Methylococcaceae bilden eine Familie der Gammaproteobacteria und sind neben den Crenotrichaceae das einzige Mitglied der Ordnung Methylococcales. Sie zählen zu den methanotrophen Bakterien, sie sind in der Lage mit Methan als einzige Kohlenstoffquelle für den Aufbau der Zellsubstanz (Assimilation) und zum Energiegewinn zu wachsen. Durch die Verwertung des Treibhausgases Methan sind sie ökologisch sehr wichtig. Der Entzug von Methan aus der Atmosphäre durch den Stoffwechsel dieser Bakterien hat einen mildernden Effekt auf die Klimaerwärmung.

Merkmale

Die Zellen der Arten der Methylococcaceae sind stäbchen- oder kokkenförmig. Teilweise treten Zellketten auf. Einige Arten bilden cystenförmige Körperchen als Ruhestadien.

Stoffwechsel

Die Methylococcaceae zählen zu den methanotrophen Bakterien, eine Untergruppe der methylotrophen Bakterien. Methylotrophe sind in der Lage, Verbindungen, die keine C–C-Bindungen aufweisen, zu verwerten. In diesen Molekülen ist entweder nur ein Kohlenstoffatom (wie z. B. Methanol, und Formiat) enthalten oder kein Kohlenstoffatom direkt mit einem anderen verbunden. Zu diesen Verbindungen zählen z. B. Trimethylamin, Methylamin und Dimethylamin. Die methanotrophen Bakterien können außerdem noch Methan nutzen. Hierzu dient das Enzym Methan-Monooxygenase (MMO), welches bei den Methylotrophen nicht vorhanden ist. Mit Hilfe des Enzyms MMO wird Methan zu Methanol oxidiert. Methanol wird dann weiter genutzt und die dabei gewonnene Energie auf die Atmungskette übertragen und ATP erzeugt. Einige Bakterienarten, wie z. B. Arten der Gattungen Methylobacter, Methylococcus und Methylosphaera sind zusätzlich in der Lage Stickstoff zu fixieren.

Stellung innerhalb der Methylotrophen

Die methanotrophen Bakterien werden aufgrund von verschiedenen Merkmalen, wie Zellaufbau und Stoffwechsel in drei Gruppen, Gruppe I, II und X unterteilt. Die Methylococcaceae zählen zu der Gruppe I. Sie nutzen Einkohlenstoffverbindungen im Stoffwechsel mit Hilfe des Ribulosemonophosphatweg. Im Stoffwechsel der Gruppe II wird Kohlenstoff über den Serinweg fixiert. Arten der Familie Methylocystaceae zählen z. B. zu dieser Gruppe. Weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Form der inneren Membranen. In der Gruppe I sind sie in Stapeln angeordnet, in Typ II verlaufen sie hingegen parallel zur äußeren Zellmembran. Die Gruppe X ist wiederum eine Untergruppe der Gruppe I. Die Besonderheit bei diesen Bakterien ist die Fähigkeit neben Methan auch CO₂ zu fixieren. Hierzu zählen die Gattungen Methylococcus und Methylocaldum.

Methylococcus capsulatus ist ein ungewöhnlicher Methanotropher vom Typ I, da es Formaldehyd über den Ribulosemonophosphatweg bildet, aber auch einige Enzyme des Serinweg besitzt, welcher typisch für Arten der Familie Methylocystaceae ist. Die DNA dieser Art hat einen relativ hohen GC-Gehalt, der eher für Methanotrophe vom Typ II charakteristisch ist. Fakultativ methylotrophe Bakterien sind nicht auf Einkohlenstoffverbindungen angewiesen, können sie aber zusätzlich nutzen, wie z. B. verschiedene Arten von Arthrobacter, Pseudomonas, Micrococcus und Bacillus.

Systematik

Die Familie Methylococcaceae zählt zu der Ordnung Methylococcales der Gammaproteobacteria. Das Bakterium Crenothrix polyspora, auch unter dem Namen Brunnenfaden bekannt, ist ebenfalls in der Lage Methan zu oxidieren. Analysen der 16S rRNA-Sequenz zeigen eine hohe Verwandtschaft mit der Art Methylobacter psychrophilus. Crenothrix wird in der ebenfalls zu der Ordnung Methylococcales zählende Familie Crenotrichaceae geführt.

Es folgt eine Liste von einigen Gattungen der Methylococcaceae:

• Methylobacter Bowman et al. 1993
• Methylocaldum Bodrossy et al. 1998
• Methylococcus Foster & Davis 1966
• Methylicorpusculum Saidi-Mehrabad et al. 2020
• Methylogaea Geymonat et al. 2011
• Methylomagnum Khalifa et al. 2015
• Methylomicrobium Bowman et al. 1995
• Methylomonas (ex Leadbetter 1974) Whittenbury & Krieg 1984
• Methylosarcina Wise et al. 2001
• Methylosoma Rahalkar et al. 2007
• Methylosphaera Bowman et al. 1998
• Methylothermus Tsubota et al. 2005
• Methylovulum Iguchi et al. 2011

Quellen

1. ↑ Anna Hakobyan and Werner Liesack: Unexpected metabolic versatility among type II methanotrophs in the Alphaproteobacteria In: Biological Chemistry, 2020; Band 401, Ausgabe, S. 1469–1477. doi:10.1515/hsz-2020-0200
2. ↑ Johannes C. G. Ottow: Mikrobiologie von Böden: Biodiversität, Ökophysiologie und Metagenomik, Springer Verlag, Heidelberg New York 2011, ISBN 3-642-00823-2.
3. ↑ Hanson RS, Hanson TE (1996) Methanotrophic bacteria. Microbiol Rev 60: 439–471
4. ↑ Nardia J. Baxter, Robert P. Hirt, Levente Bodrossy, Kornel L. Kovacs, Martin T. Embley, James I. Prosser, J. Colin Murrell: The ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase gene cluster of Methylococcus capsulatus (Bath). In: Archives of Microbiology. Band 177, Nr. 4, April 2002, ISSN 0302-8933, S. 279–289, doi:10.1007/s00203-001-0387-x (springer.com [abgerufen am 23. August 2023]). 
5. ↑ Stoecker, K. et al (2006): Cohn’s Crenothrix is a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase In: Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS) 103 (7), S. 2363–2367; PMID 16452171; PMC 1413686 (freier Volltext) (engl.)
6. ↑ J.P. Euzéby: List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature - Methylococcaceae, Stand September 2023

Literatur

• Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: Brock – Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, München 2006, ISBN 3-8274-0566-1
• George M. Garrity: Bergey's manual of systematic bacteriology. 2. Auflage. Springer, New York, 2005, Volume 2: The Proteobacteria, Part B: The Gammaproteobacteria
• Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. 7 Bände, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 0-387-30740-0. Vol. 2: Ecophysiology and Biochemistry ISBN 0-387-25492-7