Desulfospira joergensenii ist eine Bakterienart. Die Art nutzt Schwefelverbindungen, wie beispielsweise Sulfat, zum Stoffwechsel. Hierbei erfolgt die Energiegewinnung durch die Desulfurikation (Sulfatatmung oder Sulfatreduktion). Es handelt sich um eine anaerobe Atmung. Anstatt wie bei der „normalen“ Atmung Sauerstoff, werden hierbei die Schwefelverbindungen als Elektronenakzeptoren genutzt. Sie kann hierzu verschiedene Kohlenstoffquellen nutzen und ist auch in der Lage, autotroph zu wachsen, wobei keine organischen Verbindungen für das Wachstum genutzt werden. Stattdessen dient hierbei Kohlenstoffdioxid (CO2) als Kohlenstoffquelle. Die Art wurde aus einem oxidiertem, eisenreichem Oberflächensediment eines mit einer Art der Seegräser (Zostera noltii) bewachsenen Wattgebiets isoliert.Alexander Galushko, Jan Kuever: Desulfospira In:

Merkmale Desulfospira joergensenii zeigt gebogene, oft spirilloide Zellen mit einer Größe von 0,7–0,8 µm in Breite 1–2 µm in Länge. Die Art ist unbeweglich. Es werden keine Endosporen gebildet. In flüssigen Medien treten häufig Ketten aus zwei oder mehr Zellen auf. Kolonien auf anoxischen Agarmedien sind linsenförmig und von schwach orange-roter Farbe, unabhängig davon, ob sie mit elementarem Schwefel als Elektronenakzeptor in Gegenwart von Eisen(III)-hydroxidoxid, wie beispielsweise Goethit (lange Inkubation kann zur Schwarzfärbung des Mediums führen), oder mit Sulfat als Elektronenakzeptor in Abwesenheit von Fe(III)-Oxyhydroxid kultiviert werden. Der Gram-Test verläuft negativ, was darauf hindeutet, das die Zellen von zwei Membranen mit einer dazwischen liegenden, dünnen Mureinschicht umgeben sind.

Stoffwechsel mini|400x400px|Der Wood-Ljungdahl-Weg Desulfospira joergensenii ist anaerob (wächst unter Ausschluss von Sauerstoff) und nutzt eine Vielzahl organischer Verbindungen als Elektronendonatoren (Elektronenspender) und Kohlenstoffquellen, wie z. B. Fettsäuren, Dicarbonsäuren, Oxosäuren oder Hydroxysäuren. Diese Verbindungen werden vollständig über den anaeroben C1-Weg (oxidative Wood-Ljungdahl-Weg) zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert. Derselbe Weg wird auch für das autotrophe Wachstum mit Wasserstoff (H2) oder Formiat als Elektronenspender und CO2 als Kohlenstoffquelle genutzt. Die Schwefelverbindungen Sulfat, Sulfit, Thiosulfat und reiner Schwefel dienen als terminale Elektronenakzeptoren und werden zu Schwefelwasserstoff (H2S) reduziert. mini|Sulfat Desulfospira joergensenii gehört zur Gruppe der sulfatreduzierenden Bakterien, deren Vertreter in der Lage sind, organische Verbindungen vollständig zu CO2 zu oxidieren, andere Vertreter dieses Stoffwechselwegs sind beispielsweise in den Gattungen Desulfobacter, Desulfobacterium und Desulfobacula, Desulfosarcina, Desulfococcus, Desulfovibrio und bei der Archeengattung Archaeoglobus zu finden.WIDDEL, E, HANSEN, T. A.: Chapter 24. The dissimilatory sulfate- and sulfur-reducing bacteria pp. 583-624, In: The prokaryotes: a handbook on the biology of bacteria: eco-physiology, isolation, identification, applications, 2nd ed. A.Balows, H.G.Triiper, M . Dworkin, W. Harder, and K.-H. Schleifer (eds.). New York, Springer Verlag 1992. Eine andere Variante innerhalb der sulfatreduzierenden Arten ist die unvollständige Oxidation. Hierbei wird als Endprodukt Acetat gebildet. Diese Stoffwechselvariante findet man beispielsweise bei Desulfobulbus, Desulfomicrobium, Desulfotomaculum und bei einigen Arten von Desulfovibrio.

