mini|hochkant=1.2|EM-Aufnahme: Phagozytose von Methanosphaera stadtmanae
Methanosphaera ist eine Gattung von Archaeen in der Familie Methanobacteriaceae der Klasse Methanobacteria. Die Typusart ist Methanosphaera stadtmanae.
Beschreibung Die Gattung Methanosphaera kommt im Darmtrakt verschiedener Säugetiere – vom Känguru bis zum Menschen, s. u. – vor. Sie wurde 1985 anhand der Oligonukleotidsequenz seiner 16S-rRNA von anderen Gattungen der Familie Methanobacteriaceae unterschieden. Wie andere Archaeen innerhalb dieser Familie sind auch die Arten von Methanosphaera Methanogene, aber während die meisten Formiat zur Reduktion von Kohlendioxid verwenden, benutzt Methanosphaera Wasserstoff, um Methanol zu Methan zu reduzieren.
Methanosphaera stadtmanae M. stadtmanae ist ein Bewohner des menschlichen Darms (Darm-Mikrobiom). Die Spezies hat den am stärksten eingeschränkten Energiestoffwechsel aller methanogenen Archaeen (Stand 2006). Als typischer Vertreter ihrer Gattung kann sie Methan (CH4) nur durch Reduktion von Methanol (CH3OH) mit Wasserstoff (H2) erzeugen und ist auf Acetat als Kohlenstoffquelle angewiesen. Im menschlichen Darm entsteht das Methanol als Produkt des Pektinabbaus durch anaerobe Bakterien wie z. B. der Gattung Bacteroides.
Metabolismus In M. stadtmanae ist die Reduktion von Methanol mit H2 zu Methan über das elektrochemische Protonenpotenzial mit der ADP-Phosphorylierung (zu ATP, siehe ATP-Synthase) gekoppelt. Dass M. stadtmanae als Mitglied der Ordnung Methanobacteriales auf Methanol und H2 als Energiesubstrate wachsen kann, ist ungewöhnlich; denn dies ist eine Eigenschaft, die sonst nur Mitgliedern der Ordnung Methanosarcinales vorbehalten ist. Bemerkenswert ist außerdem, dass M. stadtmanae weder Methanol zu CO2 oxidieren, noch CO2 zu Methan reduzieren kann. Dieser Organismus ist nicht in der Lage, autotroph auf CO2 zu wachsen, sondern benötigt neben CO2 auch Acetat als Hauptkohlenstoffquellen.
Genom Das Genom von M. stadtmanae Stamm DSZM 3091 alias DSM 3091 wurde 2006 von Wolfgang Fricke et al. sequenziert. Es hat eine Größe von 1.767.403 bp (Basenpaaren) bei einem durchschnittlichen G+C-Gehalt von 28 %. Es enthält nur 1.534 proteinkodierende Sequenzen (CDS); dabei fehlen 37 CDS, die in den Genomen aller anderen Methanogene vorhanden sind. Insbesondere fehlen die CDS (Gene) für die Synthese von Molybdopterin und für die Synthese des Kohlenmonoxid-Dehydrogenase/Acetyl-Coenzym-A-Synthase-Komplexes (CODH/ACS, siehe Reduktiver Acetyl-CoA-Weg §Biochemie) – das ist der Grund dafür, dass M. stadtmanae CO2 nicht zu Methan reduzieren oder Methanol zu CO2 oxidieren kann, und folglich für die Biosynthese von Zellkomponenten auf Acetat angewiesen ist.
Im Genom von M. stadtmanae wurden jedoch vier Sätze von mtaABC-Genen gefunden, die für Methanol:Coenzym-M-MethyltransferasenEC 2.1.1.246. Auf: Expasy. kodieren. Diese Gene weisen Homologie zu mta-Genen auf, die zuvor in Methanosarcina-Arten identifiziert wurden. Das Genom von M. stadtmanae enthält darüber hinaus mindestens 323 CDS, die in den Genomen aller anderen Archaeen nicht vorhanden sind (Stand 2006).
