reduktion von Fe (III) wichtig ist (Anderson et al., 2003; Holmes et al., 2002; Roling et al., 2001; Snoeyenbos -West et al., 2000; Stein et al., 2001). Obwohl eine große Vielfalt von Bakterien und Archaeen zur dissimilatorischen Fe (III) -Reduktion fähig ist (Lovley, 2000a, b), scheinen die meisten dieser Organismen für die Fe (III) -Reduktion in typischen Umgebungen unterhalb der Oberfläche, keine Rolle zu spielen; das sind ein zirkumneutraler pH-Wert, die Salinität von Süß- oder Meerwasser und Temperaturen von etwa 10–20 ° C. Diese Erkenntnis, gepaart mit der Möglichkeit, Geobacteraceae in Kultur zu gewinnen, bietet die seltene Gelegenheit, Wissen, das aus rein kulturphysiologischen Studien gewonnen wurde, auf den Untergrund anzuwenden. Die Feststellung, dass Geobacteraceae in einigen unterirdischen Umgebungen unter Fe (III) -reduzierenden Bedingungen etwa 40–90% der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft ausmachen können (Anderson et al., 2003; Holmes et al., 2002), legt den Schluss nahe, dass Fe (III) -reduzierende Gemeinschaften können die Art von Gemeinschaft mit geringer Diversität darstellen, die für Umweltgenomstudien am besten geeignet ist. Dies gilt auch für die Oberfläche von Elektroden, die Energie aus aquatischen Sedimenten gewinnen, bei denen Geobacteraceae typischerweise etwa die Hälfte der mikrobiellen Gemeinschaft ausmachen (Bond et al., 2002; Holmes et al., 2004; Tender et al., 2002).

Zitate-Tabelle

Experimentell; Übersetzung erfolgte automatisch (Google translate)

0	Holmes et al. (2004)	ref	DE: Vergleich von 16S-rRNA-, nifD-, recA-, gyrB-, rpoB- und fusA-Genen innerhalb der Familie Geobacteraceae fam. nov. EN: Comparison of 16S rRNA, nifD, recA, gyrB, rpoB and fusA genes within the family Geobacteraceae fam. nov.
Nr.	___ Kurzform der Zitate ___	ref	Übersetzung der Titel
1	Achenbach & Woese (1995)		DE: 16S- und 23S-rRNA-artige Primer. EN: 16S and 23S rRNA-like primers.
2	Altschul et al. (1990)		DE: Grundlegendes Suchwerkzeug für lokale Ausrichtung. EN: Basic local alignment search tool.
3	Amann et al. (1990)		DE: Kombination von 16S-rRNA-gerichteten Oligonukleotidsonden mit Durchflusszytometrie zur Analyse gemischter mikrobieller Populationen. EN: Combination of 16S rRNA-targeted oligonucleotide probes with flow cytometry for analyzing mixed microbial populations.
4	Anderson et al. (2003)		DE: Stimulierte In-situ-Aktivität von Geobacter-Arten zur Entfernung von Uran aus dem Grundwasser eines mit Uran kontaminierten Aquifers. EN: Stimulated in situ activity of Geobacter species to remove uranium from the groundwater of a uranium-contaminated aquifer.
5	Balch et al. (1979)		DE: Methanogene: Neubewertung einer einzigartigen biologischen Gruppe. EN: Methanogens: reevaluation of a unique biological group.
6	Bazylinski et al. (2000)		DE: N2-abhängiges Wachstum und Nitrogenaseaktivität in den metallmetabolisierenden Bakterien, Geobacter- und Magnetospirillum-Arten. EN: N2-dependent growth and nitrogenase activity in the metal-metabolizing bacteria, Geobacter and Magnetospirillum species.
7	Berchet et al. (2000)		DE: Strukturanalyse des Elongationsfaktor-G-Proteins aus dem niedrigtemperaturadaptierten Bakterium Arthrobacter globiformis SI55. EN: Structural analysis of the elongation factor G protein from the low-temperature-adapted bacterium Arthrobacter globiformis SI55.
8	Bond et al. (2002)		DE: Elektrodenreduzierende Mikroorganismen, die Energie aus marinen Sedimenten gewinnen. EN: Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments.
9	Coates et al. (1995)		DE: Desulfuromonas palmitatis sp. nov., eine langkettige Fettsäure, die den Fe (III) -Reduzierer aus marinen Sedimenten oxidiert. EN: Desulfuromonas palmitatis sp. nov., a long-chain fatty acid oxidizing Fe(III) reducer from marine sediments.
10	Coppi et al. (2001)		DE: Entwicklung eines genetischen Systems für Geobacter sulfurreducens. EN: Development of a genetic system for Geobacter sulfurreducens.
11	Dahllof et al. (2000)		DE: Durch die Analyse der mikrobiellen Community auf rpoB-Basis werden Einschränkungen vermieden, die der 16S-rRNA-Gen-Intraspezies-Heterogenität innewohnen. EN: rpoB-based microbial community analysis avoids limitations inherent in 16S rRNA gene intraspecies heterogeneity.
12	Dayhoff (1978)		DE: Überblick über neue Daten und Analysemethoden für Computer. EN: Survey of new data and computer methods of analysis.
13	Dehning & Schink (1989)		DE: Malonomonas rubra gen. nov., sp. nov., ein mikroaerotolerantes anaerobes Bakterium, das durch Decarboxylierung von Malonat wächst. EN: Malonomonas rubra gen. nov., sp. nov., a microaerotolerant anaerobic bacterium growing by decarboxylation of malonate.
14	De Wever et al. (2000)		DE: Reduktive Dehalogenierung von Trichloressigsäure durch Trichlorbacter thiogenes gen. nov., sp. nov. EN: Reductive dehalogenation of trichloroacetic acid by Trichlorobacter thiogenes gen. nov., sp. nov.
15	Eden et al. (1991)		DE: Phylogenetische Analyse von Aquaspirillum magnetotacticum unter Verwendung von mit Polymerase-Kettenreaktion amplifizierter 16S-rRNA-spezifischer DNA. EN: Phylogenetic analysis of Aquaspirillum magnetotacticum using polymerase chain reaction-amplified 16S rRNA-specific DNA.
16	Grayson et al. (1999)		DE: Molekulare Differenzierung von Renibacterium salmoninarum-Isolaten von weltweiten Standorten. EN: Molecular differentiation of Renibacterium salmoninarum isolates from worldwide locations.
17	Hasegawa et al. (1985)		DE: Datierung der Mensch-Affen-Spaltung durch eine molekulare Uhr der mitochondrialen DNA. EN: Dating of the human-ape splitting by a molecular clock of mitochondrial DNA.
18	Holmes et al. (2002)		DE: Anreicherung von Mitgliedern der Familie Geobacteraceae im Zusammenhang mit der Stimulierung der dissimilatorischen Metallreduktion in mit Uran kontaminierten Grundwasserleitersedimenten. EN: Enrichment of members of the family Geobacteraceae associated with stimulation of dissimilatory metal reduction in uranium-contaminated aquifer sediments.
19	Holmes et al. (2004)		DE: Mikrobielle Gemeinschaften im Zusammenhang mit Elektroden, die Elektrizität aus einer Vielzahl von aquatischen Sedimenten ernten. EN: Microbial communities associated with electrodes harvesting electricity from a variety of aquatic sediments.
20	Jukes et al. (1969)		DE: Evolution von Proteinmolekülen. EN: Evolution of protein molecules.
21	Kimura (1980)		DE: Eine einfache Methode zur Abschätzung der evolutionären Raten von Basensubstitutionen durch vergleichende Untersuchungen von Nukleotidsequenzen. EN: A simple method for estimating evolutionary rates of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences.
22	Kumar et al. (2001)		DE: MEGA2: Software für die Analyse molekularer evolutionärer Genetik. EN: MEGA2: Molecular Evolutionary Genetics Analysis software.
23	Leang et al. (2003)		DE: OmcB, ein C-Typ-Cytochrom des C-Typs, das an der Reduktion von Fe (III) in Geobacter sulfurreducens beteiligt ist. EN: OmcB, a c-type polyheme cytochrome, involved in Fe(III) reduction in Geobacter sulfurreducens.
24	Lee et al. (2000)		DE: Differenzierung von Borrelia burgdorferi sensu lato anhand von RNA-Polymerase-Gen- (rpoB) -Sequenzen. EN: Differentiation of Borrelia burgdorferi sensu lato on the basis of RNA polymerase gene (rpoB) sequences.
25	Liesack & Finster (1994)		DE: Phylogenetische Analyse von fünf Stämmen gramnegativer, obligat anaerober, schwefelreduzierender Bakterien und Beschreibung des Desulfuromusa-Gens. November, einschließlich Desulfuromusa kysingii sp. nov., Desulfuromusa bakii sp. nov. und Desulfuromusa succinoxidans sp. nov. EN: Phylogenetic analysis of five strains of gram-negative, obligately anaerobic, sulfur-reducing bacteria and description of Desulfuromusa gen. nov., including Desulfuromusa kysingii sp. nov., Desulfuromusa bakii sp. nov., and Desulfuromusa succinoxidans sp. nov.
26	Lloyd et al. (2003)		DE: Biochemische und genetische Charakterisierung von PpcA, einem periplasmatischen C-Typ-Cytochrom in Geobacter sulfurreducens. EN: Biochemical and genetic characterization of PpcA, a periplasmic c-type cytochrome in Geobacter sulfurreducens.
27	Loffler et al. (2000)		DE: 16S-rRNA-Gen-basierter Nachweis von Tetrachlorethen-dechlorierenden Desulfuromonas- und Dehalococcoides-Arten. EN: 16S rRNA gene-based detection of tetrachloroethene-dechlorinating Desulfuromonas and Dehalococcoides species.
28	Lonergan et al. (1996)		DE: Phylogenetische Analyse dissimilatorischer Fe (III) -reduzierender Bakterien. EN: Phylogenetic analysis of dissimilatory Fe(III)-reducing bacteria.
29	Lovley (2000); (a)	(a)	DE: Reduktion von Fe (III) und Mn (IV). EN: Fe(III) and Mn(IV) reduction.
30	Lovley (2000); (b)	(b)?	DE: Fe (III) - und Mn (IV) -reduzierende Prokaryoten. EN: Fe(III)- and Mn(IV)-reducing prokaryotes.
31	Lovley (2002)		DE: Analyse des genetischen Potenzials und der Genexpression mikrobieller Gemeinschaften, die an der In-situ-Bioremediation von Uran und der Gewinnung elektrischer Energie aus organischen Stoffen beteiligt sind. EN: Analysis of the genetic potential and gene expression of microbial communities involved in the in situ bioremediation of uranium and harvesting electrical energy from organic matter.
32	Lovley & Phillips (1988)		DE: Neuartige Methode des mikrobiellen Energiestoffwechsels: Organische Kohlenstoffoxidation gekoppelt an dissimilatorische Reduktion von Eisen oder Mangan. EN: Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese.
33	Lovley et al. (1995)		DE: Reduktion von Fe (III) und S0 durch Pelobacter carbinolicus. EN: Fe(III) and S0 reduction by Pelobacter carbinolicus.
34	Maréchal et al. (2000)		DE: Eine phylogenetische RecA-Gen-Analyse bestätigt die Nähe von Frankia zu Acidothermus. EN: A recA gene phylogenetic analysis confirms the close proximity of Frankia to Acidothermus.
35	Nei & Gojobori (1986)		DE: Einfache Methoden zur Abschätzung der Anzahl von synonymen und nicht-synonymen Nukleotidsubstitutionen. EN: Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitutions.
36	Nevin et al. (2003)	?	DE: Reduktion von Fe (III) in Geobacteraceae, Malonomonas rubra und Trichlorbacter thiogenes. EN: Fe(III) reduction in the Geobacteraceae, Malonomonas rubra and Trichlorobacter thiogenes.
37	Nottingham & Hungate (1969)		DE: Methanogene Fermentation von Benzoat. EN: Methanogenic fermentation of benzoate.
38	Peixoto et al. (2002)		DE: Verwendung von rpoBand 16S-rRNA-Genen zur Analyse der bakteriellen Diversität eines tropischen Bodens mit PCR und DGGE. EN: Use of rpoBand 16S rRNA genes to analyze bacterial diversity of a tropical soil using PCR and DGGE.
39	Phillips et al. (1987)		DE: Bestimmung von Fe (III) und Fe (II) in Oxalatextrakten von Sedimenten. EN: Determination of Fe(III) and Fe(II) in oxalate extracts of sediment.
40	Roling et al. (2001)		DE: Beziehungen zwischen der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und der Hydrochemie in einem mit Auslaugungsmitteln belasteten Grundwasserleiter. EN: Relationships between microbial community structure and hydrochemistry in a landfill leachate-polluted aquifer.
41	Rooney-Varga et al. (1999)		DE: Fermentation von 2,3-Butandiol durch Pelobacter carbinolicus sp. nov. und Pelobacter propionicus sp. nov. und Beweise für die Propionatbildung aus C2-Verbindungen. EN: Microbial communities associated with anaerobic benzene degradation in a petroleum-contaminated aquifer.
42	Schink (1984)		DE: Fermentation von 2,3-Butandiol durch Pelobacter carbinolicus sp. nov. und Pelobacter propionicus sp. nov. und Beweise für die Propionatbildung aus C2-Verbindungen. EN: Fermentation of 2,3-butanediol by Pelobacter carbinolicus sp. nov. and Pelobacter propionicus sp. nov., and evidence for propionate formation from C2 compounds.
43	Schink (1985)		DE: Die Fermentation von Acetylen durch einen obligatorischen Anaerobier Pelobacter acetylenicus sp. nov. EN: Fermentation of acetylene by an obligate anaerobe, Pelobacter acetylenicus sp. nov.
44	Schink (1992)		DE: Die Gattung Pelobacter. EN: The genus Pelobacter.
45	Schink & Pfennig (1982)		DE: Fermentation von Trihydroxybenzolen durch Pelobacter acidigallici gen. nov. sp. nov., ein neues, streng anaerobes, nicht-sporenbildendes Bakterium. EN: Fermentation of trihydroxybenzenes by Pelobacter acidigallici gen. nov. sp. nov., a new strictly anaerobic, non-sporeforming bacterium.
46	Schink & Stieb (1983)		DE: Fermentativer Abbau von Polyethylenglykol durch ein streng anaerobes, gramnegatives, nicht sporenbildendes Bakterium, Pelobacter venetianus sp. nov. EN: Fermentative degradation of polyethylene glycol by a strictly anaerobic, gram-negative, non-spore-forming bacterium, Pelobacter venetianus sp. nov.
47	Snoeyenbos-West et al. (2000)		DE: Anreicherung von Geobacterspezies als Reaktion auf die Stimulierung der Fe (III) -Reduktion in sandigen Aquifer-Sedimenten. EN: Enrichment of Geobacterspecies in response to stimulation of Fe(III) reduction in sandy aquifer sediments.
48	Stein et al. (2001)		DE: Bakterielle und archaische Populationen im Zusammenhang mit ferromanganischen Süßwasser-Mikronodulen und Sedimenten. EN: Bacterial and archaeal populations associated with freshwater ferromanganous micronodules and sediments.
49	Sung et al. (2003)		DE: Charakterisierung von zwei Tetrachlorethen-reduzierenden, Acetat-oxidierenden anaeroben Bakterien und deren Beschreibung als Desulfuromonas michiganensis sp. nov. EN: Characterization of two tetrachloroethene-reducing, acetate-oxidizing anaerobic bacteria and their description as Desulfuromonas michiganensis sp. nov.
50	Swofford et al. (1998)		DE: PAUP *. Phylogenetische Analyse mit Parsimony (* und anderen Methoden), Version 4. EN: PAUP*. Phylogenetic Analysis Using Parsimony (*and other methods), version 4.
51	Tamura & Nei (1993)		DE: Schätzung der Anzahl der Nukleotidsubstitutionen in der Kontrollregion der Mitochondrien-DNA bei Menschen und Schimpansen. EN: Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees.
52	Tender et al. (2002)		DE: Nutzung der mikrobiell erzeugten Energie auf dem Meeresboden. EN: Harnessing microbially generated power on the seafloor.
53	Thompson et al. (1994)		DE: clustal w: Verbesserung der Empfindlichkeit der progressiven Anordnung mehrerer Sequenzen durch Sequenzgewichtung, positionsspezifische Lückenstrafen und Wahl der Gewichtungsmatrix. EN: clustal w: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice.
54	Thompson et al. (1997)		DE: Die Benutzeroberfläche von clustal_xwindows: flexible Strategien für das Anpassen mehrerer Sequenzen, unterstützt durch Qualitätsanalysetools. EN: The clustal_xwindows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools.
55	Ueda et al. (1995)		DE: Genetische Diversität von N2-fixierenden Bakterien in Verbindung mit Reiswurzeln durch molekulare Evolutionsanalyse einer nifD-Bibliothek. EN: Genetic diversity of N2-fixing bacteria associated with rice roots by molecular evolutionary analysis of a nifD library.
56	Yamamoto et al. (1999)		DE: Phylogenetische Strukturen der Gattung Acinetobacter basierend auf gyrB-Sequenzen: Vergleich mit der Gruppierung durch DNA-DNA-Hybridisierung. EN: Phylogenetic structures of the genus Acinetobacter based on gyrB sequences: comparison with the grouping by DNA–DNA hybridization.