Folgende Substrate unterstützen die Sulfatreduktion, jedoch nicht das Wachstum: Valerat (Pentansäure), Palmitat (Hexadecansäure), Stearat (Octadecansäure), Methanol, Glycin, die Aminosäuren Alanin, L-Threonin und Glutamat sowie Aceton, Ethylenglykol, Nicotinat und Benzoat. Die Verbindungen Nitrat, Nitrit, Fe(III)-Oxyhydroxid, Fe(III)-Citrat, Trimethylaminoxid, Dimethylsulfoxid und Fumarat werden nicht als Elektronenakzeptoren genutzt. Eine Gärung wurde nicht beobachtet.

D. joergensenii kann in einem Natriumchlorit-Konzentrationsbereich von 5–40 g/l wachsen, mit einem Optimum bei 12–20 g/l. Der Temperaturbereich für das Wachstum liegt zwischen 8 und 30 °C, mit einem Optimum bei 26–30 °C. Der pH-Bereich für das Wachstum von D. joergensenii liegt zwischen 6,5 und 7,9, mit einem Optimum bei 7,4–7,6, die Art bevorzugt also relativ neutrale pH-Werte. Die Art ist Katalase-positiv. Das Vitamin Biotin ist für das Wachstum erforderlich. Das Wachstum in Gegenwart von Fe(III)-Oxyhydroxid in nichtreduzierendem Medium ist wahrscheinlich eine Anpassung an die oxidativen Bedingungen, die im Oberflächensediment vorherrschen, aus dem der Stamm B331 von D. joergensenii isoliert wurde. In Abwesenheit von Fe(III)-Oxyhydroxid kam die Substratverwertung zum Erliegen, sobald die Sulfidkonzentrationen 8–9 mM erreichten. Dies war vermutlich auf die Toxizität von Schwefelwasserstoff (H2S) in höheren Konzentrationen zurückzuführen. In Gegenwart von Fe(III)-Oxyhydroxid wurden größere Substratmengen genutzt, da Schwefelwasserstoff kontinuierlich durch chemische Reoxidation zu S⁰ und/oder Ausfällung als Eisen(II)-sulfid (FeS) entfernt wurde. Fe(III)-Oxyhydroxid fungiert in diesem Zusammenhang also nicht als Elektronenakzeptor für das Bakterium.

Es folgt eine Tabelle mit einigen Merkmalen von Desulfospira joergensenii: MerkmalDesulfospira joergenseniiMorphologieGebogener StabZellgröße (µm)07–0,8 × 1,0–2,0Motilität−DNA-G + C-Gehalt (mol%)50,6 (Genom)HauptmenachinonMK-7 und MK-7(H 2 )Optimaler pH-Wert7,0–7,4Optimale Temperatur ( ° C)26–30Optimale NaCl-Konzentration (g/l)12–20WachstumsfaktorbedarfBiotinOxidation des SubstratsVollständigVerbindungen, die als Elektronendonatoren und Kohlenstoffquellen verwendet werdenH₂ / CO₂ +Formate +Acetat−FettsäurenaC4, C8, C10, C12EthanolNrAndere AlkoholeGlycerinLaktat +Pyruvat +Fumarat +Succinat +Malat−AndereCrotonat, Glutarat, Maleat, Oxalacetat, Cholinchlorid, Betain, DMSP, Prolin, HefeextraktFermentatives Wachstum−Disproportionierung reduzierter SchwefelverbindungenNrVerwendete ElektronenakzeptorenSulfat +Sulfit +Thiosulfat +Schwefel +Andere–

Symbole: +, positiv; −, negativ; Nr, nicht angegeben. a Die Zahl weist auf die Anzahl der C-Atome hin, C5 steht somit für Fettsäuren mit 5 C-Atomen, wie Pentansäure.

