Desulfonatronum ist eine Gattung von Bakterien. Sie zählen zu den schwefelreduzierenden Bakterien (SRB), sie nutzen Schwefelverbindungen wie Sulfat um Energie zu gewinnen, sie führen die Desulfurikation durch. Zum Zellaufbau genutzter Kohlenstoff (anaboler Kohlenstoff), kann entweder nur aus Kohlenstoffdioxid (chemolithoautotropher Stoffwechsel), aus CO2 und Acetat (chemolithoheterotroph) oder aus Hefeextrakt (chemoheterotroph) stammen. Die Gattung umfasst neun Arten (Stand 20. Juni 2026). Sie sind haloalkaliphil, kommen also in Gebieten mit hohen pH-Werten (alkaliphil) und hohen Salzgehalten (halophil) vor.Alexander Galushko, Jan Kuever: Desulfonatronum In: Haloalkaliphile tolerieren hohe Salzkonzentrationen (von bis zu 33 % NaCl) bei gleichzeitig hohen alkalischen pH-Werten (mehr als 7) und sind eine wichtige Untergruppe innerhalb der Extremophilen. Die Arten von Desulfonatronum besiedeln anoxische (sauerstofffreie) Sedimente alkalischer Seen (Sodaseen) und konkurrieren dort mit acetogenen und methanogenen Mikroorganismen um Wasserstoff (H2), der von saccharolytischen gärenden Bakterien gebildet wird.
Merkmale Die Zellform der Arten von Desulfonatronum ähnelt der von Vibrionen. Die Größe kann je nach Art variieren. Sie kommen einzeln oder paarweise vor. Unter ungünstigen Bedingungen bilden sich lange Zellketten (ca. 20–120 µm), die eine spirillen- oder schlangenartige Bewegung zeigen. Einzelne Zellen sind durch ein polares oder subpolares Flagellum schnell beweglich. Sporenbildung findet nicht statt. Der Gram-Test fällt negativ aus. Bei gramnegativen Bakterien ist eine innere und eine äußere Membran vorhanden, dazwischen befindet sich eine einschichtige Mureinschicht.
Stoffwechsel und Wachstum Alle Arten von Desulfonatronum sind chemolithotrophe Organismen und nutzen Wasserstoff (H2) als Elektronendonator. Die Arten nutzen die Desulfurikation, sie reduzieren Schwefelverbindungen. Zu den Verbindungen zählen bei Desulfonatronum Sulfat, Sulfit und Thiosulfat. Sie dienen als terminale Elektronenakzeptoren und werden zu Schwefelwasserstoff (H2S) reduziert. Die Art Desulfonatronum thiodismutans kann z. B. mit Wasserstoff und Sulfat ohne organische Kohlenstoffquellen chemolithoautotroph wachsen. Es kann auch zusätzlich Formiat und Ethanol nutzen, also chemolithoheterotroph wachsen. Auch die Art D. thioautotrophicum kann chemolithoautotroph wachsen.
Einige Arten können durch Fermentation organischer Verbindungen wie Pyruvat und Lactat wachsen und einige Arten sind auch zur Dismutation (Disproportionierung) oxidierter Schwefelverbindungen fähig. Dies erfolgt autotroph, mixotroph in Gegenwart von Acetat oder heterotroph mit Hefeextrakt. Formiat kann auch als Elektronendonator und Kohlenstoffquelle dienen.
Die Art Desulfonatronum buryatense kann auch Eisen zur Energiegewinnung im Stoffwechsel nutzen. Eisen (Fe3+) wird hierbei zu Fe2+ reduziert.
Die Arten sind alkaliphil, wachsen also bei hohen pH-Werten. So zeigt die Art Desulfonatronum thiodismutans Wachstum bei pH-Werten von 8,0–10,0, das Optimum liegt bei 9,5.
Die alkaliphilen Arten sind obligat auf Carbonat (CO32-) und Hydrogencarbonat (HCO3-) angewiesen. Optimaler pH-Werte liegen im Bereich von 8,0–9,5. Mesophile Arten weisen Temperaturoptima zwischen 30 und 40 °C auf.
Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalena: D. alkalitoleransD. buryatenseD. cooperativumD. lacustre (Typusart)D. parangueonenseD. thioautotrophicumD. thiodismutansD. thiosulfatophilumD. zhilinaeMorphologieVibrioVibrioVibrioVibrioVibrioVibrioVibrioVibrioVibrioZellgröße (µm)0,5–0,6 × 1,5–2,50,5–9,7 × 2,0–2,50,4–0,5 × 1,0–2,50,7–0,9 × 2,5–3,00,7–0,9 × 1,2–2,30,5–0,6 × 2,0–4,00,6–0,7 × 1,2–2,70,4–0,5 × 1,5–4,00,4–0,5 × 1,5–3,0GC-Gehalt (mol%)55,8 (Tm)48,8 (Tm)56,5 (Tm)57,3 (Tm), 59,3 (Genom)56,1 (HPLC)57,6 (Tm), 56,9 (Genom)59,0 (HPLC), 58,7 (Genom)57,0 (Tm), 56,2 (Genom)58,3 (Tm), 59,0 (Genom)HauptmenachinonNrMK-6NrNrMK-6NrNrNrNrOptimaler pH-Wert8,7–9,09.48,0–9,09,3–9,59.09.39,59,59.0Optimale Temperatur (°C)30b3435–38403530–413730–4036Optimale NaCl-Konzentration (gl−1)17,5–3555–150523.4–353017,540WachstumsfaktorbedarfNrNr−HefeextraktHefeextrakt−Vitamine−NrVerbindungen, die als Elektronendonatoren und Kohlenstoffquellen verwendet werdenH2 / CO2 +c +c +c +c,d + + + +c +cFormat +c +c +c +c,d + + + +c +Ethanol− +− + + + + +−Andere n -Alkohole−NrNr−−−−−NrLaktat + + +−e + +− + +Pyruvat + +−f− + +− + +Fermentatives Wachstum mit LaktatNr +Nr−NrNrNrNrNrFermentatives Wachstum mit Pyruvat + +−−− +− +NrDisproportionierung reduzierter Schwefelverbindungen−NrNr + (Thiosulfat) + (Thiosulfat, Sulfit) + (Thiosulfat, Sulfit) + (Thiosulfat, Sulfit) + (Thiosulfat, Sulfit)NrVerwendete ElektronenakzeptorengSchwefel− +−− +h +h− +h−Fe(III)Nr +Nr−NrNrNrNr−NitratNr−−−NrNr−Nr−i
Symbole: +, vorhanden; −, negativ; Nr, nicht angegeben; Tm, „melting temperature“ von DNA, Temperatur, bei der sich die beiden DNA-Stränge trennen (Denaturierung); HPLC, „High-Performance Liquid Chromatography“ (Flüssigchromatographie). a Daten von Pikuta et al. 1998a, Zhilina et al. 2005, Whitman 2006, Sorokin et al. 2011, Sorokin et al. 2013, Ryzhmanova et al. 2014, Zakharyuk et al. 2015, Perez Bernal et al. 2017 b Von der Webseite der DSMZ (link) c Nur in Gegenwart von Acetat oder Hefeextrakt. d Pusheva et al. 1999a zeigten eine hohe CO-DH-Aktivität, was auf die Fähigkeit schließen lässt, autotroph ohne Acetat zu wachsen. e Einige Stämme, jedoch nicht der Typstamm, können Laktat verwenden (Zhilina et al., 2005). f Ungewöhnlich, da Laktat verstoffwechselt wird. g Alle Arten können Sulfat, Sulfit und Thiosulfat nutzen. h Reduktion, aber kein Wachstum. i Reduktion von Nitrat zu Nitrit, aber kein Wachstum.
Ökologie Arten von Desulfonatronum sind in alkalischen Habitaten, wie Sodaseen sehr häufig. Die Arten Desulfonatronum lacustre und Desulfonatronum cooperativum wurden aus dem alkalischen Chadin-See in Tuwa (Zentralasien), Desulfonatronum thiodismutans aus dem Sodasee Mono Lake in Kalifornien, Desulfonatronum zhilinae aus dem Sodasee Alginskoe in der Transbaikalien-Region (Russland) und Desulfonatronum buryatense aus alkalischen Brackwasserseen in der sibirischen Region Russlands isoliert. Desulfonatronum parangueonense wurde aus einem alkalischen Kratersee isoliert.
Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) in Sodaseen spielen eine wichtige Rolle im Schwefelkreislauf. Die Arten von Desulfonatronum können wahrscheinlich als Wasserstoffsenke in einer anaeroben, alkaliphilen Gemeinschaft fungieren, die organische Substanz zersetzt und mit homoacetogenen und methanogenen lithotrophen Mikroorganismen um H2 konkurriert. Ein anderes Beispiel für die ökologischen Zusammenhänge ist das obligat syntrophe Bakterium „Candidatus Contubernalis alkalaceticum“. Diese Art oxidiert u. a. Acetat in Gegenwart von Desulfonatronum cooperativum und anderen Arten der wasserstoffverbrauchenden Gattungen Desulfonatronum und Desulfonatronovibrio. Die Art „Candidatus Contubernalis alkalaceticum“ oxidiert Acetat, Ethanol, Propanol und einige andere niedermolekulare Verbindungen nur dann, wenn es mit einem H2-verwertenden Sulfatreduzierer wie Desulfonatronum cooperativum kultiviert wird.
