Ideonella dechloratans ist eine Bakterienart. Es kann die Säure Chlorat abbauen.
Merkmale Die Zellen von Ideonella dechloratans sind gerade oder leicht gebogene Stäbchen mit einer Größe von 0,7–1,0 × 2,5–5,0 µm. Die Zellen kommen einzeln, paarweise oder in kurzen Filamenten aus vier bis fünf Zellen vor. Wenn sie paarweise oder in Filamenten auftreten, haben die einzelnen Zellen ein spindelförmiges Aussehen mit spitzen Enden. Sie sind durch zwei oder mehr polare oder subpolare Flagellen beweglich. Es werden keine Prostheken (Ausstülpungen der Zelle), Hüllen oder Endosporen gebildet. Es sind keine Ruhestadien bekannt. Der Gram-Test fällt negativ aus.
Stoffwechsel mini|Chlorat Wenn Sauerstoff vorhanden ist, also unter aeroben Bedingungen, zeigt es einen rein respiratorischen Stoffwechsel mit Sauerstoff als terminalem Elektronenakzeptor, also die aerobe Atmung. Unter anaeroben Bedingungen kann Chlorat als alternativer terminaler Elektronenakzeptor dienen. Chlorat wird hier zum Chloranion reduziert. Nitrat kann als alternativer Elektronenakzeptor dienen (Nitratatmung), Nitrat wird hier zu Nitrit reduziert.
Acetat, die Aminosäuren Alanin und Asparagin, Butyrat, Fructose, Glucose, Lactat, Propionat, Pyruvat und Succinat werden in mineralischem Medium sowohl aerob als auch anaerob als einzige Kohlenstoffquellen genutzt. Unter anaeroben Bedingungen dient Chlorat als Elektronenakzeptor. Adipat und Fumarat werden ebenfalls mit Chlorat, jedoch nicht mit Sauerstoff, verwertet. Aminobenzoat, Phenol und Phenylalanin werden nicht verwertet. In Hugh-Leifson-Medium wird aus Cellobiose, Glucose oder Maltose keine Säure gebildet. Proteolytische Aktivität tritt gegenüber Casein, nicht aber gegenüber Eigelb auf. Lipolytische Aktivität ist gegenüber Eigelb, Tween 20, Tween 40, Tween 60 und Tween 80 nachweisbar, nicht jedoch gegenüber Tween 85.
Der Oxidase-Test fällt positiv aus. Der Katalase-Test schwach positiv. Ideonella dechloratans ist chemoorganotroph, es nutzt organische Säuren, Aminosäuren und Kohlenhydrate als Kohlenstoffquellen. Es ist mesophil, es wächst im Temperaturbereich von 12–42 °C. Bakteriochlorophyll, Carotinoide oder andere Pigmente werden nicht gebildet.
Ökologie Ideonella dechloratans wurde aus Belebtschlamm aus Kläranlagen isoliert. Es reduziert Chlorat unter anaeroben Bedingungen zu Chlorid. Das hochoxidierte Chlorat-Ion ist ein exzellenter Elektronenakzeptor für I. dechloratans und theoretisch sogar effizienter als Sauerstoff (ΔG° = −132 kJ/mol bzw. −110 kJ/mol ausgetauschter Elektronen). Chlorat gilt als toxisch und chloratbelastete Abwässer wurden bereits durch eine bakterienvermittelte, anaerobe Reduktion von Chlorat zu Chlorid entgiftet. In der Praxis bevorzugt I. dechloratans jedoch Sauerstoff, was sich darin zeigt, dass Chlorat unter aeroben Bedingungen nicht reduziert wird.
Die Oxyanionen Chlorat (ClO₃⁻) und auch Perchlorat (ClO₄⁻) finden vielfältige Verwendung. Chlorat wird als Herbizid oder Entlaubungsmittel eingesetzt. Es entsteht, wenn Chlordioxid (ClO₂) in der Papier- und Faserindustrie als Bleichmittel verwendet wird. Diese Verbindungen sind im Wasser chemisch stabil, dies hat zu gesundheitsgefährdenden Konzentrationen dieser Verbindungen in Oberflächen- und Grundwasser geführt. Mehrere, verschiedene Mikroorganismen besitzen die Fähigkeit Chlorat oder Perchlorat entweder zu Chlorit (ClO₂⁻) oder vollständig zu Chlorid zu reduzieren.Chlorat hat ein Redoxpotenzial, das noch positiver ist als das des O2/H2O-Paares:
ClO3- -> Cl- + 3H2O(6e- + 6H+ = +1030mV)
Diese Reaktion wird durch ein Häm-haltiges Protein namens Chlorit-Dismutase (Cld) katalysiert, das weder strukturelle noch sequenzielle Ähnlichkeiten mit bekannten Peroxidasen oder anderen Häm-Proteinen aufweist und Teil einer großen Proteinfamilie mit mehr als einer biochemischen Funktion ist. Die Atmung der Chloroxyanionen Perchlorat und Chlorat ist der einzige nicht-phototrophe Prozess, der molekularen Sauerstoff (O2) produziert. Stämme, die Per- oder Chlorat atmen und gleichzeitig Kohlenwasserstoffe oxidieren sind seit Langem von Interesse für die Bioremediation von Kohlenwasserstoffen in anaeroben Umgebungen.