Geopsychrobacter

Geopsychrobacter ist taxonomisch eine Gattung prokaryotischer Mikroorganismen. Geopsychrobacter gehört zu den Bakterien und die Typusart ist Geopsychrobacter electrodiphilus. G. electrodiphilus ist psychrotolerant und in der Lage, sich an die Anoden von Sediment-Brennstoffzellen anzulagern und Elektrizität durch Hydrolyse von in organischen Verbindungen vorkommenden Kohlenstoffmolekülen zu Sauerstoff zu gewinnen und die Elektronen zur Anode zu transportieren. Dieses Bakterium zersetzt auch Pflanzenmaterial, wobei Wasserstoff in die Atmosphäre und möglicherweise Methangas freigesetzt wird.

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

Mögliche Rolle eines neuartigen psychrotoleranten Mitglieds der Familie Geobacteraceae, Geopsychrobacter electrodiphilus gen. nov., sp. nov, in der Stromproduktion durch eine marine Sediment-Brennstoffzelle

Dawn E. Holmes, Julie S. Nicoll, [...], and Derek R. Lovley

Zusammenfassung

Frühere Studien haben gezeigt, dass Mitglieder der Familie Geobacteraceae, die an den Anoden von Sediment-Brennstoffzellen anhaften, direkt an der Stromgewinnung beteiligt sind, indem sie organische Verbindungen zu Kohlendioxid oxidieren und die Elektronen zur Anode transferieren. Um mehr über diesen Prozess zu erfahren, wurden Mikroorganismen durch Verwendung von Fe-(III)-Oxid angereichert und von der Anodenoberfläche einer marinen Sediment-Brennstoffzelle isoliert. Es wurden zwei einzigartige Marineisolate gewonnen, die Stämme A1T und A2. Sie sind gramnegative, nicht bewegliche Stäbchen, etliche Cytochrome vom Typ C haben. Die phylogenetische Analyse der 16S-rRNA-, recA-, gyrB-, fusA-, rpoB- und nifD-Gene zeigte, dass die Stämme A1T und A2 einen einzigartigen phylogenetischen Cluster innerhalb der Geobacteraceae darstellen. Beide Stämme konnten mit einer Elektrode wachsen, die als einziger Elektronenakzeptor diente und übertrugen ca. 90% der Elektronen, die durch ihre organischen Elektronendonoren an den Elektroden zur Verfügung standen. Diese Organismen sind die ersten psychrotoleranten Mitglieder der bisher bekannten Geobacteraceae und können bei Temperaturen zwischen 4 und 30°C mit einer optimalen Temperatur von 22°C wachsen. Die Stämme A1T und A2 können einen großen Bereich herkömmlicher Elektronenakzeptoren verwenden, einschließlich aller Formen von löslichem und unlöslichem Fe-(III), die getestet wurden, von Anthrachinon-2,6-disulfonat und von S⁰. Neben Acetat können beide Stämme eine Anzahl anderer organischer Säuren, Aminosäuren, langkettiger Fettsäuren und aromatischen Verbindungen verwenden, um das Wachstum mit Fe-(III)-Nitrilotriessigsäure als Elektronenakzeptor zu unterstützen. Der Metabolismus dieser Organismen unterscheidet sich insofern, als nur der Stamm A1T Acetoin, Ethanol und Wasserstoff als Elektronendonor verwenden kann, während nur der Stamm A2 Laktat, Propionat und Butyrat verwenden kann. Der Name Geopsychrobacter electrodiphilus gen. nov., sp. nov., wird für die Stämme A1T und A2 mit dem Stamm A1T (ATCC BAA-880T; DSM 16401T; JCM 12469) als Typstamm vorgeschlagen. Die Stämme A1T und A2 (ATCC BAA-770; JCM 12470) stellen die ersten von Anoden gewonnenen Organismen dar, die die Oxidation organischer Verbindungen effektiv an eine Elektrode koppeln können. Sie können daher als wichtige Modellorganismen für die weitere Aufklärung der Mechanismen der Elektronenübertragung von Mikrobenelektroden in Sedimentbrennstoffzellen dienen.

[Einleitung]

Energie kann aus aquatischen Sedimenten gewonnen werden, indem eine Graphitelektrode in anoxische Sedimente eingegraben wird und eine elektrische Verbindung zwischen dieser Elektrode und einer ähnlichen Elektrode im darüber liegenden aeroben Wasser hergestellt wird (4, 17, 42, 45). Die Gewinnung von Elektrizität aus diesen Sedimenten (4, 17, 42, 45) ist analog zu der von zuvor beschriebenen biologischen Brennstoffzellen (4, 5, 7, 10-13, 15, 20-23, 27, 36-39, 41) 43). Biologische Brennstoffzellen nutzen die natürliche katalytische Fähigkeit von Mikroorganismen, um eine Vielzahl von Substraten zu oxidieren, während sie immer noch Elektronen in einer Form produzieren, die an einer Elektrode gewonnen werden kann. Zum Beispiel wurden Brennstoffzellen konstruiert, die sulfatreduzierende Bakterien verwenden, wobei der mikrobiell erzeugte Schwefelwasserstoff dazu dient, Elektronen zur Elektrodenoberfläche (10, 15) zu transportieren. Außerdem konnte für Fe-(III)-reduzierende Mikroorganismen, wie Shewanella putrefaciens (20, 22), Clostridium butyricum (39), Aeromonas hydrophila (41), Rhodoferax ferrireducens (7), Desulfobulbus propionicusT (16) und verschiedene Arten von Geobacteraceae ( 4, 5) gezeigt werden, dass sie Elektronen direkt von der Oxidation organischer Verbindungen auf die Oberfläche einer Elektrode übertragen, ohne dass ein Shuttle benötigt wird.

In Sedimentbrennstoffzellen sind natürliche Populationen von Mikroorganismen in den anoxischen Sedimenten für den Elektronentransfer zur Stromaufnahmeanode verantwortlich. Frühere molekulare und Kulturstudien haben gezeigt, dass eine spezifische Gruppe von Fe-(III)-reduzierenden Mikroorganismen, die Geobacteraceae, hauptsächlich für die Stromerzeugung durch Sedimentbrennstoffzellen verantwortlich ist (4, 17, 45). Weitere Analysen von Reinkulturen von Geobacteraceae haben gezeigt, dass diese Organismen um ihr Wachstum zu unterstützen, Energie sparen können, indem sie organische Verbindungen zu Kohlendioxid oxidieren, wobei eine Elektrode als einziger Elektronenakzeptor dient (4, 5). Eine wahrscheinliche Erklärung für das Funktionieren von Sedimentbrennstoffzellen besteht daher darin, dass Mikroorganismen in den Sedimenten das organische Sediment aus komplexen Sedimenten in Fermentationsprodukte umwandeln (insbesondere Acetat) und dass die Geobacteraceae, welche die Anode besiedeln, diese Fermentationsprodukte durch Übertragung von Elektronen an die Stromgewinnungselektrode zu Kohlendioxid oxidieren (4). Diese Elektronen fließen dann zur Kathode, die sich im darüber liegenden aeroben Wasser befindet und reagieren Sauerstoff (42).

Um die Stromgewinnung aus aquatischen Sedimenten rational zu optimieren, ist es notwendig, die Mechanismen der Elektronenübertragung von Mikrobenelektroden zu verstehen. Idealerweise sollte dieses Phänomen bei Mikroorganismen untersucht werden, von denen bekannt ist, dass sie Energiegewinnungselektroden in Sedimenten besiedeln. Bislang waren solche Organismen jedoch nicht verfügbar. Hier berichten wir über zwei Stämme, die von den Oberflächen von Elektrizitätsgewinnungselektroden isoliert wurden, die in marinen Sedimenten inkubiert wurden. Beide Isolate stellen eine neuartige Gattung in den Geobacteraceae dar, die bei Temperaturen (4°C) wachsen können, die niedriger liegen, als das zuvor für diese Familie beschrieben wurde. Diese Organismen können auch eine Vielzahl von Elektronendonoren oxidieren, wobei Elektroden und Fe-(III) als terminale Elektronenakzeptoren dienen. Dies ist der erste Bericht über Mikroorganismen, die von Elektrodenoberflächen isoliert wurden und organische Verbindungen mit einer als Elektronenakzeptor dienenden Elektrode effektiv zu Kohlendioxid oxidieren können.

Morphologie.

Die Stämme A1T und A2 wurden aus dem Elektrodenoberflächeninokulum in Anreicherungen mit Acetat (5 mM), das als Elektronendonor bereitgestellt wurde, und kaum kristallisiertem Fe-(III)-oxid (100 mM) als Akzeptor isoliert. Stamm A2 wurde auch auf einem Medium mit Benzoat (0,5 mM), das als Elektronendonor bereitgestellt wurde, und Fe-(III)-Oxid (100 mM) als Akzeptor gewonnen. Beide Stämme sind stabförmig, gekrümmt, gramnegativ und nicht sporulierend; die Abmessungen sind ca. 2,5 bis 4 um mal 0,25 um (Fig. 1.) Die Zellen von beiden Stämmen erschienen einzeln oder in Ketten und bildeten Aggregate, wenn sie mit Fe-(III) als Elektronenakzeptor gezüchtet wurden. Motilität wurde nicht beobachtet.

