Nitrosopumilus ist eine im Meerwasser sehr häufig vorkommende Gattung von Archaeen aus dem Reich Thermoproteati (früher „TACK-Superphylum“). Die Gattung ist das erste Mitglied der Ordnung Nitrosopumilales (früher: Gruppe 1a) der Klasse Nitrososphaeria („Thaumarchaeen“) von der ein Vertreter in Reinkultur isoliert werden konnte und wurde früher auch als (MG-I) bezeichnet.
Gensequenzen deuten darauf hin, dass die Nitrosopumilales im oligotrophen Bereichen der Ozeanoberflächen allgegenwärtig sind und in den meisten nicht zu küstennahen Meereszonen der Erde vorkommen. Die Typusart der Gattung ist Nitrosopumilus maritimus (mit Referenzstamm SCM1), ein Organismus, der von der Oxidation von Ammoniak (bzw. Ammonium-Ionen) zu Nitrit lebt. Der für die Oxidation von Ammoniak benötigte Sauerstoff kann dabei ggf. über einen besonderen Stoffwechselweg produziert werden, der neben Sauerstoff (O2) auch Distickstoff (N2) erzeugt. N. maritimus ist damit von der Anwesenheit von Sauerstoff unabhängig und gehört zu den Organismen, die im Dunkeln Sauerstoff produzieren können.
Beschreibung mini|hochkant=1.33|3D-Segmentierung einer Zelle von N. maritimus SCM1. MDR: Region mittlerer Dichte; HDR: Region hoher Dichte; CM: Zytoplasmamembran; SL, Oberflächenschicht (S-Layer); Nuc: Nucleoid; Rib: Ribosom; PS: pseudoperiplasmatischer Raum; Cyt: Cytoplasma. mini|hochkant=1.33|N. adriaticus NF5T (links) und N. piranensis D3CT (rechts); TEM-Aufnahmen (oben) und REM-Aufnahmen (unten) Die Typusart, Nitrosopumilus maritimus ist ein Ammoniak-oxidierender Vertreter der „Thaumarchaeota“ (heute offiziell Nitrososphaeria) und wurde 2005 aus einem Aquarium isoliert. Es war das erste Mitglied dieser Archaeengruppe, das erfolgreich kultiviert werden konnte.
Früher dachte man, dass Archaeen nur in extremen Umgebungen vorkommen. Aber bereits 1992 wurde eine 16S-rRNA-Sequenz in „gewöhnlicher“ Meeresumwelt entdeckt, von der man annahm, dass sie zu den Archaeen gehört, und die als marine Archaeengruppe 1 (MAG-1) oder ähnlich bezeichnet wurde. Mitglieder dieser Gruppe waren jedoch schwer zu isolieren; obwohl mit „Candidatus Cenarchaeum symbiosum“ 1996 ein symbiotisch in Schwämmen lebender Vertreter entdeckt wurde, wurden kaum Fortschritte erzielt, und die Ökologie dieser Organismen blieb ein Rätsel.
Im Jahr 2005 wurde dann Nitrosopumilus maritimus aus einem Aquarium für tropische Meeresfische im Seattle Aquarium isoliert (Stamm SCM1). Aufgrund der Morphologie und der 16S-rRNA-Sequenz wurde gleich vermutet, dass dieser Organismus zu den oben erwähnten marinen Archaeengruppe 1 (MAG-1) gehört. Wie man herausfand, kann dieses Archaeon autotroph wachsen, indem es Ammoniak zu Nitrit oxidiert. Außerdem kann die DNA eng verwandter Archaeen kann im Boden nachgewiesen werden. Die nachgewiesene Menge Ammoniak-oxidierender Archaeen (AOA) könnte 10-100 mal höher sein als die von ammoniakoxidierenden Bakterien (AOB). Man nimmt daher an, dass die AOA eine wichtige Position im Stickstoffkreislauf einnehmen. Ähnliche Nitrit-Archaeen, jedoch thermophile, wurden 2007 mit „Ca. Nitrososphaera gargensis“ und 2008 mit „Ca. Nitrosocaldus yellowstonensis“ gefunden.
