Crenotrichaceae ist eine relativ kleine Familie von Umweltbakterien in der Ordnung Methylococcales der Gammaproteobacteria.
Typusgattung ist Crenothrix mit der Typusart Crenothrix polyspora (Brunnenfaden). Die Mitglieder dieser Gattung bilden wie der Brunnenfaden überwiegend zylindrische Zellen, die sich zu langen Fäden (bakteriellen Trichomen) verketten.
In der geht die Familie Crenotrichaceae auf in der größeren Familie Methylomonadaceae (mit Typusgattung Methylomonas).
Die Fähigkeit zur Oxidation des Treibhausgases Methan wurde experimentell an Filamenten von Crenothrix-Bakterien bestätigt, die aus vom Menschen geschaffenen Habitaten (wie Brunnen, gefassten Quellen etc.) stammen; die ersten dieser Methan-oxidierenden Gammaproteobakterien (Gamma-MOB) wurden identifiziert 2006 von Stoecker et al. (Brunnenfaden Crenothrix polyspora) und 2007 von Vigliotta et al. (Clonothrix fusca).
Habitate sind neben den genannten Quellen, Brunnen und Wasseraufbereitungsanlagen auch Seen; diese Vertreter werden lakustrisch genannt ( , von ). Darüber hinaus gibt es auch Hinweise aus der Metagenomik auf marine Stämme.
Systematik Lange Zeit war die systematische Einordnung des Brunnenfadens (Crenothrix polyspora) nicht möglich; auch über die Physiologie waren keine Details bekannt. Der Grund hierfür ist, dass es nicht gelungen war, Crenothrix polyspora zu kultivieren, d. h. unter Laborbedingungen zum Wachsen zu bringen. Die 16S-rRNA-Basensequenz des Brunnenfadens deutete dann 2006 darauf hin, dass das Bakterium der Gattung Methylobacter zuzuordnen ist oder ihr nahe steht. Während heute diese Bakterien allgemein in die Ordnung Methylococcales klassifiziert werden, ist die Taxonomie auf Familienebene noch im Fluss. Die sieht eine kleine Familie Crenotrichaceae als Schwesterfamilie der großen Familie Methylococcaceae, während die viele der Methylococcaceae-Gattungen ausgliedert und zusammen mit der Gattung Crenothrix in eine größere Familie Methylomonadaceae stellt.
Die hier angegebene Systematik folgt grundsätzlich der LPSN, dazu kommen Ergänzungen nach der Taxonomie des und der GTDB, diese sind durch ein hochgestelltes (N) respektive (G) gekennzeichnet (Stand 28. August 2024):
Familie Crenotrichaceae 1888 (Approved Lists 1980) Gattung „Clonothrix“ 1896 Spezies „Clonothrix fusca“ 1896 AW-b, – Filter einer Wasserpumpe aus einem artesischen Brunnen in einem Agrarbetrieb in Salento, Apulien mini|hochkant=1.2|Crenothrix sp., aus den oberen Schichten des Zugersees (oxische Umgebung), zeigt Fadenbildung. Die jeweiligen Bildgebungsverfahren zeigen verschiedene Isotopenverhältnisse an. Gattung Crenothrix 1870 (Approved Lists 1980) Spezies Crenothrix polyspora 1870 (Approved Lists 1980) [Brunnenfaden] RSM_CP1, Referenzstamm(G) – Metagenom einer Probe aus dem Sandfilter der Trinkwasseraufbereitungsanlage(N) Wolfenbüttel, Deutschland („Sandfilter Crenothrix bin 1“) HRSG-E1-bin-49(N) – Süßwassersee-Metagenom HRSG-H13-bin-112(N) – Süßwassersee-Metagenom Spezies Crenothrix polyspora_B(G) (GTDB: abgetrennt von Crenothrix polyspora, NCBI: synonym) RSM_CP2, Referenzstamm(G) – Metagenom einer Probe aus dem Sandfilter der Trinkwasseraufbereitungsanlage(N) Wolfenbüttel, Deutschland („Sandfilter Crenothrix bin 2“) Spezies Crenothrix sp005239965(G) (NCBI: synonym mit Methylobacter tundripaludum , Methylococcaceae) Bin_16_1, Referenzstamm(G) – Quellwasser der Alpen-Thermalquelle Comano, Trentino Spezies Crenothrix sp. AW-a AW-a – Filter einer Wasserpumpe aus einem artesischen Brunnen in einem Agrarbetrieb in Salento, Apulien Spezies Crenothrix sp. D3 [UBA4132 sp002134785(G)] D3 – aus dem geschichteten (meromiktischen) Zugersee, Schweiz Spezies Crenothrix sp. China:harbin China:harbin – von einem Biofilter zur Entfernung von Ammoniak, Eisen und Mangan Gattung Toxothrix 1925 (Approved Lists 1980) (NCBI: zu Bacteroidota) Spezies Toxothrix trichogenes 1953 (Approved Lists 1980) [Leptothrix trichogenes 1924] Stamm „Kiew“ – aus einem Wasserbecken am Fluss Dnjepr bei Kiew Stamm „Lower Michigan“ – aus eisenhaltigem Quellwasser, in Leitungswasser und in einem kleinen Waldteich in Lower Michigan, USA. ohne Gattungszuweisung Spezies: HyVt-476 – Metagenom von einer Gesteinsprobe aus einem hydrothermalem Schlot, Lau-Becken (Lau Basin), Tonga