Temperature optimum. Strains A1T and A2 grew between 4 and 30°C, with an optimum temperature of 22°C, in acetate-amended medium (5 mM) with Fe(III) oxide (100 mM) provided as the electron acceptor (Fig. ​(Fig.2).2). There was no growth above 30°C, and temperatures below 4°C were not tested.

FIG. 2.

Effects of temperature on growth rates of strains A1T and A2. Cells were grown on medium with Fe(III) oxide (100 mM) provided as the electron acceptor and acetate (5 mM) as the electron donor. All data presented are averages from triplicate incubations. ...

Electron donors and acceptors utilized. Both strain A1T (Fig. ​(Fig.3)3) and strain A2 (data not shown) were able to couple the complete oxidation of acetate to CO2 with the reduction of poorly crystalline Fe(III) oxide at temperatures as low as 4°C. The stoichiometry of acetate utilization and Fe(III) reduction indicated that poorly crystalline Fe(III) oxide served as the sole electron acceptor during growth: CH3COO− + 8 Fe3+ + 4H2O → 2HCO3− + 8Fe2+ + 9 H+.

FIG. 3.

Growth of strain A1T on medium with Fe(III) oxide (100 mM) provided as the electron acceptor and acetate (5 mM) as the electron donor. (A) Cultures were incubated at the optimum temperature (22°C). (B) Cultures were incubated at 4°C. All ...

Temperatur-Optimum. Die Stämme A1T und A2 wuchsen zwischen 4 und 30 ° C mit einer optimalen Temperatur von 22 ° C in mit Acetat angepasstem Medium (5 mM), wobei Fe (III) -Oxid (100 mM) als Elektronenakzeptor vorgesehen war (Fig. 2). Über 30 ° C gab es kein Wachstum, und Temperaturen unter 4 ° C wurden nicht getestet.

Abb. 2

Temperatureinflüsse auf die Wachstumsraten der Stämme A1T und A2. Die Zellen wurden auf Medium mit Fe (III) -Oxid (100 mM) als Elektronenakzeptor und Acetat (5 mM) als Elektronendonor gezüchtet. Alle dargestellten Daten sind Durchschnittswerte aus dreifachen Inkubationen. ...

Verwendete Elektronendonoren und -akzeptoren. Sowohl der Stamm A1T (Fig. 3) als auch der Stamm A2 (Daten nicht gezeigt) waren in der Lage, die vollständige Oxidation von Acetat zu CO2 unter Reduktion von schwach kristallinem Fe (III) oxid bei Temperaturen von nur 4 zu koppeln ° C. Die Stöchiometrie der Acetatverwertung und der Fe-(III)-Reduktion zeigte, dass schlecht kristallines Fe (III) -oxid während des Wachstums als einziger Elektronenakzeptor diente: CH₃COO^– + 8 Fe³⁺ + 4H₂O → 2HCO₃^– + 8 Fe²⁺ + 9 H⁺.

Abb. 3.

Wachstum des Stammes A1T auf Medium mit Fe (III) -Oxid (100 mM) als Elektronenakzeptor und Acetat (5 mM) als Elektronendonor. (A) Kulturen wurden bei der optimalen Temperatur (22 ° C) inkubiert. (B) Kulturen wurden bei 4 ° C inkubiert. Alles ...

When acetate was provided as the electron donor, both strains were also able to conserve energy to support growth with colloidal S° (20 g/liter), Mn(IV) oxide (20 mM), Fe(III) pyrophosphate (10 mM), Fe(III) nitrotriacetic acid (NTA) (10 mM), Fe(III) citrate (50 mM), or an electrode poised at +0.52 V (in reference to a standard hydrogen electrode) as the electron acceptor. Both strains could also grow with anthraquinone 2,6,-disulfonate (AQDS; 5 mM) as the electron acceptor when malate (10 mM), but not acetate, was provided as the electron donor. Neither strain was able to utilize sulfate, thiosulfate, sulfite, or fumarate as an electron acceptor.

In addition to using acetate or malate as an electron donor, both strains also grew with several other organic acid donors such as fumarate, citrate, and succinate when Fe(III) NTA (10 mM) was provided as the electron acceptor (Table ​(Table1).1). Strain A1T could utilize more amino acids than strain A2 (i.e., aspartic acid, glycine, and methionine) and could grow when hydrogen (0.1 mM acetate provided as a carbon source), acetoin, or ethanol was provided as the electron donor. Strain A2 was able to couple the oxidation of butyrate to Fe(III) reduction and was the only strain able to utilize lactate or propionate during Fe(III) reduction. Both strains were able to reduce Fe(III) NTA when stearate or benzoate was provided as the electron donor.

Wenn Acetat als Elektronendonor bereitgestellt wurde, waren beide Stämme in der Lage, Energie zu sparen, um das Wachstum durch kolloidales S⁰ (20 g / Liter), Mn (IV) -Oxid (20 mM), Fe (III) -Pyrophosphat (10 mM) zu unterstützen. Fe (III) -nitrotriessigsäure (NTA) (10 mM), Fe (III) -citrat (50 mM) oder eine bei +0,52 V (in Bezug auf eine Standard-Wasserstoffelektrode) als Elektrode akzeptierte Elektrode als Elektronenakzeptor. Beide Stämme konnten auch mit Anthrachinon-2,6-disulfonat (AQDS; 5 mM) als Elektronenakzeptor wachsen, wenn Malat (10 mM), jedoch kein Acetat, als Elektronendonor bereitgestellt wurde. Keiner der beiden Stämme konnte Sulfat, Thiosulfat, Sulfit oder Fumarat als Elektronenakzeptor verwenden.

Neben der Verwendung von Acetat oder Malat als Elektronendonor wuchsen beide Stämme auch mit mehreren anderen organischen Säuren als Donoren, wie Fumarat, Citrat und Succinat, wenn Fe (III) NTA (10 mM) als Elektronenakzeptor bereitgestellt wurde (Tabelle 1). Stamm A1T könnte mehr Aminosäuren als Stamm A2 verwenden (d. H. Asparaginsäure, Glycin und Methionin) und konnte wachsen, wenn Wasserstoff (0,1 mM Acetat als Kohlenstoffquelle), Acetoin oder Ethanol als Elektronendonor bereitgestellt wurde. Stamm A2 konnte die Oxidation von Butyrat mit Fe (III) -Reduktion koppeln und war der einzige Stamm, der während der Fe (III) -Reduktion Lactat oder Propionat verwenden konnte. Beide Stämme waren in der Lage, Fe (III) NTA zu reduzieren, wenn Stearat oder Benzoat als Elektronendonor bereitgestellt wurde.

TABLE 1.

Growth of strains A1 and A2 on various electron donors with Fe(III) NTA (10 mM) provided as the electron acceptor

Cytochrome content.

The dithionite-reduced minus air-oxidized difference spectra of whole-cell suspensions of strains A1T and A2 had absorbance peaks at 420 and 552 nm and a shoulder at 522 nm, indicative of c-type cytochromes. A similar spectrum was obtained with the control, Geobacter sulfurreducens (data not shown).

TABELLE 1.

Wachstum der Stämme A1 und A2 auf verschiedenen Elektronendonoren mit Fe (III) NTA (10 mM) als Elektronenakzeptor

Cytochromgehalt.

Die Dithionit-reduzierten minus luftoxidierten Differenzspektren von Ganzzell-Suspensionen der Stämme A1T und A2 hatten Absorptionspeaks bei 420 und 552 nm und eine Schulter bei 522 nm, was auf C-Typ-Cytochrome hinweist. Ein ähnliches Spektrum wurde mit der Kontrolle Geobacter sulfurreducens erhalten (Daten nicht gezeigt).

Electron transfer to graphite electrodes.

Strains A1T and A2 were able to grow when an electrode was provided as the sole electron acceptor. They both could oxidize several organic acids (acetate, malate, fumarate, and citrate) with electron transfer to an electrode poised at +0.52 V (in reference to a standard hydrogen electrode). When strain A1T was grown with acetate (0.55 mM) provided as the electron donor and a poised electrode as the electron acceptor, 90.2% of the electrons available from the complete oxidation of acetate to CO2 were transferred to the electrode to produce current (maximum current, 3.73 mA/cm2) (Fig. ​(Fig.4A).4A). In addition, current was produced by strain A1T (∼8.89 mA/cm2) when fumarate (2.07 mM) was provided as the electron donor and a poised electrode was the sole electron acceptor (96.3% electron recovery) (Fig. ​(Fig.4C4C).

FIG. 4.

Current production by strains A1T and A2 when an electrode poised at +0.52 V (in reference to the H2 electrode) served as the sole electron acceptor. (A) Strain A1T; acetate (0.55 mM) was provided as the electron donor. (B) Strain A2; malate (1.2 ...

Strain A2 was also able to grow in the anode chamber when organic acids were provided as the fuel. A maximum current of 6.6 mA/cm2 was produced by the complete oxidation of malate (1.2 mM) to CO2 (Fig. ​(Fig.4B),4B), and 85.4% of the electrons available from malate oxidation were recovered as electricity. Significantly higher levels of current were detected when donor concentrations were increased. For example, 121.43 mA/cm2 of current was produced when strain A2 was provided with 10 mM fumarate (data not shown).

Elektronentransfer auf Graphitelektroden. Die Stämme A1T und A2 konnten wachsen, wenn eine Elektrode als einziger Elektronenakzeptor bereitgestellt wurde. Beide konnten mehrere organische Säuren (Acetat, Malat, Fumarat und Citrat) mit Elektronentransfer zu einer Elektrode bei +0,52 V oxidieren (in Bezug auf eine Standard-Wasserstoffelektrode). Wenn der Stamm A1T mit Acetat (0,55 mM) gezüchtet wurde, das als Elektronendonor bereitgestellt wurde, und einer ausgleichenden Elektrode als Elektronenakzeptor, 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, Fig. 4A). Zusätzlich 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% Elektronenrückgewinnung, Fig. 4C).

Abb. 4

Stromerzeugung durch die Stämme A1T und A2, wobei eine Elektrode bei +0,52 V stand (bezogen auf die H2-Elektrode) und als einziger Elektronenakzeptor diente. (A) Stamm A1T; Acetat (0,55 mM) wurde als Elektronendonor bereitgestellt. (B) Stamm A2; Malat (1,2 ...

Stamm A2 konnte auch in der Anodenkammer wachsen, wenn organische Säuren als Brennstoff bereitgestellt wurden. Durch die vollständige Oxidation von Malat (1,2 mM) zu CO2 (Fig. 4B), 4B) wurde ein maximaler Strom von 6,6 mA / cm² erzeugt, und 85,4% der durch Malatoxidation verfügbaren Elektronen wurden als Elektrizität gewonnen. Bei erhöhten Donorkonzentrationen wurden signifikant höhere Stromstärken festgestellt. Beispielsweise wurde ein Strom von 121,43 mA / cm² erzeugt, wenn der Stamm A2 mit 10 mM Fumarat versehen wurde (Daten nicht gezeigt).

Phylogenetic analysis of strains A1T and A2. Phylogenetic analysis of the 16S rRNA and recA genes indicated that strains A1T and A2 cluster within the family Geobacteraceae in the δ subdivision of the Proteobacteria (Fig. ​(Fig.5).5). The 16S rRNA gene sequences from strains A1T and A2 were most similar to that of Malonomonas rubra (95.0% similar) (Table ​(Table2).2). Sequence comparisons between recA, gyrB, rpoB, fusA, and nifD genes from known Geobacteraceae indicated that the gyrB, recA, and nifD genes from strains A1T and A2 are most similar to those of Desulfuromonas palmitatis, while the rpoB and fusA genes are most similar to those of Desulfuromusa succinoxidans (Table ​(Table2).2). Strains A1T and A2 should be considered strains of the same species, and their phylogeny and physiological characteristics warrant the establishment of a new genus and species.

FIG. 5.

Phylogenetic trees constructed by maximum parsimony analysis comparing 16S rRNA and recA gene fragments from strains A1T and A2 to those from other bacterial species and environmental clones. Bootstrap analysis was performed with 100 replicates, and ...

TABLE 2.

Nucleotide and amino acid sequence similarities of 16S rRNA, gyrB, recA, rpoB, fusA, and nifD gene fragments from different Geobacteraceae species to the corresponding genes in strain A1T

Strains A1T and A2 cluster with the predominant 16S rRNA gene sequences associated with the electrode communities previously detected by molecular techniques (Fig. ​(Fig.5)5) (17). For example, ca. 65% of the 16S rRNA sequences associated with the current-harvesting electrodes in marine sediment fuel cells (17) are 90 to 97% similar to the 16S rRNA sequences of strains A1T and A2.

