mini|Architektur des S-Layers von ARM-1 (links), rechts abgelöste Fragmente. Balken links: 25 nm, rechts: 100 nm. mini|Molekulare Wechselwirkungen der Co-Kultur von ARM-1 und Metallosphaera sp. AS-7.
Microcaldus ist gemäß Erstbeschreibung sowie nach der (LPSN) und der Taxonomie des eine monotypische Gattung von Archaeen im Reich Nanobdellati (DPANN). Sie enthält als einzige Art (Spezies) Microcaldus variisymbioticus. Die Gattung gehört der monotypischen Familie Microcaldaceae, diese der monotypischen Ordnung Microcaldales, diese der monotypischen Klasse Microcaldia und damit dem monotypischen Phylum Microcaldota an.
In der (GTDB) gilt die (dort nach ihrem Typusstamm provisorisch als ARM-1 bezeichnete) Gattung ebenfalls als monotypisch, wird aber abweichend keiner eigenständigen Gruppe, sondern mit der Familie Micrarchaeaceae der Ordnung Micrarchaeales in der Klasse Micrarchaeia des Phylums Micrarchaeota zugeordnet.
Beschreibung Die Erstbeschreibung der Gattung und ihrer monotypischen Art berichtet vom Referenzstamm ARM-1 als thermoacidophiles (hitze- und säureliebendes) Archaeon als Teil einer symbiotischen Co-Kultivur zusammen mit dem Archaeon Metallosphaera sp. AS-7 (Ordnung Sulfolobales, Klasse Thermoprotei), das aus einer sauer-heißen Quelle in Indonesien isoliert wurde. Dieses Kokultursystem zeigte ein schnelles Wachstum, es konnte kryokonserviert werden und war unter aeroben Bedingungen überhaupt leicht zu pflegen. Experimentell konnte nicht nur die symbiotische Beziehung von zu Metallosphaera sp. belegt werden; zeigte sich auch in der Lage, stattdessen mit den vier anderen Mitgliedern der Ordnung Sulfolobales eine symbiotische Beziehung einzugehen. Diese Ergebnisse belegten erstmals die Existenz von Vertretern der Nanobdellati (DPANN-Archaeen), die auf einer Reihe von unterschiedlichen Wirten wachsen können. Genomanalysen zeigten zudem die Möglichkeit eines horizontalen Gentransfers zwischen und Mitgliedern der Ordnung Sulfolobales.
Isolierung und Co-Kultivierung Die ursprüngliche, als EnAS_65 bezeichnete Anreicherungskultur wurde aus dem heißen, sauren Quellwasser der Kawah Domas Hot SpringKawah Domas, Hot Springs. Auf: Mapcarta (de). kawah badak. Auf: GeoNames. am Vulkan Tangkuban Perahu auf Java (Indonesien) gewonnen. Insgesamt wurden aus EnAS_65 37 Klone gewonnen, die sich in drei OTUs () gruppierten: Metallosphaera-Arten (7 Klone), Thermoplasma-Arten (27 Klone) und (3 Klone). Weil die Metallosphaera- und Thermoplasma-Arten in der Gesamtzahl der Klone erheblich häufiger vorkamen als ARM-1, versuchten die Autoren, diesen Stamm aus EnAS_65 durch Variation des Kulturmediums und der Inkubationstemperaturen weiter anzureichern. Auf diese Weise erhielten sie ein als EnM bezeichnetes Kokultursystem, das nur aus ARM-1 und Metallosphaera sp. bestand, wobei nun eine signifikant höhere Häufigkeit als Metallosphaera sp. hatte, und an dem in der Folge eine Genomsequenzierung vorgenommen wurde.
ARM-1 ist in der Lage, unter aeroben Bedingungen mit den folgenden Mitgliedern der Ordnung Sulfolobales zu wachsen: Gattung Acidianus: A. brierleyi Gattung Metallosphaera: M. sedula, M. hakonensis, M. javensis Gattung Sulfolobus: S. solfataricus. Das Wachstum erfolgt bei 50 bis 75 °C und einem pH-Wert von 1,5 bis 4,5 in Gegenwart der Wirtsorganismen. Das Archaeon wächst auf komplexen Substraten (Hefeextrakt, Trypton, Pepton, Casaminosäuren) und Zuckern (Glukose, Saccharose) in Gegenwart von Wirtsorganismen – ohne Wirtsorganismen findet kein Wachstum statt.
