Die Paracoccaceae sind eine Familie von Bakterien. Die Familie umfasst Bakterien, die oft in marinen Lebensräumen vorkommen, und weist eine große metabolische und ökologische Vielfalt auf. Arten sind auch in anderen Habitaten anzutreffen, wie Süßwasser, Boden (z. B. Arten von Paracoccus) oder im Abwasser (Amaricoccus) anzutreffen. Einige sind auf Sauerstoff angewiesen, also strikt aerob. Andere sind wiederum fakultativ anaerob, zeigen also auch unter Sauerstoffausschluss Wachstum. Viele Arten können die Photosynthese nutzen. Einige Vertreter wurden früher der Familie Rhodobacteraceae zugeordnet. Diese Familie wurde aufgelöst und die enthaltenen Gattungen auf verschiedene Familien aufgeteilt.
Merkmale Die Mitglieder der Familie Paracoccaceae sind gramnegative Bakterien, was bedeutet, dass sie bei der Gram-Färbung eine rote oder pinkfarbene Färbung zeigen. Sie können in verschiedenen Formen auftreten, darunter kokkoid (kugelförmig) und stäbchenförmig.
Einige Mitglieder sind begeißelt und beweglich, auch unbegeißelte Vertreter, wie Methylarcula sind vorhanden. Einige Arten vermehren sich durch Knospung. Anstelle der für die meisten Bakterienarten typischen binären Zellteilung, bei der zwei mehr oder weniger gleichgeformte und gleich große Zellen entstehen, bildet sich eine zunächst kleinere Tochterzelle, die mit der Mutterzelle einige Zeit verbunden bleibt. Die Tochterzelle wächst hierbei nicht gleichmäßig, sondern polar, an einem bestimmten Punkt. Zu den knospenden Arten zählen z. B. Rhodobacter blasticus und Gemmobacter aquatilis.
Stoffwechsel Die Paracoccaceae zeichnen sich durch einen vielseitigen Stoffwechsel aus. Viele Arten sind in der Lage, unter aeroben und anaeroben Bedingungen eine Vielzahl organischer Verbindungen zu nutzen. Auch methylotrophe Arten, die z. B. Methylamin zur Energiegewinnung einsetzen, sind vorhanden.
Mehrere Arten sind photoheterotroph, d. h. sie nutzen die Lichtenergie und benötigen zusätzlich noch organische Verbindungen. Auch photoautotrophe Bakterien sind vorhanden.
Die phototrophen Arten besitzen das Bacteriochlorophyll a und zählen zu den Nichtschwefelpurpurbakterien. Sie nutzen meist Schwefelwasserstoff (H2S) als Elektronenspender, hierbei wird Schwefel als Produkt freigesetzt. Einige Arten können den Schwefel dann auch weiter zu Sulfat oxidieren und damit noch einmal Energie gewinnen. Hierzu zählen viele Arten der Rhodobacter. Einige Arten der Gattung Roseinatronobacter besitzen relativ seltene Carotinoide, die im Englischen als Demethylspheroidene und Demethylspheroidenone bezeichnet werden.
Einige Arten, z. B. viele von Rhodobacter, sind dazu noch in der Lage, photolithoautotroph zu wachsen. Sie verwenden hierzu reduzierte Schwefelverbindungen (wie Sulfid oder Thiosulfat) oder Wasserstoff als Elektronendonoren („Elektronenspender“) und Bikarbonat (wenn im Wasser) oder CO2 als Kohlenstoffquelle für den Zellsubstanzaufbau, diese Verbindungen werden durch den Calvin-Zyklus fixiert.
Bei einigen Gattungen handelt es sich um sogenannte „Aerobe anoxygene phototrophe Bakterien“ (AAPs), diese Organismen können eine Photosynthese unter aeroben Bedingungen betreiben, Kohlendioxid wird hierbei allerdings nicht genutzt und somit produzieren sie dabei keinen Sauerstoff. Sie nutzen Licht als zusätzliche Energiequelle, zusätzlich werden organische Substanzen benötigt. Hierzu zählen z. B. einige Arten der Roseinatronobacter. Bei einigen handelt es sich um strenge heterotrophe Bakterien. Einige sind in der Lage, Schwefelverbindungen auch autotroph zu verwenden. Es sind auch denitrifizierende Arten vorhanden. Sie wandeln zur Energiegewinnung den im Nitrat (NO3−) gebundenen Stickstoff zu molekularem Stickstoff (N2) um. Paracoccus denitrificans ist ein Modellorganismus für die Untersuchung der Denitrifikation. Solche Bakterien spielen eine Rolle im Stickstoffkreislauf. Einige Arten sind auch in der Lage, aromatische Kohlenwasserstoffe im Stoffwechsel zu nutzen und somit abzubauen.