Phylogenetische Analyse der Stämme A1T und A2. Eine phylogenetische Analyse der 16S-rRNA- und -recA-Gene zeigte, dass die Stämme A1T und A2 innerhalb der Familie Geobacteraceae in der δ-Unterteilung der Proteobakterien (Fig. 5) stehen. Die 16S-rRNA-Gensequenzen der Stämme A1T und A2 waren denen von Malonomonas rubra am ähnlichsten (zu 95,0% ähnlich, Tabelle 2). Sequenzvergleiche zwischen recA-, gyrB-, rpoB-, fusA- und nifD-Genen aus bekannten Geobacteraceae zeigten, dass die gyrB-, recA- und nifD-Gene der Stämme A1T und A2 denen von Desulfuromonas palmitatis am ähnlichsten sind, während die Gene rpoB und fusA am ähnlichsten sind zu denen von Desulfuromusa succinoxidans (Tabelle 2). Die Stämme A1T und A2 sollten als Stämme derselben Spezies betrachtet werden, und ihre phylogenetischen und physiologischen Eigenschaften rechtfertigen die Etablierung einer neuen Gattung und Art.

Abb. 5

Phylogenetische Bäume, die durch Maximum Parsimon-Analyse konstruiert wurden, um 16S-rRNA- und recA-Genfragmente der Stämme A1T und A2 mit denen anderer Bakterienspezies und Umweltklone zu vergleichen. Die Bootstrap-Analyse wurde mit 100 Replikaten durchgeführt und ...

TABELLE 2.

Ähnlichkeiten von Nukleotid- und Aminosäuresequenz von 16S-rRNA-, gyrB-, recA-, rpoB-, fusA- und nifD-Genfragmenten aus verschiedenen Geobacteraceae-Arten zu den entsprechenden Genen in Stamm A1T

Die Stämme A1T und A2 stellen die vorherrschenden 16S-rRNA-Gensequenzen, die mit den Elektrodengemeinschaften assoziiert sind, wie zuvor durch molekulare Techniken nachgewiesenen (Fig. 5) (17). Zum Beispiel sind ca. 65% der 16S-rRNA-Sequenzen, die mit den Elektroden zur Stromernte in marinen Sediment-Brennstoffzellen (17) assoziiert sind, zu 90 bis 97% ähnlich zu den 16S-rRNA-Sequenzen der Stämme A1T und A2.

DISCUSSION

Strains A1T and A2 are the first microorganisms recovered in pure culture from an energy-harvesting electrode that have 16S rRNA gene sequences similar to those of organisms detected in situ and can quantitatively transfer electrons from oxidation of organic matter to the electrode surface. These strains also expand the known physiological range of Geobacteraceae, most notably growing at temperatures much lower than those previously reported for this family. Thus, strains A1T and A2 provide important pure-culture models for studying the physiology of electron transfer to electrodes in sediment fuel cells and for the growth of Geobacteraceae at the low temperatures often found in sedimentary environments.

Growth at low temperatures. Many aquatic sediments are perennially cold, and many other sedimentary environments have temperatures that remain at 0 to 8°C throughout the year; i.e., far northern aquifers and permafrost areas (46). Therefore, Fe(III)-reducing organisms capable of growth at such low temperatures have a distinct advantage in cold, Fe(III)-rich subsurface environments. However, only a few dissimilatory Fe(III)-reducing bacteria have previously been reported to grow at these cold temperatures. For example, Fe(III) reduction by psychrotrophic enrichment cultures has been observed at temperatures as low as 1.5°C (46). However, when pyruvate was provided as the electron donor and Fe(III) citrate served as the electron acceptor, cell numbers continued to increase after Fe(III) reduction stopped. These results suggest that metabolic processes other than Fe(III) reduction were occurring in these mixed cultures. Furthermore, no organisms from these enrichment cultures were ever identified, making inferences about their physiologies at cold temperatures difficult. Therefore, in order to truly understand Fe(III) reduction in cold environments, pure isolates must first be characterized.

DISKUSSION

Die Stämme A1T und A2 sind die ersten Mikroorganismen, die in Reinkultur von einer Energiegewinnungselektrode gewonnen wurden und 16S-rRNA-Gensequenzen aufweisen, die denen von in situ nachgewiesenen Organismen ähneln und Elektronen quantitativ von der Oxidation organischer Materie auf die Elektrodenoberfläche übertragen können. Diese Stämme erweitern auch den bekannten physiologischen Bereich von Geobacteraceae und wachsen vor allem bei Temperaturen, die viel niedriger sind als die zuvor für diese Familie angegebenen. Somit liefern die Stämme A1T und A2 wichtige Reinkulturmodelle für die Untersuchung der Physiologie des Elektronentransfers zu Elektroden in Sediment-Brennstoffzellen und für das Wachstum von Geobacteraceae bei niedrigen Temperaturen, die häufig in sedimentären Umgebungen zu finden sind.

Wachstum bei niedrigen Temperaturen. Viele aquatische Sedimente sind ständig kalt, und in vielen anderen Sedimenten herrschen Temperaturen, die das ganze Jahr über bei 0 bis 8 ° C liegen, d. h. in weit nördlichen Aquiferen und in Permafrostgebiete (46). Daher haben Fe (III) -reduzierende Organismen, die bei so niedrigen Temperaturen wachsen können, einen deutlichen Vorteil in kalten, Fe (III) -reichen Untergrundumgebungen. Es wurde jedoch bereits berichtet, dass nur wenige dissimilatorische Fe (III) -reduzierende Bakterien bei diesen kalten Temperaturen wachsen. Zum Beispiel wurde eine Fe (III) -Reduktion durch psychrotrophe Anreicherungskulturen bereits bei Temperaturen von 1,5 ° C beobachtet (46). Wenn jedoch Pyruvat als Elektronendonor bereitgestellt wurde und Fe (III) -citrat als Elektronenakzeptor diente, stieg die Zellzahl weiter an, nachdem die Fe (III) -Reduktion aufgehört hatte. Diese Ergebnisse legen nahe, dass in diesen Mischkulturen andere Stoffwechselprozesse als die Reduktion von Fe (III) stattfanden. Darüber hinaus wurden niemals Organismen aus diesen Anreicherungskulturen identifiziert, was Rückschlüsse auf ihre Physiologie bei kalten Temperaturen erschwert. Um die Fe (III) -Reduktion in kalten Umgebungen wirklich verstehen zu können, müssen daher zunächst reine Isolate charakterisiert werden.

Growth by several Shewanella species capable of Fe(III) citrate reduction has been observed at temperatures between <0 and 4°C (6, 28). Sulfate-reducing microorganisms capable of growth with sulfate at −1.8°C have also been reported to use Fe(III) citrate as an electron acceptor (24). However, no data on growth with Fe(III) at reduced temperatures were provided for any of these organisms, and they were not reported to use insoluble Fe(III) oxides, the primary form of Fe(III) in most sedimentary environments (31). R. ferrireducens is capable of dissimilatory Fe(III) reduction at temperatures as low as 4°C (14) and can transfer electrons to Fe(III) oxide as well as to electrodes (7). Although R. ferrireducens shows promise for the conversion of sugars and other organic compounds to electricity in contained microbial fuel cells (7), organisms closely related to R. ferrireducens do not appear to be important colonizers of electrodes in sediment fuel cells (4, 17, 45).

Until recently, microorganisms in the family Geobacteraceae were reported to grow at temperatures ranging from 25 to 40°C (31). These temperatures closely corresponded to the temperatures for enrichment and isolation of each organism. More recently, enrichment and isolation at 55°C yielded a thermophilic member of the Geobacteraceae, Geothermobacter ehrlichii, which can grow at temperatures as high as 65°C (19). Strains A1T and A2 are the first members of the Geobacteraceae found to grow at temperatures as low as 4°C. The recovery of these strains with the ability to grow at lower temperatures probably reflects the fact that the temperature for enrichment and isolation was lower than those typically used in previous attempts to recover such organisms.

Bei Temperaturen zwischen <0 und 4 ° C wurde Wachstum von mehreren Shewanella-Arten beobachtet, die zur Reduktion von Fe (III) -Citrat befähigt sind (6, 28). Es wurde ebenfalls berichtet, dass sulfatreduzierende Mikroorganismen, die mit Sulfat bei –1,8 ° C wachsen können, Fe (III) -citrat als Elektronenakzeptor verwenden (24). Zu keinem dieser Organismen wurden jedoch Daten zum Wachstum von Fe (III) bei herabgesetzten Temperaturen vorgelegt, und es wurde nicht berichtet, dass unlösliche Fe (III) -Oxide, die primäre Form von Fe (III) in den meisten Sedimentationsumgebungen, verwendet werden (31). R. ferrireducens ist in der Lage, die Reduktion von Fe (III) bei Temperaturen bis zu 4 ° C (14) zu reduzieren und kann Elektronen sowohl zu Fe (III) -oxid als auch zu Elektroden (7) übertragen. Obwohl R. ferrireducens vielversprechend für die Umwandlung von Zuckern und anderen organischen Verbindungen in Elektrizität in enthaltenen mikrobiellen Brennstoffzellen ist (7), scheinen mit R. ferrireducens eng verwandte Organismen keine wichtigen Besiedler von Elektroden in Sediment-Brennstoffzellen zu sein (4, 17, 45).

Bis vor kurzem wurde berichtet, dass Mikroorganismen der Familie Geobacteraceae bei Temperaturen im Bereich von 25 bis 40 ° C wachsen (31). Diese Temperaturen entsprachen weitgehend den Temperaturen für die Anreicherung und Isolierung jedes Organismus. In jüngerer Zeit wurde durch Anreicherung und Isolierung bei 55 ° C ein thermophiles Mitglied der Geobacteraceae, Geothermobacter ehrlichii, erhalten, das bei Temperaturen von bis zu 65 ° C wachsen kann (19). Die Stämme A1T und A2 sind die ersten Mitglieder der Geobacteraceae, die bei Temperaturen von nur 4 ° C wachsen. Die Gewinnung dieser Stämme mit der Fähigkeit, bei niedrigeren Temperaturen zu wachsen, spiegelt wahrscheinlich die Tatsache wider, dass die Temperatur für die Anreicherung und Isolierung niedriger war als die, die bei früheren Versuchen zur Gewinnung solcher Organismen üblicherweise verwendet wurde.

Relevance to power production from sediment fuel cells. It is important to study organisms that have been directly isolated from the anode surface in order to fully understand the mechanisms involved in microbial electron transfer to energy-harvesting electrodes. Prior to this study, only two organisms had been isolated from the anode of a microbial fuel cell: C. butyricum (39) and A. hydrophila (41) strains. Both the Clostridium and Aeromonas strains were able to grow in a microbial fuel cell and generate current; however, their energy to support growth could be attributed primarily to fermentative metabolism (39, 41). Molecular and culturing studies have shown that fermentative organisms are not enriched on the surfaces of current-harvesting electrodes (4, 17, 45), suggesting that fermentative microorganisms do not play a significant role in power production by sediment fuel cells.

The available evidence suggests that power production in sediment fuel cells can be attributed primarily to Geobacteraceae that can oxidize acetate and other organic acids to carbon dioxide with an electrode serving as the sole electron acceptor. Analysis of 16S rRNA gene sequences on the surfaces of energy-harvesting electrodes in sediments demonstrated that the electrodes were heavily enriched with Geobacteraceae in comparison to control electrodes not harvesting power (4, 17, 45). For example, approximately 65% of the 16S rRNA gene sequences associated with the active anodes from various sediment fuel cells were most similar to those of bacteria from the family Geobacteraceae that are known to completely oxidize acetate and reduce Fe(III), whereas only ca. 10% of the bacterial sequences were most similar to those of fermentative microorganisms (4, 17, 45). Furthermore, the percentages of fermentative organisms on the active anodes were similar to those found on control electrodes placed in the sediment but not harvesting current, suggesting that fermentation was not associated with energy harvesting (4, 17, 45). In contrast, quantitative PCR indicated that Geobacteraceae were 100-fold more abundant on energy-harvesting electrodes than on control electrodes not harvesting current (4, 17).

Relevanz für die Stromerzeugung aus Sediment-Brennstoffzellen. Es ist wichtig, Organismen zu untersuchen, die direkt von der Anodenoberfläche isoliert wurden, um die Mechanismen der Übertragung mikrobieller Elektronen auf die Energiegewinnungselektroden vollständig zu verstehen. Vor dieser Studie waren nur zwei Organismen aus der Anode einer mikrobiellen Brennstoffzelle isoliert worden: C. butyricum (39) und A. hydrophila (41). Sowohl der Clostridium- als auch der Aeromonas-Stamm konnten in einer mikrobiellen Brennstoffzelle wachsen und Strom erzeugen; Ihre Energie zur Unterstützung des Wachstums konnte jedoch hauptsächlich dem fermentativen Stoffwechsel zugeschrieben werden (39, 41). Molekulare und Kulturstudien haben gezeigt, dass fermentative Organismen an den Oberflächen der Elektroden für die Stromernte (4, 17, 45) nicht angereichert sind, was darauf schließen lässt, dass fermentative Mikroorganismen keine wesentliche Rolle bei der Energieerzeugung durch Sediment-Brennstoffzellen spielen.