Sodaseen sind Ökosysteme mit hoher Karbonatalkalität und Salzkonzentrationen, die Sättigungswerte erreichen. Trotz dieser extremen Bedingungen beherbergen Sodaseen vielfältige mikrobielle Gemeinschaften, die an verschiedenen biogeochemischen Kreisläufen, wie den Schwefelkreislauf, beteiligt sind. Molekular- und mikrobiologische Studien identifizierten zahlreiche chemolithoautotrophe, haloalkaliphile, schwefeloxidierende Bakterien, die an den oxidativen Teil des Schwefelkreislaufs beteiligt sind. Der reduktive Teil des Kreislaufs wird von physiologisch unterschiedlichen Mikroorganismengruppen durchgeführt. Es handelt sich um chemolithotrophe sulfatreduzierende Bakterien (SRB), wie Vertreter der Ordnung Desulfovibrionales, heterotrophen Vertretern der Ordnung Desulfobacterales, acetatverwertenden schwefelreduzierenden Desulfurispira natronophila der Klasse Chrysiogenetes, schwefelatmenden lithoautotrophen Bakterien Natroniella sulfidigena, Dethiobacter alkaliphilus und Desulfurivibrio alkaliphilus sowie der schwefelreduzierende Stamm Natronolimnobius AHT32 der zu den Euryarchaeota zählt. Bislang wurden aus Sodaseen nur zwei Stämme grampositiver, endosporenbildender Bakterien isoliert: Desulfitispora alkaliphila und der Stamm AHT16, der eng mit dem obligat fermentativen, peptolytischen Alkaliphilen Natronincola peptidovorans verwandt ist. Beide Stämme waren in der Lage, Thiosulfat in kooperativer Wechselwirkung zu Sulfid zu reduzieren.
Kulturunabhängige Untersuchungen zur Diversität sulfatreduzierender Bakterien (SRB) in Sodaseen mit hohem Salzgehalt deuten auf das Vorkommen von SRB der Ordnung Desulfovibrionales hin: Gattungen Desulfonatronovibrio, Desulfonatronum und Desulfonatronospira.
Chemotaxonomie Das Hauptmenachinon von Desulfonatronum ist Menachinon 6, das zusammen mit Cytochrom c an der Gärung und anorganischen Atmung beteiligt ist. Das zelluläre Fettsäureprofil ist durch Tetradecansäure (Myrisitnsäure), Pentadecansäure, Hexadecansäure (Palmitinsäure) und Octadecansäure (Stearinsäure) charakterisiert.
Das zelluläre Fettsäuremuster wird von iso- und normal ungesättigten sowie gesättigten Fettsäuren dominiert und variiert je nach Art. Typische Fettsäuren sind C16:1ω7 und C18:1ω7/9. Für das Wachstum werden anoxische Medien mit einem Reduktionsmittel (üblicherweise Sulfid), NaHCO3 und Na2CO3 benötigt, für einige Arten zusätzlich Vitamine oder Hefeextrakt. Systematik Die Gattung Desulfonatronum wird zu der im Jahr 2006 neu aufgestellten Familie Desulfonatronaceae zugeordnet. Die Familie zählt zu der Ordnung Desulfovibrionales, Desulfonatronum ist die einzige Gattung der Familie Desulfonatronaceae.
Der Name Desulfonatronum kommt von dem lateinischen Wort desulfo (entschwefelnd, Präfix zur Charakterisierung eines dissimilatorischen sulfatreduzierenden Prokaryoten) und natron (abgeleitet vom arabischen n. natron oder natron, was soviel wie Soda bedeutet) und bedeutet soviel wie „ein Sulfatreduzierer, der in Sodaseen lebt“.
Es folgt eine Liste der beschriebenen Arten (Stand: 21. Juni 2026):
Desulfonatronum alkalitolerans Desulfonatronum buryatense Desulfonatronum cooperativum Desulfonatronum lacustre Desulfonatronum parangueonense Desulfonatronum thioautotrophicum Desulfonatronum thiodismutans Desulfonatronum thiosulfatophilum Desulfonatronum zhilinae
Einzelnachweise
Weblinks NCBI
Kategorie:Deltaproteobacteria Kategorie:Deltaproteobakterien