Die Art Rhodobacter capsulatus (auch als Cereibacter sphaeroides bezeichnet) produziert sogenannte „Gene Transfer Agents“ (GTAs). Hierbei handelt es sich um virusähnliche Partikel, die von dem Bakterium produziert werden und genetisches Material zwischen Zellen übertragen können. Es wird hier nur ein sehr kleiner, zufälliger Ausschnitt der DNA übertragen. Hierdurch findet ein horizontaler Gentransfer statt, der in der Evolution eine bedeutende Rolle spielt. GTA hat sich vermutlich aus ehemaligen temperenten Phagen gebildet. Die Viren haben im Laufe der Zeit die Fähigkeit zur selbstständigen Kopie verloren und wurden fest in die Wirtszelle integriert.
Einige Arten reichern Polyhydroxybuttersäure (PHB) oder weitere verschiedene Polyhydroxyalkanoate (PHA) an, dies dient als Speicher für Nährstoffarmut.
Es folgt eine Tabelle einiger Beispielarten:
+ Arten der Familie Paracoccaceae Art Isolation/Habitat Metabolismus Na⁺-Bedarf Sonstige Hinweise Referenzen Defluviimonas denitrificans Biofilter, marine Aquakultur-Rezirkulationssysteme (Israel) chemoorganoheterotroph Nein - Foesel et al., 2011 Gemmobacter aquatilis Teich (USA) fakultativ anaerob chemoorganoheterotroph, Denitrifikation unter anaeroben Bedingungen Nein - Rothe et al., 1987 Gemmobacter changlensis Schnee, Himalaya (Indien) photoheterotroph (PH) Nein früher *Rhodobacter changlensis* Chen et al., 2013a; Anil Kumar et al., 2007Haematobacter missouriensisklinische Blutproben aus Wundenaerob chemoorganotrophNein -Helsel et al. 2007Methylarcula marinaeine Mündung ins Asowsches Meer, RusslandFMTJa bildet EctoinDoronina et al. 2000Paracoccus denitrificansBoden, Abwasser, Gülle, Klärschlammfakultativ chemolithoautotrophNeinfähig zur DenitrifikationLudwig et al. 1993Pararhodobacter aggregansim Biofilter einer marinen Aquakultur, Israelareob, chemoorganotrophNein -Pseudorhobacter ferrugineusBiofilter einer marinen Aquakulturaerob, chemoorganotrophNein - Rhodobacter capsulatus stagnierendes Süßwasser, Licht ausgesetzt, mit reduziertem Sauerstoff (USA, Kuba) Nicht-Schwefelpurpurbakterien Nein - Imhoff et al., 1984 Rhodobacter vinaykumarii Gezeitenmeerwasser (Indien) Nicht-Schwefelpurpurbakterien Ja - Srinivas et al., 2007a Rhodobacter viridis Flusswasser und Schlamm (Indien) Nicht-Schwefelpurpurbakterien Nein - Shalem Raj et al., 2013Roseinatronobacter thiooxidansSodasee in Sibirienaerobe anoxygene PhototropheJa -Sorokin et al. 2000Roseitranquillus sediminisSediment von Kongsfjorden, Ny-Ålesund, SpitzbergenchemoorganoheterotrophJa -Umar et al., 2021Solirhodobacter oleimit Öl verunreinigter Boden aus dem Daqing-Ölfeld in China.chemolithoautotroph mit ThiosulfatNein -Chu et al. 2020Thioclava pacificaim Bereich einer suflidreichen Hydrothermalquelle an der Küste von Papua-Neuguineachemolithoautotrophes Wachstum mit SchwefelverbindungenJa -Sorokin et al. 2005Zongyanglinia marinusaus dem Sediment im Gelben Meerstreng aerob, reduziert Nitrat zu N2Ja -Chu et al. 2020 Abkürzungen: AAP (Aerobic Anoxygenic Phototrophs): aerobe anoxygene Phototrophe FMT: fakultativ methylotroph
Ökologie Die Paracoccaceae kommen in einer Vielzahl von Umgebungen vor, darunter Boden, Süßwasser und marine Ökosysteme. Ihre metabolische Flexibilität erlaubt es ihnen, sich an unterschiedliche ökologische Nischen anzupassen. Einige kommen in extremen Umgebungen vor. Arten wie Roseinatronobacter bogoriensis und R. thiooxidans wurden in Soda-Seen gefunden. Andere Stämme sind Bewohner von sulfidischen Hydrothermalgebieten (z. B. Thioclava pacifica) und heißen Quellen (Pleomorphobacterium xiamenense).
Anwendungen Mitglieder der Familie Paracoccaceae haben Potenzial für biotechnologische Anwendungen wie die Bioremediation und die Behandlung von Abwässern. Durch ihre Denitrifikationsfähigkeiten könnten sie zur Entfernung von Nitrat aus belasteten Ökosystemen beitragen.