Genetik Das Genom des Typstamms von D. joergensenii ist ca. 6,1 Megabasenpaare lang und kodiert für 5.442 Proteine und 74 stabile RNAs. Es enthält jeweils eine Kopie der Sulfitreduktase- und aprBA-Gene, die mit den Genen für Qmo-Komplex (qmoABC) verknüpft sind. Das Enzym AprBA ist an der Bildung von Sulfit aus Sulfat beteiligt, der Qmo-Komplex ist ein Membran-Elektronentransportkomplex, der Elektronen zur Adenylylsulfat-Reduktase (AprBA) weiterleitet.

Ökologie Bislang wurden nur zwei 16S-Gensequenzen veröffentlicht, die Ähnlichkeit mit der Gattung Desulfospira aufweisen. Eine stammt aus marinen Oberflächensedimenten, die andere aus dem Enddarm von Stachelhäutern. Es ist möglich, dass Bakterien vom Typ Desulfospira eine enge ökologische Nische an der Grenze zwischen oxischen und anoxischen Bedingungen besetzen.

Die Art D. joergensenii zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, sowohl oxidierte Schwefelverbindungen als auch elementaren Schwefel (S⁰) als terminale Elektronenakzeptoren für die anaerobe Atmung zu nutzen. Dieses phänotypische Merkmal wurde bisher nur bei wenigen sulfatreduzierenden Bakterien beobachtet. Eine einzigartige Eigenschaft von D. joergensenii unter den bekannten Sulfatreduzierern ist die Verwertung des Dicarbonats Maleat und der Aminosäure Prolin.Liesack W & Finster K (2005): Genus XI. Desulfospira. In Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2nd ed., vol. 2, DJ Brenner, NR Krieg, JT Staley, & GM Garrity (eds). Springer, New York; pp 984–987.

Systematik Die Art Desulfospira joergensenii wurde im Jahr 1997 von Kai Finster und Kollegen beschrieben. Die Gattung Desulfospira zählt zu der Familie Desulfobacteraceae der Ordnung Desulfobacterales innerhalb des Phylums Thermodesulfobacteriota. Desulfospira joergensenii ist die einzige Art der Gattung (Stand 8. September 2026). mini|Desulfotignum phosphitoxidans Desulfospira ist, wie die hohe Sequenzähnlichkeit der 16S rRNA zeigt, eng mit anderen Mitgliedern der Familie Desulfobacteraceae verwandt. Im September 2026 waren in der Familie 19 Arten enthalten, wobei einige noch nicht vollständig beschrieben sind und als Candidatus geführt werden. Als Beispielgattungen seien Desulfobacter, Desulfobacula, Desulfoconvexum, Desulfotignum, „Desulfamplus“ sowie die neu gebildeten Gattungen Desulfocicer und Desulforapulum (beide ehemals Arten der Gattung Desulfobacterium) genannt. Einige Arten weisen im Stoffwechsel interessante Variationen auf, so oxidiert die Art Desulfotignum phosphitoxidans Phosphit zu Phosphat als einziger Elektronenquelle und nutzt dabei entweder Sulfat oder CO2 als Elektronenakzeptor. Die metabolische Rekonstruktion zeigte, dass die meisten Biosynthesewege gramnegativer, autotropher Sulfatreduzierer vorhanden sind. Die autotrophe CO2- Assimilation erfolgt ebenfalls wie bei Desulfospira über den Wood-Ljungdahl-Weg. Darüber hinaus konnten wir die Fähigkeit des Stammes zur Kopplung der Phosphitoxidation an die dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammoniak nachweisen und bestätigen. Dies stellt einen neuartigen Energiestoffwechsel dar, der vor der Beschreibung von Desulfotignum phosphitoxidans nicht bekannt war.

Der Name der Gattung Desulfospira weist auf die Desulfurikation und auf das Aussehen der Zellen (welche an Spiralen erinnert) hin. Der Artnahme D. joergensenii wurde zu Ehren BB Jørgensen, einem dänischen Mikrobiologen, der maßgeblich zu unserem heutigen Wissen über den Schwefelkreislauf beigetragen hat, gewählt. Auch der Name der Art "Candidatus Thiomargarita joergensenii" wurde ihm zu Ehren gewählt.

Einzelnachweise

Genutzte Literatur Alexander Galushko, Jan Kuever: Desulfospira In:

Weblinks

LPSN NCBI

Kategorie:Deltaproteobacteria Kategorie:Deltaproteobakterien