Cloacibacterium ist eine Gattung von Bakterien, deren Typusart Cloacibacterium normanense ursprünglich in Abwässern in Norman, Oklahoma, gefunden wurde. Es ist gramnegativ, unbeweglich (nicht-motil) und fakultativ anaerob. Äußerlich handelt es sich um einen stäbchenförmigen Organismus mit gelber Pigmentierung.
Dieser Organismus wurde 2006 entdeckt unter der Verwendung eines nicht-selektiven Nährmediums, im Gegensatz zu den traditionellen Selektivmedien, die häufig zur Isolierung von Mikroorganismen dienen. In diesem Fall beinhaltete die Methode die Verdünnung von Rohabwasser.
Systematik Systematik nach der , der Taxonomie des und der (wo nicht anders vermerkt, Stand 15. August 2024):
Familie Weeksellaceae García-López et al. 2020 Gattung Cloacibacterium Allen et al. 2006 Spezies Cloacibacterium caeni Chun et al. 2017, mit B6 alias B 6, JCM 31714 oder KACC 18988, sowie Agg7 und con_3 Spezies Cloacibacterium caeni_A (GTDB) – abgetrennt von C. caeni, mit Isolate2 alias Spezies Cloacibacterium caeni_B (GTDB) syn. Cloacibacterium sp. CB-01 bzw. Flavobacteriales bacterium UBA6196 (NCBI) – abgetrennt von C. caeni, mit Isolate1 alias und UBA6196 Spezies Cloacibacterium haliotis Hyun et al. 2014, mit WB 5 alias JCM 18869 oder KACC 17210 Spezies Cloacibacterium normanense Allen et al. 2006 (Typusart), mit NRS 1 alias ATCC , CCUG 46293, CIP 108613 oder DSM 15886 (gem. NCBI inkl. Stamm ) Spezies Cloacibacterium rupense Cao et al. 2010, mit R2A-16 alias CGMCC 1.7656 oder NBRC 104931 Spezies Cloacibacterium sp002337005 (GTDB) syn. Flavobacteriales bacterium UBA1937 (NCBI), mit UBA1937 Spezies Cloacibacterium sp002422665 (GTDB) syn. Cloacibacterium sp. – abgetrennt von C. normanense, mit (alias CCUG 46293) und DF_1_3.28 Spezies Cloacibacterium sp028864635 (GTDB) syn. Cloacibacterium sp. TD35, mit TD35 Spezies Cloacibacterium sp937973555 (GTDB) syn. NCBI Nucleotide: ACCESSION CALJKL000000000, mit SRR6231180_bin.99_CONCOCT_v1.1_MAG Spezies Cloacibacterium sp. Arc13 Spezies Cloacibacterium sp. Arc16 Spezies Cloacibacterium sp. GENT20 Spezies Cloacibacterium sp. O15.2 Spezies Cloacibacterium sp. O16.2 Spezies Cloacibacterium sp. R091 Spezies Cloacibacterium sp. RBC21 Spezies Cloacibacterium sp. Ri1Ps_4651 Spezies Cloacibacterium sp. Ri1Pw_5784 Spezies Cloacibacterium sp. Ri3Pt_6479 Spezies Cloacibacterium sp. U20.2 Spezies Cloacibacterium sp. VTT Spezies Cloacibacterium sp. canine oral taxon 320 Spezies …
Stamm CB-01 mini|500px|Bakterien mit einem vollständigen Denitrifikationsweg betreiben ihre anaerobe Atmung durch schrittweise Reduktion von NO3− zu N2, katalysiert durch vier Reduktasen, wobei NO2−, NO und N2O als freie Zwischenprodukte entstehen. Elisabeth G. Hiis von der norwegischen Universität für Umwelt- und Biowissenschaften/Lebenswissenschaften in Ås/Slemmestad und Kollegen haben das Genom und den Stoffwechsel des Stamms genauer untersucht. Unter den Distickstoffmonoxid-atmenden Bakterien ( ) gibt es solche, die über einen vollständigen Denitrifikationsweg verfügen, und Nitrit (NO2−) bzw. sogar Nitrat (NO3−) über die Zwischenstufe Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O) in Distickstoff (Stickstoffgas, N2) umwandeln. Nicht-denitrifizierenden Bakterien (engl. ) fehlen die Gene zum Abbau von Nitrit/Nitrat zu N2O (insbesondere nirS und nirK). Sie besitzen nur eine oder mehrere Distickstoffmonoxid-Reduktasen (N2O-Reduktasen), wie die Kupferenzyme NosZI und NosZII. Zu diesen Bakterien gehört, wie vom Team im Frühjahr 2024 veröffentlicht, der von ihnen untersuchte Bodenbakterien-Stamm . Das Genom von enthält das nosZII-Gen, aber keine Gene, die für die dissimilatorische Reduktion von NO3− und N2− kodieren. Tatsächlich reduziert als Reaktion auf Sauerstoffmangel das Treibhausgas Distickstoffmonoxid (N2O) zu harmlosem Distickstoff (N2), kann aber nicht Nitrat und Nitrit (NO3− und N2−) zu Distickstoffmonoxid abbauen. Der Fakt, dass das cNor-Gen besitzt (das für die NO-Reduktase kodiert), bedeutet zwar, dass es im Prinzip Stickoxid (NO) in N2O umwandeln könnte, aber die Ergebnisse deuten auf eine marginale NO-Reduktase-Aktivität hin.