Systematik Im Jahr 2022 wurde die Familie Rhodobacteraceae aufgrund genetischer Untersuchungen aufgelöst. Die Mitglieder wurden aufgrund taxonomischen Untersuchungen, wie z. B. Vergleiche der Ribosomalen RNA auf die neuen Familien Roseobacteraceae, Stappiaceae, Ahrensiaceae und die Paracoccaceae verteilt. Die für die ursprüngliche Familie namensgebende Gattung Rhodobacter wurde zu den Paracoccaceae gestellt.LPSN - Familie Rhodobacteraceae
Es folgt eine Liste einiger Gattungen (Stand Dezember 2024): Abyssibius Acidimangrovimonas Albidovulum Albimonas Albirhodobacter Alexandriicola Algicella Alkalilacustris Allgaiera Alterinioella Amaricoccus Anianibacter Arenibacillus Cereibacter Cochlodiniinecator Coraliihabitans Cypionkella Defluviimonas Falsigemmobacter Falsirhodobacter Fertoeibacter Fontisubflavum Frigidibacter Fuscibacter Gemmobacter Gymnodinialimonas Haematobacter Hahyoungchilella Halovulum Harenicola Heliomarina Limibaculum Mesobacterium Mesobaculum Methylarcula Neotabrizicola Oceanicella Ostreiculturibacter Paracoccus Paralimibaculum Pararhodobacter Paroceanicella Phaeovulum Pikeienuella Pseudogemmobacter Pseudorhodobacter Pseudothioclava Qingshengfaniella Rhabdonatronobacter Rhodobacter Rhodobaculum Roseicitreum Roseinatronobacter Roseitranquillus Rubribacterium Rubrimonas Ruixingdingia Salibaculum Solirhodobacter Szabonella Tabrizicola Thermohalobaculum Thioclava Xinfangfangia
Einzelnachweise LPSN Familie Paracoccaceae
Doronina NV, Trotsenko YA (2000): A novel plant-associated thermotolerant alkaliphilic methylotroph of the genus Paracoccus. Microbiology Band 69; S. 593–598 Imhoff JF, Truper HG, Pfenning N (1984): Rearrangement of the species and genera of the phototrophic ‘‘purple nonsulfur bacteria’’. In: Int J Syst Bacteriol Band 34: S. 340–34 Srinivas TNR, Kumar PA, Sasikala C, Ramana CV, Imhoff JF (2007a): Rhodobacter vinaykumarii sp. nov., a marine phototrophic alphaproteobacterium from tidal waters, and emended description of the genus Rhodobacter. In: Int J Syst Evol Microbiol Band 57: S. 1984–1987 Shalem Raj P, Ramaprasad EVV, Vaseef S, Sasikala C, Ramana CV (2013): Rhodobacter viridis sp. nov., a phototrophic bacterium isolated from Western Ghats of India. In: Int J Syst Evol Microbiol Band 63: S. 181–186 Umar M, Krishnan KP, Sinha RK, Kannukkarathi T, Merlin TS, Johnson JI, Joseph V, Puthiyedathu ST.: Roseitranquillus sediminis gen. nov., sp. nov. a novel genus and species of the family Rhodobacteraceae, isolated from sediment of an Arctic fjord. In: Antonie Van Leeuwenhoek 2021; Band 114, S. 2147–2162. doi:10.1007/s10482-021-01669-6 Foesel BU, Drake HL, Schramm A (2011): Defluviimonas denitrificans gen. nov., sp. nov., and Pararhodobacter aggregans gen. nov., sp. nov., nonphototrophic Rhodobacteraceae from the biofilter of a marine aquaculture. In: Syst Appl Microbiol Band 34: S. 498–502, doi:10.1016/j.syapm.2011.08.006 Rothe, B., Fischer, A., Hirsch, P. et al.: The phylogenetic position of the budding bacteria Blastobacter aggregatus and Gemmobacter aquatilis gen., nov. sp. nov. In: Arch. Microbiol. Band 147, 92–99 (1987). doi:10.1007/BF00492911 Chen W-M, Cho N-T, Huang W-C, Young C-C, Sheu S-Y (2013): Description of Gemmobacter fontiphilus sp. nov., isolated from a freshwater spring, reclassification of Catellibacterium nectariphilum as Gemmobacter nectariphilus comb. nov., Catellibacterium changlense as Gemmobacter changlensis comb. nov., Catellibacterium aquatile as Gemmobacter aquaticus nom. nov., Catellibacterium caeni as Gemmobacter caeni comb. nov., Catellibacterium nanjingense as Gemmobacter nanjingensis comb. nov., and emended description of the genus Gemmobacter and Gemmobacter aquatilis. In: Int J Syst Evol Microbiol Band 63, S. 470–478 Sorokin DY, Tourova TP, Kuznetsov BB, Bryantseva IA, Gorlenko VM (2000): Roseinatronobacter thiooxidans gen. nov., sp. nov., a new alkaliphilic aerobic bacteriochlorophyll a-containing bacterium isolated from a soda lake. In: Mikrobiologiya Band 69, S. 89–97 (in Russian)