Es sah lange Zeit so aus, als ob Chlorat (ClO3−) und Perchlorat (ClO4−) nur künstlich hergestellt vorkommen. Im Jahr 2010 erschien allerdings eine Studie in dem natürliches Chloratvorkommen nachgewiesen wurde. Es sieht so aus, dass Chlorat, ähnlich wie auch Perchlorat, in der Atmosphäre gebildet wird, sich anschließend in trockenen Böden anreichert und möglicherweise auch eine untergeordnete Rolle im biogeochemischen Kreislauf des Chlors spielt. Die Chlorverbindungen kommen in trockenen Gebieten der Erde, wie beispielsweise der Atacama-Wüste, häufig vor. Dort führen geringe Luftfeuchtigkeit, hohe UV-Strahlung und Natriumchlorid zu einer hohen Konzentration an Chlorat und Perchlorat auf der trockenen Oberfläche.
Andere Arten, die die Fähigkeit zum Abbau von Chlorat oder Perchlorat besitzen, sind z. B. innerhalb der Gattungen Dechloromonas, Arcobacter, Propionivibrio, Azospirillum, Dechlorospirillium und Azospira zu finden. Ideonella dechloratans ist mit der Art Piscinibacter sakaiensis (vor dem Jahr 2023 als Ideonella sakaiensis geführt) verwandt. Diese Art kann das Plastik PET (Polyethylenterephthalat) abbauen.
Systematik Die Gattung Ideonella zählt zu den Betaproteobacteria und hier zu der im Jahr 2023 aufgestellten Familie Sphaerotilaceae. Ideonella dechloratans ist die Typusart, also die erste beschriebene Art der Gattung. Der Gattungsname weist auf „Ideon“ hin, dem Forschungszentrum, in dem das Bakterium isoliert und beschrieben wurde und der Artname I. dechloratans auf die Fähigkeit, Chlorat abzubauen.
Ideonella dechloratans wurde zunächst als typisches „Pseudomonadenbakterium“ beschrieben, d. h. als gramnegatives, atmendes, Cytochrom-c-Oxidase-positives, bewegliches Stäbchenbakterium, das ein breites Spektrum organischer Moleküle verwerten kann. Zu dieser Zeit wurde die Gattung Pseudomonas jedoch bereits als eine Gruppe phylogenetisch diverser Arten anerkannt, die später in verschiedene Gattungen umklassifiziert wurden. Die Analyse der 16S-rDNA-Gensequenz und die phylogenetische Einordnung zeigten, dass Ideonella zur β-Unterklasse der Proteobakterien gehört und am engsten mit Arten der Comamonadaceae oder des „acidovorans rRNA-Komplexes“ verwandt ist. Allerdings gehört I. dechloratans zu einer phylogenetischen Linie, die zwar mit den Comamonadaceae verwandt, aber dennoch von ihnen verschieden ist und enger mit Arten der Gattungen Aquabacterium, Leptothrix und Roseateles verwandt ist. Im Jahr 2023 wurde die Familie Sphaerotilaceae aufgestellt und die drei Gattungen und Ideonella dort eingeordnet.
Alle Arten der Gattungen, die aufgrund der 16S-rDNA die phylogenetische Linie Ideonella–Aquabacterium–Leptothrix–Roseateles bilden, sind gramnegativ, beweglich und zeigen stäbchenförmige Zellen. Sie sind alle chemoorganotroph und können gemeinsam eine Reihe organischer Säuren, Aminosäuren und Kohlenhydrate verwerten. Sie sind alle aerob und besitzen einen ausschließlich respiratorischen Stoffwechsel. Ideonella dechloratans unterscheidet sich von Arten der Gattungen Aquabacterium, Leptothrix und Roseateles durch ihre einzigartige Fähigkeit unter anaeroben Bedingungen die Chloratreduktion durchzuführen und durch die Produktion von Katalase. Von Aquabacterium -Arten unterscheidet sie sich durch ihre Fähigkeit, Kohlenhydrate zu verstoffwechseln und bei Temperaturen bis zu 42 °C zu wachsen. Von Leptothrix-Arten unterscheidet sie sich durch das Fehlen von Hüllen, das Vorhandensein mehrerer polarer oder subpolarer Flagellen und die Unfähigkeit, Mn²⁺ zu oxidieren. Von Roseateles- Arten unterscheidet sie sich durch das Fehlen der Produktion von Bakteriochlorophyll und Carotinoiden, jedoch durch die Fähigkeit zur Nitratreduktion und zum anaeroben Wachstum.
Zu der Gattung Ideonella zählen mehr als zehn Arten (Stand März 2026). Beispiele sind Ideonella alba, Ideonella azotifigens, Ideonella benzenivorans, "Candidatus Ideonella esbjergensis", Ideonella livida und Ideonella paludis.LPSN
Einzelnachweise Åsa Malmqvist, Edward R.B. Moore, Anders Ternström: Ideonella In:
Weiterführende Literatur John D. Coates: Bacteria that Respire Oxyanions of Chlorine In:
Weblinks Eol LPSN – Genus Ideonella