Methanosphaera cuniculi M. cuniculi ist ein nicht beweglicher, grampositiver, kugelförmiger Mikroorganismus, der zuerst 1988 aus dem Darmtrakt von Kaninchen isoliert wurde. Für sein Wachstum sind sowohl Wasserstoff als auch Methanol erforderlich. Auf Substratbasis von Wasserstoff plus Kohlendioxid, Formiat, Acetat, Methylaminen, Ethanol oder Isopropanol wurde kein Methan produziert. Der optimale pH-Wert liegt bei 6,8 und die optimale Temperatur bei 35 bis 40 °C. Der G+C-Gehalt der DNA beträgt 23 mol%. Die Pseudomurein-Zellwand enthält Serin. Aufgrund dieser Eigenschaften und die Ergebnisse immunologischer Analysen wurde die Spezies der Gattung Methanosphaera als weitere Art zugeordnet.
Per Metagenom-Analysen wurden andere Stämme dieser Art, MGYG-HGUT-04410 und SRR16279946_bin.7_MetaWRAP_v1.3_MAG, ebenfalls im menschlichen Stuhl bzw. Darm-Mikrobiom identifiziert.
„Ca. Methanosphaera massiliense“ „Ca. M. massiliense“ wurde durch Kultivierung unter Verwendung eines wasserstoff- und kohlendioxidfreien Mediums aus einer menschlichen Stuhlprobe isoliert. Dieser Mikroorganismus hat nicht bewegliche, 850 nm große, grampositive kokkenförmige Zellen, die bei einer Wellenlänge von 420 nm autofluoreszieren. Die Sequenzierung des Gesamtgenoms ergab einen GC-Gehalt von 29,7 % u d eine Genomgröße von 1.785.773 bp. Das Genom kodiert für Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenasen, die das Wachstum ohne Wasserstoff fördern. Das Screening zusätzlicher Säugetier- und Humanfäkalien unter Verwendung eines spezifischen, aus der Genomsequenz abgeleiteten DNA-Polymerase-RT-PCR-Systems ergab eine Prävalenz (Häufigkeit des Vorkommens im Darm-Mikrobiom) von 22 % bei Schweinen, 12 % bei Roten Riesenkängurus, aber keine Nachweisbarkeit in 149 anderen Humanproben.
Artenliste Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der (LPSN) und dem National Center for Biotechnology Information (NCBI), mit Ergänzungen nach der Genome Taxonomy Database (GTDB). Stand: 13. November 2025.
Gattung Methanosphaera 1985(L,N,G)
Spezies Methanosphaera cuniculi et al. 1990(L,N,G) Stamm DSM 4103(L,N,G) alias OCM 183(L,N) Stamm 1R-7(G) alias 1R7(L,N)– in der LPSN und der NCBI-Taxonomie ein Alias von DSM 4103(L,N)− Fundort: Darmtrakt von Kaninchen Stamm MGYG-HGUT-04410(N,G)– Fundort: per Metagenomik im menschlichen Darm-Mikrobiom(N) Stamm Lapin-003-2__bin24(N,G)– Fundort: per Metagenomik im Darm-Mikrobiom von Kaninchen(N) Stamm SRR16279946_bin.7_MetaWRAP_v1.3_MAG(G,N)− Fundort: menschlicher Stuhl(N)
Spezies „Candidatus Methanosphaera massiliense“ et al. 2024(L,N,P) Stamm BB6 alias Q7470, CSUR 875(L), CSUR WDCM 875(P), Vir-13MRS(N,G), CSUR:Q7470(N)– Fundort: Stuhl gesunder Menschen, die Spezies ist aber auch weit verbreitet in Schweinen und Roten Riesenkängurus(P) Stamm SHI1033(N,G,P)– Fundort: Darm-Mikrobiom/Kot von Schafen, Neuseeland(N) Stamm UBA254(N,G) Stamm RUG761(N,G,P)– Fundort: Bovinae(P) Stamm RUG12825(G) Stämme SUG2198; SUG2184(G)– Fundort: Darm-Mikrobiom von Schweinen, Kanada(N) Stamm SRR873602_bin.81_metaWRAP_v1.3_MAG(G)– Fundort: Darm-Mikrobiom von Schafen(N) Stamm MGYG-HGUT-04563(G)– Fundort: Darm-Mikrobiom des Menschen(N)