Relevanz Landwirtschaftlich genutzte Böden tragen durch die Emission des Treibhausgases N2O erheblich zur globalen Erwärmung bei (Klimakrise), insbesondere, wenn diese mit Nitrat- und/oder Nitrit-haltigem Dünger gedüngt werden. Eine Eindämmung hat sich bisher als schwierig erwiesen. Das globale Ausmaß des Problems wird deutlich, wenn man bedenkt, dass sich der Zustrom von reaktivem Stickstoff in die Biosphäre seit der industriellen Revolution praktisch verdoppelt hat, was vor allem auf den durch das Haber-Bosch-Verfahren erzeugten Ammoniak (als Vorstufe für synthetische Düngemittel zurückzuführen) ist. Die Stickstoffdüngung verursacht Emissionen des Treibhausgases N2O, und zwar aus den landwirtschaftlichen Böden selbst (direkte Emissionen), als auch aus der natürlichen Umwelt durch den Eintrag von reaktivem Stickstoff, der aus den (Düngemittel produzierenden) Betrieben verloren geht (indirekte Emissionen).
Aufgrund seiner speziellen Stoffwechseleigenschaften erschien es interessant, ob das Bodenbakterium hier weiterhelfen könnte, denn dieses besitzt mit dem Enzym NosZ die einzige bekannte biologische Senke für N2O. Elisabeth G. Hiis und ihr Team führten dazu ein Bodeninkubationsexperiment durch, um die Aktivität und die Überlebensfähigkeit von im Boden zu erforschen. Im Labor produzierten Böden, die mit -haltigen Gärresten, also organischen Abfälle, gedüngt wurden, tatsächlich nur geringe Mengen an N2O. Die Düngung mit Abfällen aus der Biogaserzeugung, in denen aerob auf etwa 6 × 109 Zellen pro Milliliter angewachsen war, reduzierte die N2O-Emissionen je nach Bodentyp um 50–95 %. Auf europäische Ebene hochskaliert, könnten mit dem Stamm die dortigen nationalen anthropogenen N2O-Emissionen um 5–20 % gesenkt werden könnten, bei Einbeziehung anderer organischer Abfälle möglicherweise noch mehr. Dies könnte einen Weg zur kosteneffizienten Reduzierung von N2O-Emissionen eröffnen, für die es derzeit noch keine anderen Minderungsoptionen gibt.
Literatur Toby D. Allen et al.: Cloacibacterium normanense gen. nov., sp. nov., a novel bacterium in the family Flavobacteriaceae isolated from municipal wastewater. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 56, Nr. 6, 2006, S, 1311–1316; doi:10.1099/ijs.0.64218-0, PMID 16738108 (). Althea Peterson: . Auf: The Norman Transcript, 17. Juni 2006. Memento im Webarchiv vom 15. August 2024 ().
Einzelnachweise LPSN: Genus Cloacibacterium Allen et al. 2006 (). NCBI Taxonomy Browser: Cloacibacterium, Details: Cloacibacterium Allen et al. 2006 (genus) (). GTDB: Cloacibacterium.
Elisabeth G. Hiis, Silas H. W. Vick, Lars Molstad, Kristine Røsdal, Kjell Rune Jonassen, Wilfried Winiwarter, Lars R. Bakken: Unlocking bacterial potential to reduce farmland N2O emissions. In: Nature, Band 630, 29. Mai 2024, S. 421–428; doi:10.1038/s41586-024-07464-3, PMID 38811724, (). Dazu: Martin Vieweg: Treibhausgas-Fresser für die Landwirtschaft. Auf: wissenschaft.de vom 31. Mai 2024. Lachgasfresser sollen Emissionen senken. Auf: orf.at vom 12. Juni 2024.
Kategorie:Flavobacteriales Kategorie:Flavobacteriales (Ordnung) Kategorie:Treibhausgasemission