Methylomonadaceae (Systematik nach der GTDB) mini|hochkant=1.3|Phylogenetischer Baum der Gamma-MOB vom Zugersee in der Taxonomie der GTDB. In der gehört die Gattung Crenothrix zusammen mit der Gattung Methylomonas (und einigen weiteren) in eine gemeinsame Familie, die dort Methylomonadaceae heißt. Die beiden Gattungen Clonothrix und Toxothrix sind in der GTDB nicht gelistet, daher ist die dortige Systematik verträglich mit der Annahme, dass die Bezeichnung Crenotrichaceae dort ein Synonym für Methylomonadaceae ist. Die Systematik der Familie Methylomonadaceae nach der GTDB ist (auszugsweise) wie folgt (Stand 30. August 2024):
Familie Methylomonadaceae Gattung Crenothrix – LPSN: Crenotrichaceae Gattung Methylicorpusculum – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylobacter – LPSN: Methylococcaceae Spezies Methylobacter luteus, Methylobacter marinus Gattung Methylobacter_A – abgetrennt von Methylobacter Spezies Methylobacter_A oryzae, Methylobacter_A oryzae_A, Methylobacter_A titanis Spezies Methylobacter_A tundripaludum Spezies Methylobacter_A tundripaludum_A [Methylobacter sp. SV96] SV96 Gattung Methylobacter_B – abgetrennt von Methylobacter Spezies Methylobacter_B favarae [Methylobacter_B favarae] METHB21 [Methylobacter favarea isolate METHB21(N)] Gattung Methylobacter_C [KS41] – abgetrennt von Methylobacter Spezies Methylobacter_C polyspora_A Spezies Methylobacter_C psychrophilus Spezies Methylobacter_C sp002862125 [Methylobacter sp. KS41] Gattung Methyloglobulus – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylomarinum – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylomicrobium – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylomonas – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methyloprofundus – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylosarcina – LPSN: Methylococcaceae Gattung Methylotuvimicrobium – LPSN: Methylococcales ohne Familienzuordnung Gattung Methylovulum – LPSN: Methylococcaceae Gattung CAIQWF01 Spezies CAIQWF01 sp903875455 LaPlata_bin-4072 [Pseudomonadota bacterium isolate LaPlata_bin-4072(N)] Gattung JABFRC01 Spezies JABFRC01 sp013141375 P-RSF-IL-13 [Methylococcaceae bacterium isolate P-RSF-IL-13(N)] Gattung JABFSH01 Spezies JABFSH01 sp013140705 WB-IL-06 [Methylococcaceae bacterium isolate WB-IL-06(N)] Gattung OPU3_GD_OMZ Spezies OPU3-GD-OMZ sp001901525 [Methylococcales bacterium OPU3_GD_OMZ(N)] Gattung PGZD01 Spezies PGZD01 sp002843155 [Gammaproteobacteria bacterium HGW-Gammaproteobacteria-3(N)] HGW-Gammaproteobacteria-3 Gattung SXIP01 sp005772825 F1-120-MAGs053 [Methylococcaceae bacterium isolate F1-120-MAGs053(N)] Gattung SXIZ01 – NCBI: Methylococcaceae Spezies SXIZ01 sp005779525 OPU3_GD_OMZ [Methylococcaceae bacterium isolate F1-120-MAGs053] F1-120-MAGs066 [Methylococcaceae bacterium isolate F1-120-MAGs066(N)] – Süßwasser-Metagenom, Fuxian-See bei Yuxi, Yunnan, China Spezies SXIZ01 sp947505105 ZH-Oct18-51 [Methylococcaceae bacterium isolate ZH-Oct18-51(N)] – MAG vom Zürichsee bei Thalwil () Gattung UBA10906 – NCBI: Methylococcaceae Spezies UBA10906 sp003542275 [Methylococcaceae bacterium isolate UBA10906] UBA10906 – aquatisch Gattung UBA4132 – NCBI: Methylococcaceae Spezies UBA4132 sp002134785 [Crenothrix sp. D3] D3 – aus dem geschichteten (meromiktischen) Zugersee, Schweiz Spezies UBA4132 sp002380945 [Methylococcaceae bacterium UBA4132] UBA4132 – Boden-Metagenom Spezies UBA4132 sp903902705(G) ZH-Oct18-22 [Methylococcaceae bacterium isolate ZH-Oct18-22(N)] – MAG vom Zürichsee bei Thalwil () Gattung WM-3-3 Spezies WM-3-3 sp002928495 WM.3.3 [Methylobacter sp. isolate WM.3.3(N)] Gattung WTBX01 Spezies WTBX01 sp013138855 GLR68 [Methylococcaceae bacterium isolate GLR68(N)]
Toxothrix trichogenes Toxothrix trichogenes ist die einzige Art (Spezies) in der Gattung Toxothrix (monotypisch).