Spezies Methanosphaera stadtmanae corrig. 1985(L) bzw. 1985(N) (Typusart(L)) Stamm DSZM 3019 alias DSM 3091(L,N,G), ATCC 43021, JCM 11832, MCB-3 oder OCM 149(L,N)– Fundort: menschlicher Stuhl Stamm OH_HBlB_190(G) Stamm DEW79(N,G) Stamm A6(N,G) Stamm PA5(G) Stamm DOME_MAG_10618(G) Stamm MGYG-HGUT-02164(G) Stamm S12M_St_24(G) Stämme OH_CFB_59; OH_HBrB_257(G) Stämme SRR18940298_bin.49_MetaWRAP_v1.3_MAG; SRR16244389_bin.28_MetaWRAP_v1.3_MAG; SRR17622767_bin.108_metawrap_v1.3_MAG; SRR16280027_bin.26_MetaWRAP_v1.3_MAG(G) Stämme ERR1600540_bin.104_CONCOCT_v1.1_MAG; ERR9578286_bin.22_MetaWRAP_v1.3_MAG; ERR9762684_bin.23_MetaWRAP_v1.3_MAG; ERR260183-bin.3(G) Stämme REFINED_METABAT215_TOP10_CONTIGS_1500_ASSEMBLY_K77_MERGED__Hadza_PheChl_Fiber-Hadza-Nepal_A_2_1112.310; REFINED_METABAT215_TOP10_CONTIGS_1500_ASSEMBLY_K77_MERGED__Hadza_PheChl_Fiber-Hadza-Nepal_I_12_1518.106(G)
Spezies Methanosphaera stadtmanae_A(G) – abgespalten in der GTDB Stamm SIG25(G)
Spezies Methanosphaera stadtmanae_B(G) – abgespalten in der GTDB Stamm SIG23(G)
Spezies Methanosphaera stadtmanae_C(G) – abgespalten in der GTDB Stamm SIG24(G)
Spezies Methanosphaera sp001729965(G) Stamm WGK6(N,G,P)– Fundort: Westliches Graues Riesenkänguru, Perth, Australien(N)
Spezies Methanosphaera sp003266065(G) Stamm rholeuAM130(N,G) Stamm S14M_St_38(G)
Spezies Methanosphaera sp003266075(G) Stamm rholeuAM74(N,G)
Spezies Methanosphaera sp003266105(G) Stamm rholeuAM6(N,G)
Spezies Methanosphaera sp003266145(G) Stamm SHI613(N,G) StammSRR873604_bin.139_metaWRAP_v1.3_MAG(G)
Spezies Methanosphaera sp003268005(G) Stamm BMS(N,G) Stamm Rumen_Coassembly_mag_311(G) Stamm RGIG2559(G)
Spezies Methanosphaera sp016282985(G) Stamm Tb.RUG.228(G) Stamm R95_purified_bin90(G) Stamm R62_purified_bin20(G) Stamm DOME_MAG_3464(G)
Spezies Methanosphaera sp017431845(G) Stamm ISO3-F5(N,G) Stamm RGIG2546(G)
Spezies Methanosphaera sp021199865(G) Stamm U.4_8(G)
Spezies Methanosphaera sp022768985(G) Stamm SUG86(G) Stämme SUG2197; SUG2189(G) Stämme SRR14812340_bin.19_metaWRAP_v1.3_MAG; SRR13040389_bin.4_metaWRAP_v1.3_MAG(G)
Spezies Methanosphaera sp030539615(G) Stamm S3R_St_10(G)
Spezies Methanosphaera sp902797085(G) Stamm RUG14233(G)
Spezies Methanosphaera sp946537725(G) Stamm SRR1222429_bin.43_metaWRAP_v1.3_MAG(G)
Spezies Methanosphaera sp11921u(G) Stamm UBA11921(G) Stämme UBA9421; UBA237; UBA10242; UBA541(G) Stamm SRR1267595_bin.3_metaWRAP_v1.3_MAG(G)
Spezies Methanosphaera sp. rholeuAM270(N) Stamm rholeuAM270(N,G)
Spezies Methanosphaera sp. A4(N) Stamm A4(N)
Spezies Methanosphaera sp. TY-2(N) Stamm TY-2(N)
Spezies Methanosphaera sp. r00010(N) Stamm r00010(N)
Spezies Methanosphaera sp. R6(N) Stamm R6(N)
Spezies Methanosphaera sp. M5(P) Stamm M5(P)– Fundort: menschliche Patienten mit Darmkrebs(P)
Spezies Unidentified methanogen ARC…(N)
(L) – (LPSN) inkl. BacDive (N) – Taxonomie des (NCBI) (G) – (GTDB) (P) – Virginie Pilliol et al. (2024)
Der erstgenannte Stamm (bzw. MAG) ist jeweils der Referenzstamm.
