mini|Zellen der Amöbe P. schiedti mit seinen Endosymbionten (TEM-Aufnahmen, B = Titelbild) mini|Zelle von P. schiedti mit Endosymbionten. Die FISH-Aufnahmen zeigen: „Ca. Mr. pelomyxae“ in blau (A), „Ca. V. pelomyxae“ (grün,B), „Ca. S. pelomyxae“ (rot,C); D: DIC-Aufnahme, E und F sind Überlagerungen. mini|Stoffwechselkarte von „Ca. Mr. pelomyxae“, rekonstruiert aus dem Draft-Genom. mini|Schema der vorgeschlagenen Interaktion zw. den Endosymbionten und P. schiedti.
Methanoregula (Abkürzung Mr.) ist eine Gattung von Archaeen. Die Typusart Methanoregula boonei wurde erstmalig 2006 aus einem sauren Torfmoor isoliert. Sie produziert Methan bei dem niedrigsten pH-Wert aller damals bekannten Organismen.
Eine zweite Art, Mr. formicica mit Referenzstamm SMSP wurde 2011 beschrieben. Dieser Stamm wurde aus einer anaeroben, Propionat abbauenden Anreicherungskultur isoliert. Diese stammte ursprünglich aus dem granulierten Schlamm der Deckschicht eines UASB-Bioreaktors () zur Behandlung von Abwässern einer Bierbrauerei.
Beschreibung Fundort und Kultivierung der Typusart Der Referenzstamm 6A8 der Typusart Methanoregula boonei stammt von dem kleinen, sauren Moor (pH-Wert 4,1) namens McLean Bog zwischen dem Beaver Creek im Norden und dem Mud PondMud Pond. Auf: GeoNames. im Süden bei der Ortschaft McLeanMcLean. Auf: GeoNames. im US-Bundesstaat New York. Das Antibiotikum Rifampicin ermöglichte die Anreicherung von Wasserstoff und Kohlendioxid (H2+CO2) konsumierenden methanogenen Archaeen in der Torfprobe aus dem Moor und verhinderte das Wachstum von H2+CO2-konsumierenden acetogenen Bakterien. Der Stamm 6A8 wurde kultiviert im anaeroben PM1-Medium, einem Kulturmedium mit geringer Ionenkonzentration, das durch den organischen Puffer HomopipesHomo-PIPES. ChemSpider ID: 3590775.Homopiperazin-1,4-bis(2-ethansulfonsäure). Auf: Merck Sigma-Aldrich. (pKa-Wert 4,7 bei 28 °C) auf einen pH-Wert von ca. 5,1 gepuffert wurde.
Der Stamm 6A8 verwendet H2+CO2 als Substrat für seine methanogene Lebensweise, Die Verdopplungszeit beträgt von fast zwei Tage bei Standardwachstumsbedingungen (pH-Wert von 5,1 und Temperatur 28 °C). Er konsumiert weder Formiat, noch Ethanol, Methanol oder Acetat. Neben mineralischen Nährstoffen benötigte er jedoch Vitamine, Hefeextrakt, Coenzym M und niedrige Acetatkonzentrationen vom unter 0,2 ᴍ (mol/ℓ) im Medium. Der optimale pH-Wert für die Methanogenese liegt bei etwa 5, bei einem pH-Wert von 4,0 oder 5,8 findet nur noch eine geringe Methanogenese statt. Die optimale Temperatur liegt bei etwa 37 °C, bei 10 °C verläuft die Methanogenese nur noch langsam, bei 4 °C gar nicht mehr.