Im Jahr 1924 beschrieb Cholodny als erster ein Bakterium, das flexible verdrillte Bündel ( ) dünner Fäden (Filamente! bakterielle Trichome) produziert, die oxidiertes Eisen enthalten. Dieses Bakterium wurde in einem Wasserbecken am Fluss Dnjepr bei Kiew beobachtet. Er nannte diesen Organismus Leptothrix trichogenes (fadenproduzierenden Leptothrix). Seine Zellen maßen im Durchmesser etwa 0,5 µm und waren zu Trichomen von bis zu 400 µm Länge verbunden. Es wurde auch eine eigentümliche Bewegung beobachtet: Das U-förmige Trichom glitt mit seinem abgerundeten Teil nach vorne; beide Enden des Trichoms hinterließen Bündel von verdrehten Biopolymerfäden wie parallele „Eisenbahnschienen“. Gelegentlich schienen Teile der Bündel sich auch breiter aufzufächern.
Im Jahr 1970 führte die Verwendung eines teilweise im Wasser des Habitats untergetauchten Mikroskops zur kontinuierlichen Beobachtung des ungestörtem Aufwuchs der Bakterien auf Objektträgern zur Wiederentdeckung der Toxothrix-Organismen als lange, oft U-förmige und hochflexible Bakterienfäden. Die direkte Beobachtung ihres Wachstums und ihrer Bewegungen auf eingetauchten Objektträgern zeigte, dass die Toxothrix-Trichome mehrere Schleimstränge produzieren, die in typischer Weise verdrillt sind. Auch fächerförmige Schleimstrukturen und parallele Bahnen („Eisenbahnschienen“) wurden direkt von U-förmigen Organismen als Ergebnis des Vorwärtsgleitens und -rollens gebildet. Chemische Eisenablagerungen auf den einzelnen Schleimsträngen solcher Bahnen machten diese starr und spröde; diese Eisenablagerung erfolgte auch in Abwesenheit von lebenden Trichomen.
Geschichtete Seen als Habitat mini|hochkant=1.4|Vorhergesagter Metabolismus (Methan und Stickstoff) von Crenothrix-Arten aus der Trinkwasseraufbereitungsanlage Wolfenbüttel und aus geschichteten Seen (Zugersee, Rotsee). Identifizierte Gene habe rote, fehlende haben weiße Symbole: □ Crenothrix sp. D3 [UBA4132 sp002134785], lakustrisch △ Sandfilter-Crenothrix bin 1, Crenothrix polyspora RSM_CP1 ○ Sandfilter-Crenothrix bin 2; Crenothrix polyspora_B RSM_CP2 (Stamm in der GTDB abgetrennt in eigene Spezies)
Methanoxidationsweg (graue Kästen), die aerobe Atmungskette (orangefarbene Kästen) und der Pfad der Nitratatmung (blaue Kästen). mini|CARD-FISH-Aufnahme von Gamma-MOB (Methan-oxidierende Gammaproteobakterien, Methylococcales) aus dem Zugersee, klassifiziert nach ihrer Morphologie (Crenothrix-artig filamentös, große Stäbchen, Kokken, kleine Stäbchen). Balken jeweils 3 µm. mini|Phylogenetischer Baum der Gamma-MOB (Methylococcales) und Häufigkeit dieser Bakterien sowie der NC10-MOB (Methylomirabilota) im geschichteten Zugersee in Abhängigkeit von der Tiefe. Die lakustrischen Gamma-MOB, d. h. die in Seen vorkommenden Methan-oxidierender Gammaproteobakterien aus dieser Familie sind von besonderem Interesse, das sie die natürliche Produktion dieses starken Treibhausgases mindern. Speziell methanoxidierende Bakterien ( , MOB) stellen allgemein eine wichtige biologische Schadstoffsenke dar und können der Erde einen natürlicher Schutz bieten, indem sie den Treibhauseffekt mindern. Dazu wurden die zentralschweizer Seen Zugersee und Rotsee genauer untersucht.
In der sauerstoffarmen Zone (Oxykline)
Methan (CH4) ist ein starkes Treibhausgas, das in verschiedenen Meeres- und Süßwasserumgebungen reichlich produziert wird. Einige Archaeen und auch bestimmte Bakterien besitzen als Methanotrophe die Fähigkeit, zur Energiegewinnung Methan zu oxidieren; ihr relativer Beitrag zum Methanabbau kann aber in den verschiedenen aquatischen Lebensräumen sehr variieren.
Im Jahr 2006 wurde von Stoecker et al. der Brunnenfaden Crenothrix polyspora als MOB identifiziert, im Jahr 2007 folgte dann Clonothrix fusca durch Vigliotta et al.