Die Gestalt (Morphologie) der Zellen von N. maritimus ist stäbchenförmig mit einer Größe von etwa 0,5 µm und einem Durchmesser von 0,2 µm. Das Genom dieses Archaeons wurde im Jahr 2007 entschlüsselt, seine Größe beträgt 1.645.259 Basenpaare (1.795 ORFs); die offizielle Erstbeschreibung erfolgte 2017.
Systematik Arten Die gegenwärtig (Juli 2025) akzeptierte Taxonomie der Gattung basiert auf folgenden Quellen: L – (LPSN) N – (NCBI) G – (GTDB) W – (WoRMS) Z – Dayu Zou et al. (2020)
Gattung Nitrosopumilus et al. 2017(L,N,G), [„Candidatus Nitrosopumilus“ et al. 2005(L,N) bzw. , 2005(W)], mit möglichem Synonym „Ca. Nitrosomarinus“ et al. 2017
Spezies Nitrosopumilus adriaticus et al. 2019(L,N,G) [inkl. Referenzstamm NF5(L,N,G) alias JCM 32270, NCIMB 15114, NF5(L,N,Z)– Fundort: Bucht von Piran, nördliche Adria(N)Piranski Zaliv. Auf: GeoNames. Stamm CCS1(N,G)– Fundort: Pazifik
Spezies „Ca. Nitrosopumilus aestuariumsis“ et al. 2020(L,N,Z)NCBI: nur unter Nucleotide (GenBank), nicht im Taxonomy Browser Stämme S1bin1; S2bin1; S3bin1; W1bin1; W2bin3(N,Z)– Fundort: Probeorte S1, S2, S3 (Sedimentproben); W1 und W2 (Wasserproben) im Ästuar des Jiulong Jiang, Fujian, China(Z)
Spezies „Ca. Nitrosopumilus brisbanensis“ et al. 2024(N,G) [ Nitrosopumilus sp. isolate 32_1(N)] Referenzstamm 139563_S164_maxbin_bins.tsv.144(N,G)– Fundort: Ästuar des Brisbane River, Queensland, Australien(N) Stamm 139550_S152_metabat_bins_sspec.tsv.002(N,G)– Fundort: Ästuar des Brisbane River, Queensland, Australien(N) Stamm 32_1(N,G)– Fundort: Küstengewässer um Salepo Island,Salepo Island. GeoNames. Georgia, USA(N)
Spezies „C. Nitrosopumilus catalinensis“ ( et al. 2017) et al. 2020(L,G) Referenzstamm SPOT01(L,G)– Fundort: Küstengewässer Kaliforniens, Pazifik(N) Stamm SFB_27S_18Oct17_05_1(G)– Fundort: Bucht von San Francisco (SFB), Kalifornien(N) Stamm SFB27(G)– Fundort: Bucht von San Francisco (SFB), Kalifornien(N)
Spezies „Nitrosopumilus cobalaminigenes“ et al. 2017(L,N,G) [inkl. Referenzstamm HCA1(L,N,G) alias ATCC TSD-96(L,N)– Fundort: Puget Sound, Salish Sea, Pazifik
Spezies „Ca. Nitrosopumilus cymbastelae“ corrig. et al. 2019(L) [„Ca. Nitrosopumilus cymbastelus“ et al. 2019(L)] – Wirt: Schwamm Cymbastela concentrica
Spezies „Ca. Nitrosopumilus detritiferus“ et al. 2019(L) Referenzstamm H08(L,N,G) alias H8 oder HdNdH8– Wirt: Schwamm Hexadella cf. dedritifera – Referenzstamm nach der LPSN Stamm H13(N,G) alias HdNdH13– Wirt: Schwamm Hexadella cf. detritifera – Referenzstamm nach der GTDB
Spezies „Ca. Nitrosopumilus hexadellae“ corrig. et al. 2019(L) inkl. Stamm B06(N,G) alias HdNhB06(L) alias B06–Wirt: Schwamm Hexadella dedritifera – Referenzstamm nach der LPSN Stamm D6(N,G) alias HdNhD6 – Referenzstamm nach der GTDB
Spezies „Ca.Nitrosopumilus koreensis“ et al. 2012 bzw. et al. 2011(L,N,G) Referenzstamm AR1(L,N,G,Z)– Fundort: marines Sediment vor Spitzbergen Stamm SJ(N,G)
Spezies „Ca. Nitrosopumilus limneticus“ et al. 2022(L,N,G) Referenzstamm AOA-LC4(L,N,G) Stamm Baikal-deep-G182(G)– Fundort: Baikalsee Stämme WH220518_MBin94; … WH110918_MBin84(G)