Phylogenie Basierend auf 53 Markerproteinen: GTDB Release 10-RS226
Etymologie Der Gattungsname Methanosphaera setzt sich zusammen aus neu von (die Vorsilbe methano- bedeutet ‚zu Methan gehörig‘), sowie , ‚Kugel‘; Methanosphaera meint also eine Methan-produzierende Sphäre.
Das Art-Epitheton cuniculi ist er Genitiv von ;
das Art-Epitheton massiliense ist neu mit der Bedeutung ‚aus Massilia‘/‚zu Massilia gehörig‘; Massilia ist der antike Name von Marseille, wo dieses Archaeon entdeckt wurde;
das Art-Epitheton stadtmanae ist ebenfalls neu und ehrt Thressa C. Stadtman (1920–2016) für ihre bedeutenden Beiträge zur Mikrobiologie und Biochemie der Methanogenen (siehe Liste der Mitglieder der National Academy of Sciences/1981).
Einzelnachweise LPSN: Genus Methanosphaera Miller and Wolin 1985. Dazu: BacDive: Search: Methanosphaera. NCBI Taxonomy Browser: Methanosphaera. Details: Methanosphaera Miller and Wolin 1985. Rank: genus, Graphisch: Methanosphaera, auf: Lifemap. GTDB: Methanosphaera. Genome Taxonomy Database (GTDB) Release 10-RS226
Corinna Bang, Katrin Weidenbach, Thomas Gutsmann, Holger Heine, Ruth A. Schmitz: The Intestinal Archaea Methanosphaera stadtmanae and Methanobrevibacter smithii Activate Human Dendritic Cells. In: PLOS One, Band 9, Nr. 6, 10. Juni 2014, S. e99411; doi:10.1371/journal.pone.0099411, , PMID 24915454 ().
Bruno Biavati, Manuela Vasta, Manuela G. Ferry: Isolation and characterization of "Methanosphaera cuniculi" sp. nov. In: Applied and Environmental Microbiology, Band 54, Nr. 3, 1. März 1988, S. 768–771; doi:10.1128/aem.54.3.768-771.1988, , PMID 3132100 ().
Wolfgang F. Fricke, Henning Seedorf, Anke Henne, Markus Kruer, Heiko Liesegang, Reiner Hedderich, Gerhard Gottschalk, Rudolf K. Thauer: The Genome Sequence of Methanosphaera stadtmanae Reveals Why This Human Intestinal Archaeon Is Restricted to Methanol and H2 for Methane Formation and ATP Synthesis. In: Journal of Bacteriology, Band 188, Nr. 2, Januar 2006, S. 642–658; doi:10.1128/jb.188.2.642-658.2006, , PMID 16385054 (). Rakesh Kumar, Rui-An Wang: Structure, expression and functions of MTA genes. In: Gene, Band 582, Nr. 2, 9. Februar/15. Mai 2016, S. 112–121; doi:10.1016/j.gene.2016.02.012; (15. Mai 2017), PMID 26869315 (). Terry L. Miller, Meyer J. Wolin: Methanosphaera stadtmaniae gen. nov., sp. nov.: a species that forms methane by reducing methanol with hydrogen. In: Archives of Microbiology, Band 141, Nr. 2, März 1985; S. 116–122; doi:10.1007/BF00423270, , PMID 3994486 ().