Morphologie Der Stamm 6A8 besteht aus zwei Morphotypen – dünnen, geraden Stäbchenzellen (mit 0,2–0,3 mm Durchmesser, 0,8–3,0 mm Länge) und unregelmäßigen kokkoiden Zellen (0,3–0,8 mm Durchmesser). Die kokkoiden Zellen machten nur 5–8 % der Gesamtzellzahl aus, waren aber in allen Wachstumsphasen vorhanden. Bei der mikroskopischen Untersuchung wachsender Kulturen wurde Zellteilung bei den stäbchenförmigen Zellen beobachtet, nicht jedoch bei den kokkoiden Zellen. Die Teilung in den stäbchenförmigen Zellen ist jedoch manchmal asymmetrisch, was zur Bildung der kokkoiden Zellen führen kann.
Methanoregula-Mitglieder als Endosymbionten Wimpertierchen-Wirte Obwohl die Wimpertierchen mehrheitlich eine aerobe Lebensweise aufweisen, umfassen die meisten ihrer Hauptlinien (Klassen) auch frei lebende oder endobiotische Gruppen, die sekundär zu einer anaeroben Lebensweise übergegangen sind. Diese Übergänge sind gekennzeichnet durch eine Umwandlung ihrer (Sauerstoff atmenden) Mitochondrien in sog. mitochondrienähnliche Organellen (, MROs) und dem Erwerb von prokaryotischen Symbionten (Bakterien oder Archaeen), die ihren fermentativen Stoffwechsel erleichtern. Es wird allgemein angenommen, dass es sich hierbei um syntrophische Partnerschaften handelt, in der die symbiotischen Prokaryoten (in der Regel methanogene Archaeen oder Sulfat-reduzierende Bakterien), die Endprodukte der Fermentation der Wirts-MROs, hauptsächlich Wasserstoff (H2), während der Methanogenese oder Sulfatreduktion nutzen. Diese Syntrophie führt zu einer höheren Energieeffizienz für den Wirt und zur Produktion von Methan respektive Schwefelwasserstoff.
In ihrer 2024 erschienenen Arbeit untersuchten Daniel Méndez-Sánchez et al. insgesamt 53 anaerobe Wimpertierchenstämme aus langfristig stabilen polyxenischen Kulturen,polyxenische Kulturen sind Mischkulturen, im Gegensatz zu axenischen oder Reinkulturen davon 42 aus Süßwassersedimenten, 11 aus Brack- und Meerwassersedimenten und eine Bodenprobe aus verschiedenen Teilen der Erde. In diesen fanden sich eine Reihe frei lebender anaerober Wimpertierchen-Spezies, hauptsächlich aus der Ordnung Metopida (aber auch die Verwandte Armophorida). Die methanbildenden Archaeen gehörten zu den drei Gattungen Methanoregula, Methanobacterium und Methanocorpusculum.
Dabei stand sie taxonomische Stellung des Wirts (Gattung und darüber) und seine Umgebung (d. h. selber endobiotisch, maritim/brackig oder frei im Süßwasser lebend) in Beziehung zur Identität der Methanogenen auf Gattungsebene, was für eine starke Spezifität und „Treue“ in der jeweiligen Assoziation spricht. Um das Potenzial für eine horizontale Übertragung der methanogenen Symbionten zwischen verschiedenen Wimpertierchenarten bzw. die Stabilität der Symbionten zu testen, wurden Paare von Wimpertierchen aus bereits etablierten Kulturen gemischt und gemeinsam kultiviert und nach angemessener Zeit analysiert (siehe unten).