Spezies Nitrosopumilus maritimus et al. 2017(L,N) [„Ca. Nitrosopumilus maritimus“ et al. 2005(L,N,G) bzw. , 2005(W)] – Typusart(L,G) Referenzstamm SCM1(L,N,G,Z) alias ATCC TSD-97, NCIMB 15022(L,N)
Spezies „Nitrosopumilus oxyclinae“ et al. 2017(L,N,G) [inkl. Nitrosopumilus sp. HCE1(N)] Referenzstamm HCE1(L,N,G) alias ATCC TSD-98(L,N)– Fundort: Salzwasser in einer Tiefe von 17 m (untere euphotische Zone), Hood Canal, Puget Sound, US-Bundesstaat Washington
Spezies Nitrosopumilus piranensis et al. 2019(L,N,G) Referenzstamm D3C(L,N,G,Z) alias DSM 106147, JCM 32271, NCIMB 15115(L,N)– Fundort: Nördliche Adria Stamm b2(N,G)– Fundort: Ozeanwasser, Atlantik bei Florida
Spezies „Ca. Nitrosopumilus salarius“ corrig. et al. 2012(L,N) [„Ca. Nitrosopumilus salaria“ et al. 2012(L,N,G)] Referenzstamm BD31(L,N,G,Z)– Fundort: Bucht von San Francisco (SFB), Kalifornien(N)
Spezies „Ca. Nitrosopumilus sediminis“ et al. 2012(L,N,G) [inkl. Ca. Nitrosopumilus sp. AR2(N)] Referenzstamm AR2(L,N,G,Z)– Fundort: Spitzbergen
Spezies „Nitrosopumilus ureiphilus“ et al. 2017(L,N,G) [inkl. Referenzstamm PS0(L,N,G) alias ATCC TSD-99(L,N)– Fundort: Küstennahes Sediment bei Seattle , USA(N)
Spezies Nitrosopumilus zosterae et al. 2021(L,N,G), [inkl. Nitrosopumilus sp. NM25(N)] Referenzstamm NM25(L,N,G) alias ATCC TSD-147; NBRC 111181(L,N)– Fundort: aus dem Sand einer Seegraszone vor der Küste von Shimoda (Izu-Halbinsel, Präfektur Shizuoka, Japan) isoliert. Stamm ECS34A1(N,G)– Fundort: ShengshanShengshan, Juqi. Auf: Mapcarta (de).-Ozean, Ostchinesisches Meer Stamm NBM25(G)
Verschiebungen Nach der GTDB gehört folgendes vorgeschlagenes Mitglied eine Gattung mit provisorischer Bezeichnung PXYB01: Spezies Nitrosopumilus sp. b1(N) ⇒ PXYB01 sp014078545(G)
Kladogramm Das folgende Kladogramm wurde vom GTDB-Release 09-RS220 (Genome Taxonomy Database) entlehnt:
Etymologie Der erste Teil des Gattungsnamens Nitrosopumilus leitet sich ab von , das seinerseits von abstammt, und Nitrate oder Nitrite bezeichnet (Kalisalpeter, Chilesalpeter, nicht zu verwechseln mit Natron oder der Chemikalie Nitron), vgl. Bakteriengattung Nitrosomonas. Der zweite Teil kommt von lat. . Der Name kennzeichnet also einen Zwerg, der Nitrat (oder Nitrit) produziert. Das Artepitheton der Typusart, maritimus ist ebenfalls lateinisch und bedeutet ‚zum Meer gehörend‘, was den Lebensraum dieser Organismen beschreibt. Das Artepitheton cobalaminigenes kommt von Cobalamin (Vitamin B12) und altgr. , ein Hinweis auf die hohen Cobalamin-Erzeugungsraten des Referenzstammes dieser Gattung. Das Artepitheton oxyclinae kommt von altgr, und (vgl. Deklination = Flexion = Beugung). Dies mit Bezug auf die Oxykline (Grenze zwischen Schichten unterschiedlichen Sauerstoffgehalts in der Wassersäule), aus der der Referenzstamm dieser Gattung isoliert wurde. Das Artepitheton ureiphilus kommt von und (latinisiert) von altgr. bzw. , bedeutet also zusammen „harnstoffliebend“. Das Artepitheton zosterae ist neulateinischer Genitiv des Gattungsnamens Zostera (Seegräser, en. ), und bezieht sich auf das Habitat dieser Spezies.