Die verfügbaren Beweise legen nahe, dass die Energieerzeugung in Sedimentbrennstoffzellen in erster Linie auf Geobacteraceae zurückzuführen ist, die Acetat und andere organische Säuren mit einer Elektrode als alleiniger Elektronenakzeptor zu Kohlendioxid oxidieren können. Die Analyse von 16S-rRNA-Gensequenzen auf den Oberflächen von Energiegewinnungselektroden in Sedimenten zeigte, dass die Elektroden im Vergleich zu Kontrollelektroden, die keine Ernteleistung hatten, stark mit Geobacteraceae angereichert waren (4, 17, 45). Zum Beispiel waren etwa 65% der 16S-rRNA-Gensequenzen, die mit den aktiven Anoden aus verschiedenen Sediment-Brennstoffzellen assoziiert sind, denjenigen von Bakterien aus der Familie Geobacteraceae am ähnlichsten, von denen bekannt ist, dass sie Acetat vollständig oxidieren und Fe (III) reduzieren, während nur ca . 10% der bakteriellen Sequenzen waren denen fermentativer Mikroorganismen am ähnlichsten (4, 17, 45). Darüber hinaus waren die prozentualen Anteile fermentativer Organismen auf den aktiven Anoden denjenigen ähnlich, die an Kontrollelektroden im Sediment, jedoch nicht beim Erntestrom gefunden wurden, was darauf schließen lässt, dass die Fermentation nicht mit der Energiegewinnung verbunden war (4, 17, 45). Im Gegensatz dazu zeigte die quantitative PCR, dass Geobacteraceae an Energiegewinnungselektroden um das 100-fache häufiger waren als an Steuerelektroden, die keinen Strom ernten (4, 17).

Although Geobacteraceae previously available in culture have been shown to effectively transfer electrons to electrodes (4, 5), there is considerable physiological diversity within the Geobacteraceae (31, 32). Therefore, it is preferable to conduct detailed studies on electron transfer to electrodes by the Geobacteraceae with species that have been isolated from electrode surfaces. In order to increase the chances of recovering microorganisms that were actually involved in energy production by the marine sediment fuel cell, enrichment cultures were enriched, isolated, and studied at temperatures representative of sedimentary environments, rather than at the higher temperatures at which many previously described Geobacteraceae have been isolated. Furthermore, Fe(III) oxide was used as the electron acceptor in order to provide an electron acceptor that, like a graphite electrode, was insoluble and would require reduction at the outer cell surface. Acetate, which is likely to be the primary electron donor for electricity production by sediment fuel cells (4), was provided as the electron donor.

This culturing approach appeared to yield organisms that were closely related to microorganisms associated with current-harvesting anodes. Phylogenetic comparisons indicated that the 16S rRNA gene sequences from strains A1T and A2 were 90 to 97% similar to those of the predominant organisms associated with current-harvesting electrodes in marine sediment fuel cells (17). In addition, the facts that strains A1T and A2 could convert ca. 90% of the electrons available in their electron donors to electricity and that they are capable of utilizing acetate as an electron donor for current production suggest that strains A1T and A2 provide good pure culture models for further investigations into the mechanisms of microbial electron transfer to sediment fuel cells.

Obwohl gezeigt wurde, dass Geobacteraceae, die zuvor in Kultur verfügbar waren, Elektronen effektiv auf die Elektroden (4, 5) übertragen, besteht eine beträchtliche physiologische Vielfalt innerhalb der Geobacteraceae (31, 32). Daher ist es vorzuziehen, detaillierte Untersuchungen zum Elektronentransfer zu Elektroden durch Geobacteraceae mit Spezies durchzuführen, die von Elektrodenoberflächen isoliert wurden. Um die Chancen der Gewinnung von Mikroorganismen, die tatsächlich an der Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle für maritime Sedimente beteiligt sind, zu erhöhen, wurden Anreicherungskulturen bei Temperaturen angereichert, isoliert und untersucht, die für Sedimentumgebungen repräsentativ sind, und nicht bei den höheren Temperaturen, bei denen viele zuvor beschriebene Geobacteraceae isoliert wurden. Darüber hinaus wurde Fe (III) -oxid als Elektronenakzeptor verwendet, um einen Elektronenakzeptor bereitzustellen, der wie eine Graphitelektrode unlöslich ist und an der äußeren Zelloberfläche reduziert werden müsste. Als Elektronendonator wurde Acetat bereitgestellt, das wahrscheinlich der primäre Elektronendonor für die Stromerzeugung durch Sediment-Brennstoffzellen (4) ist.

Dieser Kultivierungsansatz schien Organismen zu liefern, die eng mit Mikroorganismen verwandt waren, die mit den Anoden zur Stromgewinnung assoziiert sind. Phylogenetische Vergleiche zeigten, dass die 16S-rRNA-Gensequenzen der Stämme A1T und A2 zu 90 bis 97% den vorherrschenden Organismen ähnelten, die mit den Stromabnehmerelektroden in marinen Sediment-Brennstoffzellen assoziiert sind (17). Außerdem könnten die Tatsachen, dass die Stämme A1T und A2 ca. 90% der Elektronen, die in ihren Elektronendonatoren für Elektrizität verfügbar sind und die in der Lage sind, Acetat als Elektronendonor für die Stromproduktion zu verwenden, nahe legen, dass die Stämme A1T und A2 gute Reinkulturmodelle für weitere Untersuchungen der Mechanismen des Mikrobentransfers in Sediment-Brennstoffzellen bieten.

Further optimization of microbe-electrode electron transfer for applications such as energy harvesting and bioremediation will require a better understanding of the mechanisms of this process. The physiological characteristics of strains A1T and A2 and the fact that they are colonizers of electrodes in sediments suggest that they are good candidates for such further studies.

Description of Geopsychrobacter, gen. nov. Geopsychrobacter (Gr. n. ge, earth; Gr. adj. psukhros, cold; N.L. masc. n. bacter [from Gr. n. bakterion], a rod; N.L. masc. n. Geopsychrobacter, a rod from cold earth). Cells are curved rods that occur as single cells or in chains and are nonmotile. Cells do not have pili or flagella and do not form spores. Cell wall structure is typical of a gram-negative bacterium. Geopsychrobacter can grow at temperatures as low as 4°C and is a strictly anaerobic chemoorganotroph which can conserve energy to support growth by coupling the oxidation of acetate or malate to the reduction of Fe(III), S°, Mn(IV), or AQDS. Organisms in this genus are also able to directly transfer electrons to a current-harvesting electrode. Reduction of poorly crystalline Fe(III) oxide results in the formation of magnetite. Cells contain abundant c-type cytochromes. The genus Geopsychrobacter belongs to the family Geobacteraceae, in the δ subdivision of the Proteobacteria. The type strain of the genus Geopsychrobacter is Geopsychrobacter electrodiphilus strain A1T.

Habitat. Strains A1T and A2 were isolated from the surface of an anaerobic electrode in a laboratory-incubated marine sediment fuel cell. Sediments were collected from Boston Harbor, Mass., near the World's End peninsula, at a water depth of 5 m.

Die weitere Optimierung der Elektronenübertragung mit Mikrobenelektroden für Anwendungen wie Energy Harvesting und Bioremediation erfordert ein besseres Verständnis der Mechanismen dieses Prozesses. Die physiologischen Eigenschaften der Stämme A1T und A2 und die Tatsache, dass sie Besiedler von Elektroden in Sedimenten sind, legen nahe, dass sie gute Kandidaten für solche weiteren Untersuchungen sind.

Beschreibung von Geopsychrobacter, gen. nov. Geopsychrobacter (Gr. N. Ge. Erde; Gr. Adj. Psukhros, kalt; N. L. masc. N. Bacter [aus Gr. N. Bakterion], ein Stab; N. L. mar. N. Geopsychrobacter, ein Stab aus kalter Erde). Zellen sind gekrümmte Stäbe, die als einzelne Zellen oder in Ketten vorkommen und nicht beweglich sind. Die Zellen haben keine Pili oder Flagellen und bilden keine Sporen. Die Zellwandstruktur ist typisch für ein gramnegatives Bakterium. Geopsychrobacter kann bei Temperaturen von nur 4 ° C wachsen und ist ein streng anaerober Chemoorganotropher, der Energie zur Unterstützung des Wachstums durch Ankopplung der Oxidation von Acetat oder Malat an die Reduktion von Fe (III), S °, Mn (IV) oder AQDS. Organismen dieser Gattung sind auch in der Lage, Elektronen direkt auf eine Stromsammelelektrode zu übertragen. Die Reduktion von schlecht kristallinem Fe (III) -oxid führt zur Bildung von Magnetit. Zellen enthalten reichlich C-Typ Cytochrome. Die Gattung Geopsychrobacter gehört zur Familie Geobacteraceae, in der δ-Unterteilung der Proteobakterien. Der Typstamm der Gattung Geopsychrobacter ist der Geopsychrobacter electrodiphilus-Stamm A1T.

Lebensraum. Die Stämme A1T und A2 wurden von der Oberfläche einer anaeroben Elektrode in einer im Labor inkubierten Marinesediment-Brennstoffzelle isoliert. Sedimente wurden in Boston Harbor, Massachusetts, in der Nähe der Halbinsel World's End, in einer Wassertiefe von 5 m gesammelt.

Description of Geopsychrobacter electrodiphilus, sp. nov., strain A1T. Geopsychrobacter electrodiphilus (N.L. n. electrodum, electrode; Gr. adj. philos, loving, friendly; N.L. masc. adj. electrodiphilus, electrode loving). Nonmotile, gram-negative curved rods, approximately 2.5 μm in length and 0.22 μm in diameter. G. electrodiphilus can couple the reduction of Fe(III) to the oxidation of aspartic acid, glutamic acid, glycine, alanine, methionine, acetate, succinate, malate, citrate, fumarate, pyruvate, peptone, tryptone, Casamino Acids, yeast extract, acetoin, ethanol, hydrogen, benzoate, or stearate. No growth was observed when lysine, serine, tyrosine, histidine, formate, butyrate, valerate, lactate, propionate, methanol, or nitrotriacetic acid was provided as the electron donor. This species can utilize Fe(III), AQDS, Mn(IV) oxide, and colloidal S° as electron acceptors and can transfer electrons to a current-harvesting anode. No growth was observed when sulfate, sulfite, thiosulfate, fumarate, or malate was provided as the electron acceptor, with acetate or malate as the electron donor. Growth occurs at temperatures between 4 and 30°C (optimum temperature, approximately 22°C).

This strain has been deposited in the American Type Culture Collection (ATCC BAA-880), the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSM 16401), and the Japan Collection of Microorganisms (JCM 12470).

Beschreibung von Geopsychrobacter electrodiphilus, sp. Nov., Stamm A1T. Geopsychrobacter electrodiphilus (N.L. n. Electrodum, Elektrode; Gr. Adj. Philos, liebevoll, freundlich; N.L. masc. Adj. Electrodiphilus, elektrodenliebend). Nicht-bewegliche, gramnegative gekrümmte Stäbe mit einer Länge von etwa 2,5 µm und einem Durchmesser von 0,22 µm. G. electrodiphilus kann die Reduktion von Fe (III) mit der Oxidation von Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycin, Alanin, Methionin, Acetat, Succinat, Malat, Citrat, Fumarat, Pyruvat, Pepton, Trypton, Casaminosäuren, Hefeextrakt koppeln. Acetoin, Ethanol, Wasserstoff, Benzoat oder Stearat. Es wurde kein Wachstum beobachtet, wenn Lysin, Serin, Tyrosin, Histidin, Formiat, Butyrat, Valerat, Lactat, Propionat, Methanol oder Nitrotriessigsäure als Elektronendonor bereitgestellt wurde. Diese Spezies kann Fe (III), AQDS, Mn (IV) -Oxid und kolloidales S ° als Elektronenakzeptoren verwenden und kann Elektronen auf eine stromaufnehmende Anode übertragen. Es wurde kein Wachstum beobachtet, wenn Sulfat, Sulfit, Thiosulfat, Fumarat oder Malat als Elektronenakzeptor bereitgestellt wurde, mit Acetat oder Malat als Elektronendonor. Das Wachstum erfolgt bei Temperaturen zwischen 4 und 30 ° C (optimale Temperatur ca. 22 ° C).

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.

ACKNOWLEDGMENTS

This research was supported by the Office of Naval Research (ONR) (grant N00014-00-1-0776), the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Defense Sciences Office (DSO) (grant N66001-02-C-8044), and the Office of Science (Biological and Environmental Research), U.S. Department of Energy (cooperative agreement DE-FC02-02ER63446).

ARTICLE INFORMATION

Appl Environ Microbiol. 2004 Oct; 70(10): 6023–6030.

doi: 10.1128/AEM.70.10.6023-6030.2004

PMCID: PMC522133

PMID: 15466546

Dawn E. Holmes, Julie S. Nicoll, Daniel R. Bond, and Derek R. Lovley*

Department of Microbiology, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts

*Corresponding author. Mailing address: Department of Microbiology, 106N Morrill IV N, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003. Phone: (413) 545-9651. Fax: (413) 545-1578. E-mail: [[1]].