Amöben-Wirte Bereits im Jahr 2023 hatten Sebastian C. Treitli et al. die Amöben-Spezies Pelomyxa schiedti (mit Stamm SKADARSKE) auf Endosymbionten hin untersucht. Pelomyxa ist eine Gattung anaerober Amöben, die in Gemeinschaft mit mehreren prokaryotischen Endosymbionten leben. Polyxenischen Kulturen von P. schiedti SKADARSKE bestanden außer aus dem Pelomyxa-Wirt aus folgenden Endosymbionten: dem Bakterium „Candidatus Syntrophus pelomyxae“, Stamm SKADARSKE-3 [Syntrophus sp. SKADARSKE-3] (Gattung Syntrophus, Klasse Deltaproteobacteria) dem Bakterium „Candidatus Vesiculincola pelomyxae“, Stamm SKADARSKE-1 (Familie „Acutalibacteraceae“, Ordnung Clostridiales bzw. Fam. Oscillospiraceae, Ord. Eubacteriales; jedenfalls Klasse Clostridia) dem methanogenen Archaeon „Candidatus Methanoregula pelomyxae“ (Stamm SKADARSKE-2)
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und Elektronenmikroskopie (EM) zeigten, dass das Bakterium „Ca. V. pelomyxae“ innerhalb von Vesikeln lokalisiert ist, während die anderen Endosymbionten frei im Zytosol vorkommen, wobei „Ca. Mr. pelomyxae“ um den Zellkern herum angereichert ist. Genom- und Transkriptom-basierte Rekonstruktionen des Stoffwechsels legen nahe, dass der Stoffwechsel von P. schiedti Einfachzucker (Monosaccharide) produziert, die außer dem eigenen Stoffwechsel auch den Stoffwechsel von „Ca. V. pelomyxae“ antreiben, während „Ca. Syntrophus pelomyxae“ vom Abbau von Butyrat und Isovalerat aus der Umgebung lebt.
„Ca. Mr. pelomyxae“ selbst ist typisch für Methanoregula-Angehörige ein schlankes, stäbchenförmiges Archaeon, das endosymbiotisch im Zytoplasma der Gattung Pelomyxa (Archamoebae) vorkommt. FISH-Hybridisieren ist mit der spezifischen Oligonukleotid-Sonde Meth-P-972 möglich. Aufgrund von phylogenetischen Analysen der 16S-rRNA wurde das Archaeon als Kandidat der Gattung Methanoregula zugeordnet.
Beide Bakterienarten und die Amöbe verwenden Hydrogenasen, um die Elektronen auf Wasserstoff zu übertragen. Dies ist ein Prozess, der einen niedrigen Wasserstoff-Partialdruck erfordert, d. h. erzeugter Wasserstoff (H2) muss sofort wieder entfernt werden. Dies wird durch den dritten Endosymbionten, „Ca. Mr. pelomyxae“ erreicht, der H2 und Formiat für die Methanogenese verbraucht. Eine interessante Konsequenz ist folgende: Während die beiden bakteriellen Symbionten durch eine Behandlung mit Vancomycin eliminiert werden können, ohne die Lebensfähigkeit der Amöben zu beeinträchtigen, tötete die Behandlung mit 2-Bromethansulfonat (BES),Sodium 2-bromoethanesulfonate. Auf: fisher scentific (fishersci.de), einem spezifischen Inhibitor (Hemmstoff) der Methanogenese, die Amöben ab – was auf die Unentbehrlichkeit der Methanogenese für dieses endosymbiotische Konsortium hindeutet.
Bedeutung In einigen anoxischen Umgebungen können die methanogenen Symbionten von Protisten wie Wimpertierchen oder Amöben erheblich zur biogenen Produktion des starken Treibhausgases Methan beitragen, was ein wichtiges Kriterium für Klimamodelle ist.
Systematik Die Gattung Methanoregula zählt zu der Ordnung Methanomicrobiales in der Klasse Methanomicrobia des Archaeen-Reichs Methanobacteriati. Im Detail sieht die maßgebliche (LPSN) und die Taxonomie des (NCBI) die Gattung in der Familie Methanoregulaceae und die Klasse Methanomicrobia im Phylum Methanobacteriota; die (GTDB) klassifiziert die Gattung abweichend in die Familie Methanospirillaceae, und die Klasse Methanomicrobia in das Phylum Halobacteriota (Stand Ende Dezember 2025).