Genom Das zirkuläre Genom von ARM-1 hat eine Länge von 814.439 bp (Basenpaaren), der GC-Gehalt dieser DNA beträgt 34,1 %. Das Genom kodiert einen kompletten Citratzyklus (, TCA) und Mevalonatweg (, MVA). Der MVA-Stoffwechselweg ist vom eukaryotischen Typ – dieser kommt bei Archaeen im Allgemeinen selten vor, wurde aber bei Archaeen der Wirts-Ordnung Sulfolobales nachgewiesen (verträglich mit der Annahme eines HGT). Der TCA-Zyklus, eine nahezu vollständige Atmungskette (Komplexe I, II, IV und V) und Gene für den Umgang mit oxidativem Stress (cydA, sod und ahpC) passen gut mit Annahme einer aeroben Lebensweise zusammen. Eine Reihe von Transportergenen und Archaellen-Genen (Genen für Geißel vom Archaeen-Typ, hier: flaJ, flaI) scheinen dazu beizutragen, von den Wirtsorganismen produzierte Metaboliten (Stoffwechselprodukte) zu gewinnen.
Systematik Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der (LPSN) und dem (NCBI), ergänzt um Einträge aus der (GTDB), Stand: 24. Dezember 2025:
Gattung Microcaldus Sakai et al. 2023(L,N) Spezies Microcaldus variisymbioticus Sakai et al. 2023(L,N) Stamm InaCC Co1(L) alias InaCC:Co.001(N), JCM 33787(L,N) oder ARM-1(L,N,G)
L – (LPSN), Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) N – Taxonomie des (NCBI) G – (GTDB)
Etymologie Der Gattungsname Microcaldus setzt sich zusammen aus und , die neulat. Kombination verweist auf einen thermophilen Mikroorganismus sehr kleiner Größe.
Das Art-Epitheton variisymbioticus setzt sich zusammen aus dem Adjektiv und dem neulat. Adjektiv , die neulat. Kombination bedeutet ‚symbiotisch mit verschiedenen (Mikroorganismen) zusammenlebend‘.
Die Suffixe der Bezeichnungen für die höheren Taxa (Familie bis Phylum) kennzeichnen die jeweilige taxonomisch Rangstufe.
Signifikanz Auch im Jahr 2022 war ARM-1 noch einer der wenigen Archaeenstämme aus dem Reich (Biologie) Nanobdellati (früher: Superphylum DPANN), der erfolgreich kultiviert und charakterisiert werden konnte. Bemerkenswert ist, dass dieses thermoacidophile (Hitze und Säure liebende) Archaeon ein symbiotischer Stamm ist, der (zumindest in einer Laborkultur) Abhängigkeit von einer Reihe von für ihn geeigneten Wirtsarten aus der Ordnung Sulfolobales zeigte: Während der natürliche Wirt Metallosphaera sp. ist, war dies nachweislich für insgesamt fünf verschiedene Archaeenarten aus drei Gattungen (Metallosphaera, Acidianus und Saccharolobus), die aus sauer-heißen Umgebungen stammen, aber ansonsten geologisch unterschiedlich sind. war das erste Archaeon, für das ein solches Wirtsspektrum nachgewiesen werden konnte.
Anmerkungen
Weiterführende Literatur Shamphavi Sivabalasarma, Marleen van Wolferen, Sonja-Verena Albers, Arthur Charles-Orszag: Biogenesis, function and evolution of the archaeal S-layer. In: Current Opinion in Cell Biology, Band 95, August 2025, S. 102534; DOI:10.1016/j.ceb.2025.102534 ().
Matthew David Johnson, Hiroyuki D. Sakai, Bindusmita Paul, Takuro Nunorura, Somavally Dalvi, Manasi Mudaliyar, Doulin C. Shepherd, Michiru Shimizu, Shubha Udupa, Moriya Ohkuma, Norio Kurosawa, Debnath Ghosal: A large attachment organelle mediates interaction between a novel Nanobdellota archaeon YN1 and its host. Auf: bioRχiv vom 5. Mai 2024; , ResearchGate:380349827 (Preprint, ).
Einzelnachweise LPSN: Genus Microcaldus Sakai et al. 2023, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ). Dazu: BacDive: Microcaldus, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ). NCBI Taxonomy Browser: Microcaldus, Details: Microcaldus Sakai et al. 2023 (genus); graphisch: Microcaldus, auf Lifemap. GTDB: Microcaldus.
Matthew David Johnson, Doulin C. Shepherd, Hiroyuki D. Sakai, Manasi Mudaliyar, Arun Prasad Pandurangan, Francesca L. Short, Paul D. Veith, Nichollas E. Scott, Norio Kurosawa, Debnath Ghosal: Cell-to-cell interactions revealed by cryo-tomography of a DPANN co-culture system. In: Nature Communications, Band 15, No. 7066, 16. August 2024; , ResearchGate:383180378 ().
Kategorie:DPANN