Received 2003 Nov 26; Accepted 2004 Jun 16.

Copyright © 2004, American Society for Microbiology

This article has been corrected. See Appl Environ Microbiol. 2009 February; 75(3): 885.

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LPSN

Die List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclatur (LPSN) ist eine Online-Datenbank, in der Informationen zur Benennung und Taxonomie von Prokaryoten gemäß den Taxonomieanforderungen und -bestimmungen des Internationalen Codes für die Nomenklatur von Bakterien („Bakteriologischer Code“) geführt werden. Der Name der Datenbank bedeutet in etwa „Liste der prokaryotischen Namen mit ihrem Stand in der Nomenklatur.“

Die Datenbank wurde von 1997 bis Juni 2013 von J. P. Euzéby und ab Juli 2013 von Aidan C. Parte kuratiert. Die Prokaryotentaxonomie (die Taxonomie von Archaeen und Bakterien) wird durch die Zeitschrift International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSB / IJSEM) aktualisiert.

LPSN wird von gandi.net-Servern in Paris, Frankreich, gehostet (Ressourcenbeschreibung/ Allgemeine Informationen der LPSN:[4] / http://www.bacterio.net/-generalinformation.html / ).

Auslagerung aus Artikelvorbereitung „Geobacteraceae“ - von Baustelle 3.9

zweiter Anfang

Einleitung aus Zhao et al. (2015) – Potenzial für direkten Interspezies-Elektronentransfer in einem elektrisch anaeroben System zur Steigerung der Methanproduktion aus der Schlammfaulung

tabelle x

ausgelagerte Tabelle: Benutzer:Dirk123456/Baustellenbaustelle 001/Baustelle-A/Baustelle-A.5

tabelle y

Zhou et al. (2017) – Die Zugabe von Biokohle erhöht die Geschwindigkeit der dissimilatorischen Eisenreduktion und der Methanogenese in Ferrihydritanreicherungen.

Ye et al. (2018) – Roter Schlamm verbessert die Methanogenese bei gleichzeitiger Verbesserung der Hydrolyse-Ansäuerung und der elektrischen Leitfähigkeit.

• Der Artikel ist nicht frei zugänglich. Der graphische Abstrakt zeigt die direkte elektrische Verbindung zwischen Syntrophic Bacteria und Methanogenic Archaea. Im Abstarkt wird beschrieben, dass roter Schlamm die Leitfähigkeit steigert und diese (durch Eisenreduktion zu Magnetit) zunimmt. Die höhere Leitfähigkeit steigerte die Methanbildung durch den Elektronentransfer zwischen syntrophen Geobacteraceae und den Methanbildnern Methanosaeta und Methanosarcina.

Chen et al. (2014) – Förderung des Elektronentransfers zwischen den Spezies mit Pflanzenkohle.

• Biokohle, ein holzkohleähnliches Produkt der unvollständigen Verbrennung organischer Materialien, ist eine immer populärer werdende Bodenverbesserung zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Wir untersuchten die Möglichkeit, dass Biokohle den direkten Interspezies-Elektronentransfer (DIET) auf ähnliche Weise fördern kann, wie er zuvor für granulare Aktivkohle (GAC) berichtet wurde. Obwohl die untersuchten Biokohlen 1000 Mal weniger leitfähig waren als GAC, stimulierten sie DIET in Co-Kulturen von Geobacter metallireducens mit Geobacter sulfurreducens oder Methanosarcina barkeri, in denen Ethanol der Elektronendonor war. Die Zellen waren an dem Biokohle befestigt, jedoch nicht in engem Kontakt, was darauf hindeutet, dass Elektronen eher als biologische elektrische Verbindungen durch die Biokohle geleitet werden. Die Feststellung, dass Biokohle die DIET stimulieren kann, kann eine wichtige Überlegung bei der Änderung von Böden mit Biokohle sein und dazu beitragen, zu erklären, warum Biokohle die Methanproduktion aus organischen Abfällen unter anaeroben Bedingungen verbessern kann.

Rotaru et al. (2014) – Direkter Interspezies-Elektronentransfer zwischen Geobacter metallireducens und Methanosarcina barkeri.

• Direct Interspecies Electron Transfer (DIET) ist möglicherweise eine effektive Form der Syntrophie in methanogenen Gemeinschaften, aber es ist wenig über die Vielfalt der DIET-fähigen Methanogene bekannt. Die Fähigkeit von Methanosarcina barkeri zur Teilnahme an DIET wurde in Zusammenarbeit mit Geobacter metallireducens bewertet. Kokulturen bildeten Aggregate, die über DIET während der stöchiometrischen Umwandlung von Ethanol zu Methan Elektronen teilten. Kokulturen konnten nicht mit einem Pilin-defizienten G. metallireducens-Stamm initiiert werden, was darauf schließen lässt, dass der Elektronentransfer über große Distanzen entlang der Pili für DIET wichtig ist. Änderungen der körnigen Aktivkohle ermöglichten den Pilin-defizienten G. metallireducens-Isolaten, Elektronen mit M. barkeri zu teilen, was zeigt, dass dieses leitfähige Material Pili bei der Förderung von DIET ersetzen kann. Als M. barkeri in Co-Kultur mit dem H2-produzierenden Pelobacter carbinolicus gezüchtet wurde, der zu DIET nicht in der Lage war, verwendete M. barkeri H2 als Elektronendonor, metabolisierte jedoch wenig von dem von P.carbinolicus produzierten Acetat. Dies deutete darauf hin, dass H2, aber keine von DIET abgeleiteten Elektronen, den Acetatstoffwechsel hemmen. P. carbinolicus-M. Barkeri-Kokulturen sammelten sich nicht, was zeigt, dass im Gegensatz zu DIET kein enger physischer Kontakt für die Übertragung von H2 zwischen den Spezies erforderlich war. M. barkeri ist das zweite Methanogen, bei dem über DIET Elektronen angenommen werden, und das erste Methanogen, von dem bekannt ist, dass es entweder H2 oder von DIET abgeleitete Elektronen zur CO2-Reduktion verwenden kann. Darüber hinaus ist M. barkeri genetisch verwertbar, wodurch es zu einem Modellorganismus zur Aufklärung von Mechanismen wird, durch die Methanogene biologische elektrische Verbindungen mit anderen Zellen herstellen.

Lovley et al. (1998) – Keine Methanogenese: – D. R. Lovley  J. L. Fraga  E. L. Blunt-Harris  L. A. Hayes  E. J. P. Phillips  J. D. Coates / First published: 14 December 1998 / https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-401X(199805)26:3<152::AID-AHEH152>3.0.CO;2-D / Huminstoffe als Vermittler bei der mikrobiell katalysierten Metallreduktion

• Es wurde untersucht, inwieweit Huminstoffe als terminale Elektronenakzeptoren bei der mikrobiellen Atmung und als Vermittler bei der Elektronenübertragung zwischen Fe(III)‐reduzierenden Mikroorganismen und unlöslichen Fe(III)‐oxiden fungieren können. Das Fe(III)‐reduzierende Bakterium Geobacter metallireducens gewinnt Energie zum Wachstum aus der Elektronenübertragung auf Huminstoffe. Das wurde offensichtlich, als nach 9 aufeinanderfolgenden Transfers des Bakteriums auf frisches Medium mit Acetat als Elektronendonor und Boden‐Huminstoff als Elektronenakzeptor seine Fähigkeit zur Oxidation von Acetat zu CO2 erhalten blieb. Das Wachstum von G. metallireducens mit niedrigkristallinem Fe(III)‐oxid als Elektronenakzeptor konnte durch den Zusatz des Huminstoff‐Analogen Anthrachinon‐2,6‐disulfonat bereits in Konzentrationen von 100 μmol/L deutlich stimuliert werden. Auch weitere untersuchte Chinone wie z.B. Lawson (2‐Hydroxy‐1,4‐naphthochinon), Menadion (2‐Methyl‐1,4‐naphthochinon) und Anthrachinon‐2‐sulfonat stimulierten die Fe(III)‐oxid‐Reduktion. Eine große Anzahl phylogenetisch unterschiedlicher Mikroorganismen, die zur Fe(III)‐Reduktion befähigt sind, zeigten gleichzeitig die Fähigkeit zum Elektronentransfer auf Huminstoffe. Zur Fe(III)‐Reduktion nicht befähigte Mikroorganismen konnten auch Huminstoffe nicht reduzieren. Durch Huminstoffe konnte die Reduktion von Fe(III) stimuliert werden, das in die Struktur von Tonmineralen und in kristalline Formen des Fe(III)‐oxids, Goethit und Hämatit, eingebaut ist. Diese Ergebnisse zeigen, daß durch die vermittelnde Funktion der Huminstoffe bei der Elektronenübertragung zwischen Fe(III)‐reduzierenden Mikroorganismen und Fe(III) nicht nur die mikrobielle Reduktion von niedrigkristallinem Fe(III)‐oxid beschleunigt wird, sondern auch die Reduktion von solchen Formen des Fe(III) erleichtert wird, welche im allgemeinen in Abwesenheit von Huminstoffen durch Fe(III)‐reduzierende Mikroorganismen nicht reduziert werden. Die Zugabe von Huminstoffen zur Verbesserung der Elektronenübertragung zwischen Fe(III)‐reduzierenden Mikroorganismen und Fe(III)‐oxiden könnte eine nützliche Strategie zur Stimulierung der Sanierung von mit organischen oder metallischen Kontaminanten verunreinigten Böden und Sedimenten sein.

Zhou et al. (2014) – Die Zugabe von Biokohle erhöht die Geschwindigkeit der dissimilatorischen Eisenreduktion und der Methanogenese in Ferrihydritanreicherungen. / Zhou GW, Yang XR, Marshall CW, Li H, Zheng BX, Yan Y, Su JQ, Zhu YG./ Graphischer Abstrakt: Zwischen den Geobacteraceae und den Methanogenen sind Humusstoffe, Eisenoxid und freie Elektronen; aus den Methanogenen entweicht Gas.

• Biokohle enthält Chinone und aromatische Strukturen, die den extrazellulären Elektronentransfer zwischen mikrobiellen Zellen und unlöslichen Mineralien erleichtern. In dieser Studie wurden granulierte Biokohle (1,2-2 mm) und pulverisierte Biokohle (<0,15 mm) um zwei Anreicherungen von Ferrihydrit (in situ Ferrihydrit und ex situ Ferrihydrit) ergänzt, um die Wirkung von Biokohle mit unterschiedlichen Partikelgrößen auf dissimilatorisches Eisen (III ) reduzierende Bakterien (DIRB) und Methanogene. Die Zugabe von Biokohle stimulierte signifikant die Reduktion von in situ Ferrihydrit und ex situ Ferrihydrit und die Produktion von Methan. Pulverförmige Pflanzenkohlezusätze erhöhten die Eisenreduktion im Vergleich zu granulierten Biokohlenstoffänderungen sowohl in den in situ-Ferrihydrit- als auch in den ex situ-Ferrihydritanreicherungen. Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied in der Methanproduktion zwischen den pulverisierten Biokohle- und granulierten Biokohle-Ergänzungen in den beiden Ferrihydrit-Anreicherungen beobachtet. Die Analyse der 16S-rRNA-Gensequenzen zeigte, dass sowohl DIRB als auch Methanogene nach Änderungen der Biokohle in In-situ-Ferrihydrit- und Ex-situ-Ferrihydritanreicherungen angereichert wurden. Taxa, die zu den Geobacteraceae gehören, und die Methanosarcina zugehörige methanogene Gattung wurden mit signifikant höheren relativen Häufigkeiten bei pulverförmigen Biokohle-Ergänzungen nachgewiesen als bei granulierten Biokohle-Ergänzungen in beiden Ferrihydrit-Anreicherungen. Die Röntgenbeugungsanalyse ergab, dass Grünrost [Fe2 (CO3) (OH)] und Vivianit [Fe3 (PO4) 2 8 (H2O)] in den ex-situ Ferrihydrit- und in situ-Ferrihydrit-Anreicherungen ohne Zusatz von Biokohle gebildet wurden. Nach der granulierten Pflanzenkohle wurde die mineralische Phase in der ex situ Ferrihydritanreicherung vom Grünrost in Vivianit geändert, während kristalliner Vivianit und Eisenoxid (γ-Fe2O3) gleichzeitig in der in situ Ferrihydritanreicherung nachgewiesen wurden. In beiden Ferrihydrit-Anreicherungen wurde in den pulverförmigen Pflanzenkohle-Ergänzungen keine kristalline Eisenverbindung gefunden. Insgesamt hat unsere Studie gezeigt, dass der Zusatz von Biokohle die eisenreduzierenden und methanbildenden mikrobiellen Gemeinschaften in gewissem Maße beeinträchtigte. /SCHLÜSSELWÖRTER: granulierter Pflanzenkohle; Eisen (III) -Reduktion; Eisen (III) -reduzierende Bakterien; Methanogenese; Methanogene; pulverisierte Pflanzenkohle