Die derzeit akzeptierte Taxonomie basiert auf der (LPSN) und dem (NCBI), ergänzt um Einträge aus der (GTDB), Stand: 29. Dezember 2025 (auszugsweise):
Gattung Methanoregula et al. 2011(L,N,G)
Spezies Methanoregula boonei et al. 2011(L,N,G) (Typusart(L,G)) Stamm 6A8(L,N,G) alias DSM 21154 oder JCM 14090(L,N)
Spezies Methanoregula formicica et al. 2011(L,N) Stamm SMSP(L,N,G) alias DSM 22288 oder NBRC 105244(L,N)
Spezies Methanoregula sp002067035(G) Stamm PtaB.Bin085(N,G) Stamm PtaU1.Bin006(N,G)
Spezies Methanoregula sp002495055(G) Stamm UBA247(N,G) Stamm UBA469(N,G) Stamm UBA450(N,G)
Spezies Methanoregula sp002495065(G) Stamm UBA471(N,G)
Spezies Methanoregula sp002502245(G) Stamm UBA154(N,G) Stamm UBA244(N,G) Stamm UBA274(N,G) Stamm UBA434(N,G) Stamm UBA143(N,G) Stamm UBA452(N,G)
Spezies Methanoregula sp002502735(G) Stamm UBA64(N,G)
Spezies Methanoregula sp002508495(G) Stamm UBA276(N,G)
Spezies Methanoregula sp002835825(G) Stamm PD_MW2_B(N,G)
Spezies Methanoregula sp002839605(G) Stamm HGW-Methanomicrobiales-3(N,G)
Spezies Methanoregula sp002839675(G) Stamm HGW-Methanomicrobiales-1(N,G)
Spezies Methanoregula sp003136075(G) Stamm fen_60(N,G)
Spezies Methanoregula sp003141335(G) Stamm fen_80(G)
Spezies Methanoregula sp003154335(G) Stamm fen_63(G) Stamm …(G)
Spezies Methanoregula sp003157895(G) Stamm fen_47(G) Stamm …(G)
Spezies Methanoregula sp003170075(G) Stamm fen_34(G)
Spezies Methanoregula sp012798365(G) Stamm AS27yjCOA_146(G)
Spezies Methanoregula sp015660885(G) Stamm SPRUCE.2016.20.metabat2.79(G)
Spezies Methanoregula sp019695435(G) Stamm SPRUCE.2016.34.maxbin2.041(G)
Spezies Methanoregula sp022710665(G) Stamm RA.bin40(G) Stamm AMR_MDS_3198(G)
Spezies Methanoregula sp030919125(G) Stamm SKADARSKE-2(N)
Spezies Methanoregula sp. UBA278(N) Stamm UBA278(N,G)
Spezies Methanoregula sp. PtaU1.Bin051(N) – in der GTDB Mitglied der Familie Methanospirillaceae, Ordnung Methanomicrobiales, Klasse Methanomicrobia, Phylum Halobacteriota Stamm PtaU1.Bin051(N,G) Spezies …(N) – weitere nicht als Endosymbionten nachgewiesene Arten und Stämme
Endosymionten: Spezies „Candidatus Methanoregula pelomyxae“ et al. 2023 – Wirt: Pelomyxa schiedti, Stamm SKADARSKE. Stamm SKADARSKE-2(N) – NCBI-Nucleotide-Zugriffsnummer: CP121470
Spezies Methanoregula endosymbiont of Brachonella contorta(N,M) – Wirt: Brachonella contorta , 1964 [Metopus contortus , 1894]Taxonomie: Ciliophora; Intramacronucleata; Armophorea; Metopida; Metopidae (NCBI)(N) Stamm GRANCA(N)– Fundort: Gran Canaria(M) Stämme JACO; JACO-2(N)– Fundort: Bijagual,Costa Rica Waterfall Tour – Discover the Bijagual Waterfall Adventure (bijagualwaterfall.com). Provinz Puntarenas, Costa Rica(M) Stämme LEDY-1; LEDY-2; LEDY-5(N)– Fundort: Kunratický les, Prag(M) Stämme VELKAL; VELKAL-NS(N)– Fundort: Kaly Pond, Hostivice(M)