„Nitrosopumilus cobalaminigenes“ Die Zellen dieser Spezies sind gerade kleine Stäbchen von 0,65-1,27 μm Länge und 0,15-0,26 μm Breite. Die Zellen sind nicht motil (nicht beweglich).
Optimales Wachstum bei 0,2-1,0 mᴍ (mmol/ℓ) an Ammonium, wobei Werte von bis zu 10 mᴍ toleriert werden (bei einem pH-Wert von 7,5). Wachstum wird beobachtet bei Temperaturen im Bereich von 10-30 °C (optimal 25 °C) und einem Salzgehalt von 15-40 ‰ (optimal 32 ‰). Unter günstigsten Bedingungen erfolgt eine Zweiteilung (Verdopplung der Zellzahl) alle 30 Stunden. Die Zellen sind lichtempfindlich und können durch gewöhnliche Tages-Nacht-Zyklen bei ausreichender Lichtintensität in der Tagesphase vollständig am Wachstum gehemmt werden.
Diese Archaeen besitzen keine Urease. Cobalamin (Vitamin B12) wird erzeugt bis zu einer hohen Konzentration von 9300 – 11600 nmol B12 pro Mol Zellkohlenstoff, worauf das Namensepitheton hinweist.
Der Referenzstamm HCA1T (alias ) wurde aus Salzwasser in einer Tiefe von 50 m im Hood Canal am Puget Sound im US-Bundesstaat Washington isoliert.
Die DNA des Genoms hat einen G+C-Gehalt von 33,0 mol% (Referenzstamm).
„Nitrosopumilus oxyclinae“ Die Zellen dieser Spezies sind Stäbchen von 0,69-0,93 μm Länge und 0,17-0,26 μm Breite. Die Zellen sind nicht motil (nicht beweglich).
Sie tolerieren Ammonium in relativ hohen Konzentrationen von bis zu 1 mM (mmol/ℓ) bei einem pH-Wert von 7,5. Sie wachsen bei einem pH-Wert von 6,4-7,8 (optimal 7,3), Temperaturen zwischen 4 und 30 °C (optimal 30 °C) und einem Salzgehalt von 10-40 ‰ (optimal 25 ‰) Unter günstigsten Bedingungen erfolgt eine Zweiteilung (Verdopplung der Zellzahl) alle 33 Stunden.
Diese Archaeen besitzen keine Urease. Die Zellen sind zur Synthese von Cobalamin (Vitamin B12) fähig, wobei die erreichten Konzentrationen bei 4200 – 5300 nmol B12 pro Mol Zellkohlenstoff liegen.
Der Referenzstamm HCE1T (alias ) wurde aus Salzwasser in einer Tiefe von 17 m im Hood Canal am Puget Sound im US-Bundesstaat Washington isoliert.
Die DNA des Genoms hat einen G+C-Gehalt von 33,1 mol% (Referenzstamm).
„Nitrosopumilus ureiphilus“ Die Zellen dieser Spezies sind gerade oder leicht gebogene Stäbchen von 0,76-1,59 μm Länge und 0,22-0,26 μm Breite. Die Zellen sind nicht motil (nicht beweglich), obwohl Gene für ein Archaeen-Flagellum (Geißel) und Chemotaxis bedeuten könnten, dass die Zellen unter bestimmten Bedingungen bewegungsfähig sind.
Die maximale Ammoniumtoleranz beträgt 20 mM (mmol/ℓ) bei einem pH-Wert von 7,5.