Smith et al. (2015) – Smith, J. A., Nevin, K. P., and Lovley, D. R. (2015). Syntrophic growth via quinone-mediated interspecies electron transfer. Front. Microbiol. 6:121. doi: 10.3389/fmicb.2015.00121 / Jessica A. Smith *, Kelly P. Nevin und Derek R. Lovley / Syntrophisches Wachstum durch Chinon-vermittelten Elektronentransfer zwischen den Spezies

• Die Mechanismen, über die mikrobielle Spezies Elektronen austauschen, sind von Interesse, da der Elektronentransfer zwischen den Spezies die metabolischen Fähigkeiten mikrobieller Gemeinschaften erweitern kann. Frühere Studien mit dem Huminsubstanzanalogon Anthrachinon-2,6-disulfonat (AQDS) deuteten darauf hin, dass der Chinon-vermittelte Elektronentransfer (QUIET) für die Zwischenraumspezies möglich ist. Es wurde jedoch nicht festgestellt, ob aus QUIET ausreichend Energie verfügbar ist, um das Wachstum beider Arten zu unterstützen . Darüber hinaus gab es keine früheren Studien zu den Mechanismen für die Oxidation von Anthrahydrochinon-2,6-disulfonat (AHQDS). Eine Co-Kultur von Geobacter metallireducens und G. sulfurreducens metabolisierte Ethanol mit der Reduktion von Fumarat in Gegenwart von AQDS viel schneller und es kam zu einem Anstieg des Zellproteins. G. sulfurreducens war häufiger, konsistent mit G. sulfurreducens, das Elektronen aus Acetat erhielt, das G. metallireducens sowohl aus Ethanol als auch aus AHQDS herstellte. Co-Kulturen, die mit einem Citratensynthase-defizienten Stamm von G. sulfurreducens initiiert wurden, der kein Acetat als Elektronendonor verwenden konnte, metabolisierten auch Ethanol mit der Reduktion von Fumarat und Zellwachstum, aber im Laufe der Zeit akkumulierte Acetat. G. sulfurreducens und G. metallireducens waren in diesen Co-Kulturen gleichermaßen reichlich vorhanden, was die Unfähigkeit des Citratsynthase-defizienten Stammes von G. sulfurreducens zum Acetat-Abbau widerspiegelt. Die Auswertung der Mechanismen, durch die G. sulfurreducens Elektronen aus AHQDS annimmt, zeigte, dass ein Stamm, der in C-Typ-Cytochromen der Außenoberfläche, die für die AQDS-Reduktion erforderlich sind, defizient ist, bei QUIET ebenso wirksam ist wie der Wildtypstamm. Die Deletion zusätzlicher Gene, die zuvor mit dem Transfer von extrazellulären Elektronen in Verbindung gebracht wurden, hatte ebenfalls keinen Einfluss auf QUIET. Diese Ergebnisse zeigen, dass QUIET ausreichend Energie liefern kann, um das Wachstum beider synthetischer Partner zu unterstützen, die Mechanismen, mit denen Elektronen von extrazellulären Hydrochinonen abgeleitet werden, müssen jedoch weiter untersucht werden.

Order Desulfuromonadales

Family Desulfuromonadaceae

Desulfuromonas

Desulfuromusa

Malonomonas

Pelobacter

Family Geobacteraceae

2 + 19 + 1 + 1 + 1 = 24 Arten in 5 Gattungen

Vorlage class Person: A-us b-us Beschreiber Lovley et al. 1995,et al. 18xxxx

-__-

anfang

Geoalkalibacter

2 Arten

• Geoalkalibacter Zavarzina et al. 2007, gen. nov.
  1. Geoalkalibacter ferrihydriticus Zavarzina et al. 2007, sp. nov. (Type species of the genus.)
  2. Geoalkalibacter subterraneus Greene et al. 2009, sp. nov.

Geobacter

19 Arten

• Geobacter Lovley et al. 1995, gen. nov. (Type genus of the family ¤ Geobacteraceae Holmes et al. 2004; type genus of the family ¤ Geobacteraceae Garrity et al. 2006.).
  1. Geobacter anodireducens Sun et al. 2014, sp. nov.
  2. Geobacter argillaceus Shelobolina et al. 2007, sp. nov.
  3. Geobacter bemidjiensis Nevin et al. 2005, sp. nov.
  4. Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven 2001, sp. nov.
  5. Geobacter chapellei Coates et al. 2001, sp. nov.
  6. Geobacter daltonii Prakash et al. 2010, sp. nov.
  7. Geobacter grbiciae Coates et al. 2001, sp. nov.
  8. Geobacter hydrogenophilus Coates et al. 2001, sp. nov.
  9. Geobacter lovleyi Sung et al. 2009, sp. nov.
  10. Geobacter luticola Viulu et al. 2013, sp. nov.
  11. Geobacter metallireducens Lovley et al. 1995, sp. nov. (Type species of the genus.)
  12. Geobacter pelophilus Straub and Buchholz-Cleven 2001, sp. nov.
  13. Geobacter pickeringii Shelobolina et al. 2007, sp. nov.
  14. Geobacter psychrophilus Nevin et al. 2005, sp. nov.
  15. Geobacter soli Zhou et al. 2014, sp. nov.
  16. Geobacter sulfurreducens Caccavo et al. 1995, sp. nov.
      1. Geobacter sulfurreducens subsp. ethanolicus Viulu et al. 2014, subsp. nov.
      2. Geobacter sulfurreducens subsp. sulfurreducens Viulu et al. 2014, subsp. nov.
  17. Geobacter thiogenes (De Wever et al. 2001) Nevin et al. 2007, comb. nov.
  18. Geobacter toluenoxydans Kunapuli et al. 2010, sp. nov.
  19. Geobacter uraniireducens Shelobolina et al. 2008, sp. nov.

Geopsychrobacter

1 Art

• Geopsychrobacter Holmes et al. 2005, gen. nov.
  1. Geopsychrobacter electrodiphilus Holmes et al. 2005, sp. nov. (Type species of the genus.)

Geothermobacter

1 Art

• Geothermobacter Kashefi et al. 2005, gen. nov.
  1. Geothermobacter ehrlichii Kashefi et al. 2005, sp. nov. (Type species of the genus.)

Trichlorobacter

1 Art

• Trichlorobacter De Wever et al. 2001, gen. nov.
  1. Trichlorobacter thiogenes De Wever et al. 2001, sp. nov. (Type species of the genus.)

ende

Gemeinschaft mit Methanogenen

• Zheng et al. 2015 PMID 26441876 /Das Co-Vorkommen von Methanosarcina mazei und Geobacteraceae in einer Eisen(III)-reduzierenden Anreicherungskultur.
• Zhang et al. 2017PMID 28892682 /Verstärkung der Methanogenese durch direkten Interspezies-Elektronentransfer zwischen Geobacteraceae und Methanosaetaceae durch granulare Aktivkohle.

Umwelt - Chlor / Quecksilber / Metall

• Praveckova et al. 2016PMID 27379063 /Ein indikter Beweis verknüpft die PCB-Dehalogenierung in anaeroben sedimentfreien Mikrokosmen mit den Geobacteraceae.
• Bravo et al. 2018PMID 29321692 /Geobacteraceae sind wichtige Mitglieder von quecksilbermethylierenden mikrobiellen Gemeinschaften von Sedimenten, die von Abwasser betroffen sind.

• Cummings et al. 2003PMID 14708750 /Diversität von Geobacteraceae-Arten, die in metallverschmutzten Süßwassersedimenten leben, wurde durch 16S-rDNA-Analysen ermittelt.
• Holmes et al. 2002PMID 11976101 /Anreicherung von Mitgliedern der Familie Geobacteraceae im Zusammenhang mit der Stimulierung der dissimilatorischen Metallreduktion in mit Uran kontaminierten Sedimenten in Aquifer.
• O'Neil et al. 2008PMID 18279349 /Gentranskriptanalyse der assimilatorischen Eisenbegrenzung in Geobacteraceae während der Grundwasseraufbereitung.
• Lin et al. 2009PMID 19638178 /Wie Geobacteraceae die biologische Abbaubarkeit der Untergründe dominieren kann: Physiologie von Geobacter metallireducens in Retentostaten mit langsamen Wachstumsräumen.
• Botton et al. 2007PMID 17784862 /Dominanz von Geobacteraceae in BTX-abbauenden Anreicherungen aus einem eisenreduzierenden Aquifer.
• Lin et al. 2005PMID 16204512 /Die Zusammensetzung der Geobacteraceae-Gemeinschaft hängt mit der Hydrochemie und dem biologischen Abbau in einem eisenreduzierenden Aquifer zusammen, der durch eine benachbarte Deponie verschmutzt ist.
• Holmes et al. 2004PMID 15388715 /Vergleich von 16S-rRNA-, nifD-, recA-, gyrB-, rpoB- und fusA-Genen innerhalb der Familie Geobacteraceae fam. nov.
• Li et al. 2017PMID 28724230 /Ein übermäßiger Phosphoreintrag beeinflusst die mikrobielle Eisen(III)-Reduktion in überfluteten Schlammböden signifikant, indem die Abundanzen und die Gemeinschaftsstrukturen von Clostridium und Geobacteraceae verändert werden.

Physik / Elektrik

• Holmes et al. 2005PMID 16269721 /Das Potenzial der Quantifizierung der Expression des Geobacteraceae-Citrat-Synthase-Gens zur Bestimmung der Aktivität von Geobacteraceae im Untergrund und an den Elektroden zur Stromgewinnung.
• Li et al. 2018PMID 29923078 /Verbesserte Redox-Leitfähigkeit und angereicherte Geobacteraceae exoelektrogener Biofilme als Reaktion auf ein statisches Magnetfeld.
• Butler et al. 2009PMID 19284579 /Evolution von einem respiratorischen Vorfahren, um syntrophische und fermentative Nischen zu füllen: vergleichende Fenomics von sechs Geobacteraceae-Arten.
• Holmes et al. 2004PMID 15466546 /Mögliche Rolle eines neuartigen psychrotoleranten Mitglieds der Familie Geobacteraceae, Geopsychrobacter electrodiphilus gen. nov., sp. nov., bei der Stromerzeugung durch eine Brennstoffzelle für marinen Sediment.
• Kashefi et al. 2003PMID 12732575 /Thermophilie in den Geobacteraceae: Geothermobacter ehrlichii gen. nov., sp. nov., ein neuartiges thermophiles Mitglied der Geobacteracea aus der "Bag City"-Hydrothermalqulle.

Systematik

• Holmes et al. 2004PMID 15574924 /In-situ-Expression von nifD in Geobacteraceae in Sedimenten unter der Oberfläche.
• Holmes et al. 2004PMID 15388715 /Vergleich von 16S-rRNA-, nifD-, recA-, gyrB-, rpoB- und fusA-Genen innerhalb der Familie Geobacteraceae fam. nov.
• Holmes et al. 2007PMID 18059491 /Untergrundklade von Geobacteraceae, die in einer Vielfalt von Fe (III) -reduzierenden Untergrundumgebungen vorherrscht.

Biochemie / Genetik u. ä.

• Londer et al. 2006PMID 16640569 /Charakterisierung einer Häm-enthaltenden PAS-Sensordomäne vom c-Typ aus Geobacter sulfurreducens, die eine neuartige Familie von periplasmatischen Sensoren in Geobacteraceae und anderen Bakterien darstellt.
• Bond et al. 2005PMID 16000798 /Charakterisierung der Citrat-Synthase aus Geobacter sulfurreducens und Nachweis für eine Familie von Citrat-Synthasen, die denen der Eukaryonten in den gesamten Geobacteraceae ähnlich sind.
• Yan et al. 2004PMID 15276006 /Rechnergestützte Vorhersage konservierter Operone und phylogenetisches Footprinting von Transkriptionsregulationselementen in der metallreduzierenden Bakterienfamilie Geobacteraceae.
• Afkar et al. 2005PMID 16000176 /Ein neuartiges Geobacteraceae-spezifisches Außenmembranprotein J (OmpJ) ist für den Elektronentransport zu Fe(III)- und Mn(IV)-Oxiden in Geobacter sulfurreducens unerlässlich.
• Wagner et al. 2012PMID 22616984 /Genomische Determinanten der Organohalogenid-Atmung bei Geobacter lovleyi, einem ungewöhnlichen Mitglied der Geobacteraceae.
• Krushkal et al. 2011PMID 21699403 /Genomvielfalt bei der Transkriptionsregulatoren-Familie in einer metallreduzierenden Bakterienfamilie Geobacteraceae und anderen mikrobiellen Arten.

