Die Methylophilaceae bilden eine Familie innerhalb der Proteobacteria und sind die einzige Familie der Ordnung Methylophilales.

Sie zählen zu den methylotrophen Bakterien, was bedeutet, dass sie in der Lage sind, Moleküle, die keine direkten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen enthalten, als einzige Energiequelle für das Wachstum und den Energiegewinn zu nutzen, indem sie diese Verbindungen oxidieren. Beispiele für solche Verbindungen sind Ameisensäure, Formaldehyd, Methanol, Methylamin und Dimethylamin.

Merkmale

Methylophilaceae können nicht ohne Sauerstoff leben, sind also obligat aerobe Bakterien. Überdauerungsformen wie Sporen oder Kapseln werden von ihnen nicht gebildet. Sie sind Gram-negative Bakterien, der auf der Cytoplasmamembran liegenden, dünnen Mureinhülle der Zellwand ist eine zweite Lipid-Membran aufgelagert. Einige Arten, wie Methylophilus methylotrophus sind durch eine polare Geißel beweglich (motil), andere besitzen keine Geißeln (z. B. Methylophilus leisingeri). Die Zellen sind meist stäbchenförmig.

Die Methylophylaceae sind in Süßwasser, Boden und Schlamm vertreten. Aufgrund der Verwertung von Einkohlenstoffverbindungen wie Methanol spielen sie eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf.

Das Genom von Methylobacillus flagellatus wurde komplett sequenziert.

Stoffwechsel und Methylotrophie

Methylotrophe Bakterien nutzen Moleküle, die keine C–C-Bindungen enthalten (C₁), für den Stoffaufbau und als Energiequelle. In diesen Einkohlenstoffverbindungen ist entweder nur ein Kohlenstoffatom vorhanden (z. B. Methanol) oder es ist, wie bei Dimethylamin, kein Kohlenstoffatom direkt mit einem anderen verbunden.

Die Methylophilaceae nutzen meist Methanol und Methylamin als Kohlenstoff- und Energiequelle. Methan, die einfachste organische Einkohlenstoffverbindung, kann von den methylotrophen Bakterien nicht verwertet werden. Bakterien, die hierzu in der Lage sind, werden zu den Methanotrophen gestellt. Beispiele der Methanotrophen sind Methylocystis und Methylosinus, beide Gattungen der Methylocystaceae, sowie Methylococcus und Methylobacter (Methylococcaceae).

Die Methylophilaceae oxidieren die Methylgruppen der jeweiligen Verbindungen wie Methanol zu Formaldehyd, die dabei gewonnenen Elektronen werden auf die Atmungskette übertragen. Die Assimilation von Kohlenstoff erfolgt bei den Methylophilaceae über den sogenannten Ribulosemonophosphatweg.

Methylophilaceae sind in der Regel obligat methylotroph, sie können ausschließlich Moleküle ohne C–C-Bindungen zum Energiegewinn und Kohlenstoffassimilation (Wachstum) nutzen. Einige Stämme sind allerdings auch in der Lage, andere Verbindungen, wie z. B. verschiedene Monosaccharide (Einfachzucker) zu verwerten. So wächst z. B. Methylophilus methylotrophus auch gut mit Glucose. Weitere Verbindungen, die eher schwaches Wachstum einiger Stämme dieser Art ermöglichen, sind z. B. Lactose, Ethanol und Propanol. Auch die Art Methylovorus glucosotrophus kann Glucose nutzen. Als Stickstoffquellen können einfache Moleküle wie Ammonium, Dimethylamin oder Nitrat dienen. Die stäbchenförmige Art Methylotenera mobilis kann Methylamin zugleich als einzige Kohlenstoffquelle und einzige Stickstoffquelle nutzen.

Systematik

Methylotrophe Bakterien sind schon seit langen bekannt, die erste Beschreibung stammt von 1901. Allerdings wurde erst um 1970 mehr um die physiologischen Eigenschaften und Systematik dieser Bakterien bekannt. Methylotrophe und auch methanotrophe Bakterien sind phylogenetisch sehr vielfältig. Die Methylophilaceae werden den Betaproteobakterien zugerechnet. Weitere methylotrophe Bakterien finden sich in den Alpha- und Proteobakterien. Die zwei dort stehenden Familien Methylococcaceae und Methylocystaceae beinhalten auch methanotrophe Arten, sie können Methan und Methanol als einzige Kohlenstoffquelle für Wachstum und Aufbau der Zellsubstanz nutzen. Viele sind obligat methanotroph, also nicht in der Lage andere Verbindungen als Methan und Methanol als Kohlenstoffquelle zu nutzen, hierzu zählen z. B. Arten von Methylocystis.

Zu fakultativ methylotrophen Gattungen, die ebenfalls Einkohlenstoffbindungen nutzen können, aber nicht auf sie angewiesen sind, zählen Arten von z. B. Xanthobacter (Familie Xanthobacteraceae, Alpha-Proteobakterien), Acetobacter (Familie Acetobacteraceae, Gamma-Proteobakterien).

Gattungen der Methylophilaceae:

• Methylobacillus Yordy & Weaver 1977
• Methylophilus Jenkins et al. 1987
• Methyloradius Miyadera et al. 2022
• Methylotenera Kalyuzhnaya et al. 2006
• Methylovorus Govorukhina & Trotsenko 1991
• Novimethylophilus Lv et al. 2018
• Pseudomethylobacillus Sheu et al. 2019

Quellen

1. ↑ Chistoserdova, L. et al. (2007): Genome of Methylobacillus flagellatus, Molecular Basis for Obligate Methylotrophy, and Polyphyletic Origin of Methylotrophy. In: Journal of Bacteriology 189(7), S. 4020–4027; PMID 17416667; PMC 1913398 (freier Volltext)
2. ↑ George M. Garrity: Bergey’s manual of systematic bacteriology. 2. Auflage. Springer, New York, 2005, Vol. 2: The Proteobacteria Part C: The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteobacteria ISBN 0-387-24145-0
3. ↑ Christopher L. Haber, Larry N. Allen, Shujie Zhao und Richard S. Hanson: Methylotrophic Bacteria: Biochemical Diversity and Genetics In: Science, 1983, 221 (4616) doi:10.1126/science.221.4616.1147
4. ↑ Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.) The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. Volume 5: Proteobacteria: Alpha and Beta Subclasses, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 978-0-387-25495-1 (Print) und ISBN 978-0-387-30743-5 (Online), doi:10.1007/0-387-30743-5.
5. ↑ Systematik nach Euzéby: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) – Methylophilaceae Stand: 3. 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 (Hrsg.): Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2. Auflage, Band 2: The Proteobacteria. Part C: The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteabacteria. Springer, New York 2005, ISBN 0-387-24145-0.
• Martin Dworkin u. a. (Hrsg.): The Prokaryotes. A Handbook of the Biology of Bacteria. Band 2: Ecophysiology and Biochemistry. 3. Auflage, Springer, New York 2006, ISBN 0-387-25492-7.
• Marina G. Kalyuzhnaya u. a.: Methylotenera mobilis gen. nov., sp. nov., an obligately methylamine-utilizing bacterium within the family Methylophilaceae. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Band 56, Nr. 12, Dezember 2006 (online).