Nicht in Englisch

• Zavarzina et al. 2006 (russisch)PMID 17205802 /[Geoalkalibacter ferrihydriticus gen. nov., sp. November, der erste alkaliphile Vertreter der Familie Geobacteraceae, isoliert aus einem Sodasee].
• You et al. 2011 (Chinesisch)PMID 21866705 /Einfluss der Überflutungszeit auf die Gemeinschaftsstruktur und die Häufigkeit von Geobacteraceae im Reisboden

zweiter Anfang

Einleitung aus Zhao et al. (2015) – Potenzial für direkten Interspezies-Elektronentransfer in einem elektrisch anaeroben System zur Steigerung der Methanproduktion aus der Schlammfaulung

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en	de
Anaerobic methanogenesis is an effective way to realize energy recovery from wastes (/1;/2;3).	Die anaerobe Methanogenese ist ein effektiver Weg zur Energierückgewinnung aus Abfällen (/1;/2;/3).
	/1 Appels et al. (2011)/2 Batstone & Virdis (2014) /3 Holm-Nielsen et al. (2009)
Although this technology has been available for more than 60 years, it is not as widely utilized for solid waste conversion as might be expected.	Obwohl diese Technologie seit mehr als 60 Jahren verfügbar ist, wird sie nicht so häufig für die Umwandlung fester Abfälle eingesetzt, wie dies zu erwarten wäre.
This is due, at least in part, to the widespread belief that anaerobic digestion is a slow process (/4).	Dies ist zumindest zum Teil auf die weit verbreitete Annahme zurückzuführen, dass anaerobe Vergärung ein langsamer Prozess ist (/4).
	/4 Chen et al. (2008)
For the last decades, the working model for syntrophs and methanogens exchange electrons is regarded as interspecies hydrogen transfer (IHT) (/5;/6;/7).	In den letzten Jahrzehnten wurde der Wasserstofftransfer zwischen den Spezies (IHT) als Arbeitsmodell für den Elektronen-Austausch zwischen Syntrophen und Methanogenen angesehen (/5;/6;/7).
	/5 Sieber et al. (2012)/6 Stams & Plugge (2009) /7 Rotaru et al. (2014)
H2 is produced from non-methanogenic microorganisms metabolizing the fermentation products and consumed by H2-utilizing methanogens with the reduction of CO2 to CH4.	H2 wird von nicht-methanogenen Mikroorganismen, die Fermentationsprodukte metabolisieren, erzeugt und von H2-verwertenden Methanogenen verbraucht, wobei CO2 zu CH4 reduziert wird.
This syntrophic metabolism of fermentation intermediates functions well as long as H2-utilizing methanogens maintain the concentration of H2 low enough that the production of H2 is thermodynamically favorable.	Dieser syntrophische Metabolismus von Fermentationsintermediaten funktioniert gut, solange H2-nutzende Methanogene die H2-Konzentration so niedrig halten, dass die H2-Produktion thermodynamisch günstig ist.
Formate is an alternative to H2 and can also act as an electron carrier between syntrophic partners (/7;/8;/9).	Ameisensäure (Methansäure) ist eine Alternative zu H2 und kann auch als Elektronenträger zwischen syntrophischen Partnern wirken (/7;/8;/9).
	/7 Rotaru et al. (2013)/8 Dolfing et al. (2008) /9 Stams et al. (2006)
The exchange of H2 between the syntrophs and methanogens is a weak link.	Der Austausch von H2 zwischen den Syntrophen und Methanogenen ist eine schwache Verknüpfung.
Any slight disruption in the rate of H2 consumption will break the balance of syntrophic metabolism, resulting in the accumulative short-chain fatty acids (SCFAs), which further inhibits the activity of H2-consuming methanogens to exacerbate the digester function.	Jede geringfügige Beeinträchtigung der H2-Verbrauchsrate wird das Gleichgewicht des syntrophischen Metabolismus unterbrechen, was zu akkumulierbaren kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs, accumulative short-chain fatty acids) führt, die die Aktivität von H2-konsumierenden Methanogenen weiter hemmen, was die Bedingungen für den Abbau verschärft.
Extracellular electrons are also exchanged via direct interspecies electron transfer (DIET), which is first documented in defined co-cultures of Geobacter metallireducens and Geobacter sulfurreducens (/10).	Extrazelluläre Elektronen werden auch über den direkten Elektronentransfer zwischen Arten (DIET, direct interspecies electron transfer) ausgetauscht, der zuerst in definierten Co-Kulturen von Geobacter metallireducens und Geobacter sulfurreducens dokumentiert wurde (/10).
	/10 Summers et al. (2010)
G. metallireducens can metabolize ethanol, but cannot use fumarate as an electron acceptor (/11), whereas G. sulfurreducens can reduce fumarate, but cannot metabolize ethanol (/12).	G. metallireducens können Ethanol metabolisieren, Fumarat jedoch nicht als Elektronenakzeptor verwenden (/11), wohingegen G. sulfurreducens Fumarat reduzieren kann, Ethanol jedoch nicht metabolisieren kann (/12).
	/11 Lovley (1993)/12 Caccavo et al. (1994)
By DIET, G. metallireducens and G. sulfurreducens could grow in a medium with ethanol as the electron donor and fumarate as the electron acceptor.	Mit DIET konnten G. metallireducens und G. sulfurreducens in einem Medium mit Ethanol als Elektronendonor und Fumarat als Elektronenakzeptor wachsen.
Morita et al. (/13) reported that the potential for direct electron exchange between Geobacterspecies and Methanosaeta species could happen in the brewery wastewater digesters for methane production.	Morita et al. (/13) berichteten, dass die Möglichkeit eines direkten Elektronenaustauschs zwischen Geobacterspezies und Methanosaeta-Arten in den Abwasserfaulbehältern der Brauerei für die Methanproduktion auftreten kann.
	/13 Morita et al. (2011)
Methanosaeta species accounted for about 90% of the methanogenic archaea 16S rRNA gene sequences recovered, and H2-utilizing methanogens only accounted for less than 0.6% of the methanogenic archaea 16S rRNA gene sequences recovered, which implied that IHT had only a little contribution to the whole methane production (/7;/13).	Methanosaeta-Spezies machten etwa 90% der gewonnenen methanogenen Archaea-16S-rRNA-Gensequenzen aus, und H2-verwertende Methanogene machten nur weniger als 0,6% der gewonnenen methanogenen Archaea-16S-rRNA-Gensequenzen aus, was implizierte, dass IHT nur einen geringen Beitrag zur Genese hatte Gesamtmethanproduktion (/7;/13).
	/7 Rotaru et al. (2014)/13 Morita et al. (2011)
[14C]-bicarbonate analysis suggested that DIET between Geobacter species and Methanosaetae species contributed 1/3 of methane production (/7).	[14C]-Bicarbonat-Analyse deutete darauf hin, dass DIET zwischen Geobacter-Spezies und Methanosaetae-Spezies 1/3 der Methanproduktion beitrug (/7).
	/7 Rotaru et al. (2014)
This discovery that Geobacter species transferred electrons to Methanosaeta species via DIET has challenged the long-held assumption that H2 are the primary interspecies electron carrier in conversion of organic matter into methane.	Diese Entdeckung, dass Geobacter-Spezies Elektronen über DIET auf Methanosaeta-Spezies übertragen haben, hat die lange gehegte Annahme in Frage gestellt, dass H2 der primäre Elektronenträger für die Interspezies bei der Umwandlung von organischem Material in Methan ist.
Commonly, Methanosaeta species are the predominant microbes in most of anaerobic methanogenic environments or anaerobic waste digesters, and the precursor of more than half of methane production (/14).	In der Regel sind Methanosaeta-Arten die vorherrschenden Mikroben in den meisten anaeroben methanogenen Umgebungen oder anaeroben Abfallkochern und die Vorstufe von mehr als der Hälfte der Methanproduktion (/14).
	/14 Smith & Ingram-Smith (2007)
However, Geobacter species are only frequently abundant in some limited anaerobic methanogenic environments, such as soils and sediments (/15;/16;/17).	Geobacter-Arten sind jedoch nur in wenigen anaeroben methanogenen Umgebungen wie Böden und Sedimenten häufig reichlich vorhanden (/15;/16;/17).
	/15 Snoeyenbos-West et al. (2000)/16 Zhang et al. (2010) /17 Lovley et al. (2011)
For some important methanogenic environments, such as anaerobic digestion of municipal sludge or of saccharides, the relative abundance of Geobacter species detected are low (/18;/19;/20).	Für einige wichtige methanogene Umgebungen, wie z. B. den anaeroben Abbau von kommunalem Schlamm oder Sacchariden, ist die relative Häufigkeit der nachgewiesenen Geobacter-Arten gering (/18;/19;/20).
	/18 Lu et al. (2012)/19 Sasaki et al. (2013) /20 Yu et al. (2014)
It meant that DIET from Geobacter species to Methanosaet a species for methane production was weak in these anaerobic system.	Das bedeutete, dass der direkte Elektronentransfer zwischen Arten (DIET) von der Geobacter-Spezies bis zur Methanosaet-Spezies für die Methanproduktion in diesem anaeroben System schwach war.
It was reported that Geobacter species usually adapt to grow with Fe (III) oxides (/21;/22;/23) or electrodes (/24;/25) as electron acceptors.	Es wurde berichtet, dass sich Geobacter-Arten normalerweise an das Wachstum mit Eisen-(III)-Oxiden (/21;/22;/23) oder mit Elektroden (/24;/25) als Elektronenakzeptoren anpassen.
	/21 Bird et al. (2011)/22 Nevin & Lovley (2000) /23 Weber et al. (2006) /24 Bond & Lovley (2003) /25 Lovley (2011)
This discovery revealed the reason why Geobacter species could be detected in most bioelectrochemical systems with over 30–40% of 16S rRNA gene sequences recovered in the anodic microbial communities (/26;/27;/28).	Diese Entdeckung enthüllte den Grund, warum Geobacter-Spezies in den meisten bioelektrochemischen Systemen nachgewiesen werden konnte, wobei über 30–40% der 16S-rRNA-Gensequenzen in den anodischen mikrobiellen Gemeinschaften gefunden wurden (/26;/27;/28).
	/26 Logan (2009)/27 Logan & Reagan (2006) /28 Jia et al. (2013)
This finding predicted that the additional bioelectrochemical system might create a favorable condition to support the growth of Geobacterspecies.(/24;/29;/30).	Dieser Befund sagte voraus, dass das zusätzliche bioelektrochemische System eine günstige Voraussetzung für das Wachstum von Geobacteriespezies schaffen könnte (/24;/29;/30).
	/24 Bond & Lovley (2003)/29 Marsili et al. (2008)/30 Richter et al. (2009)
We hereby assumed that a pair of electrodes inserted into an anaerobic digester was likely to enrich Geobacter species, which was expected to increase methane production via potential DIET between Geobacter species and Methanosaeta species.	Wir sind davon ausgegangen, dass ein Elektrodenpaar, das in einen anaeroben Fermenter eingesetzt wird, wahrscheinlich Geobacter-Spezies anreichert, was vermutlich die Methanproduktion über potentielles DIET zwischen Geobacter-Spezies und Methanosaeta-Spezies erhöht.
In this study, a single-chamber bioelectrochemical system was operated to treat waste activated sludge (WAS) with the aim to clarify the potential DIET for methane production during sludge digestion.	In dieser Studie wurde ein bioelektrochemisches Einkammer-System zur Behandlung von aktiviertem Abwasserschlamm (WAS, waste activated sludge) betrieben, um den potenziellen Elektronentransfer zwischen den Arten (DIET) für die Methanproduktion während des Schlammaufschlusses aufzuklären.
The WAS used as the substrate was because Geobacter species were rare in the waste activated sludge which provided the possibility to better observe the enrichment of Geobacter species and its effects on methane production via DIET.	Als Substrat wurde aktivierter Abwasserschlamm (WAS, waste activated sludge) verwendet, weil die Geobacter-Spezies darin selten waren, was die Möglichkeit bot, die Anreicherung von Geobacter-Spezies und ihre Auswirkungen auf die Methanproduktion mittels DIET besser zu beobachten.

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/1 Appels et al. (2011) doi:10.1016/j.rser.2011.07.121 \ /2 Batstone & Virdis (2014) PMID 24534620 \ /3 Holm-Nielsen et al. (2009) doi:10.1016/j.biortech.2008.12.046 \
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/5 Sieber et al. (2012) PMID 22803797 \ /6 Stams & Plugge (2009) PMID 19609258 \ /7 Rotaru et al. (2014) doi:10.1039/C3EE42189A \ \ wird in der PMC-Zitateliste mit (2013) angegeben!
/8 Dolfing et al. (2008) doi:10.1128/AEM.01428-08 \ /9 Stams et al. (2006) PMID 16478444 \
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/11 Lovley (1993) PMID 8387263 \ /12 Caccavo et al. (1994) PMID 7527204 \
/13 Morita et al. (2011) doi:10.1128/mBio.00159-11 \
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/21 Bird et al. (2011) PMID 21664821 \ /22 Nevin & Lovley (2000) doi:10.1128/AEM.66.5.2248-2251.2000 \ /23 Weber et al. (2006) PMID 16980937 \ /24 Bond & Lovley (2003) doi:10.1128/AEM.69.3.1548-1555.2003 \ /25 Lovley (2011) doi:10.1039/C1EE02229F \
/26 Logan (2009) PMID 19330018 \ /27 Logan & Reagan (2006) PMID 17049240 \ /28 Jia et al. (2013) doi:10.1016/j.biortech.2013.06.072 \
/29 Marsili et al. (2008) doi:10.1128/AEM.00177-08 \ /30 Richter et al. (2009) doi:10.1039/B816647A \

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zweites Ende

Einzelnachweise